石化仪器仪表系列讲座-温度

　　一、温度测量的基本概念

　　温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

　　华氏温标(oF)规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为报氏1度，符号为oF。

　　摄氏温度(℃)规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每第分为报氏1度，符号为℃。

　　热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。

　　国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68(Rev-75)。但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

　　1990年国际温标(ITS-90)简介如下。

　　1.温度单位

　　热力学温度(符号为T)是基本功手物理量，它的单位为开尔文(符号为K)，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中，使用了与273.15K(冰点)的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。

　　根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。

　　国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)

　　2.国际温标ITS-90的通则

　　ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。

　　3. ITS-90的定义

　　第一温区为0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。

　　第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义.

　　第二温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度.

　　银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计.

　　二、温度测量仪表的分类

　　温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

　　三、热电偶

　　热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：

　　①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

　　②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。

　　③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

　　1.热电偶测温基本原理

　　将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-1-1所

　　示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在

　　回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工

　　作的。

　　2.热电偶的种类及结构形成

　　(1)热电偶的种类

　　常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家

　　标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它

　　有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准

　　化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

　　标准化热电偶 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

　　(2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：

　　① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;

　　② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路;

　　③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;

　　④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。