溫度測量與溫度測量儀表

一、溫度測量的基本概念
　溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。
　華氏溫標(biāo)（oF）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點(diǎn)為32度,水的沸點(diǎn)為212度,中間劃分180等分,每第分為報(bào)氏1度,符號(hào)為oF。
　攝氏溫度（℃）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點(diǎn)為0度,水的沸點(diǎn)為100度,中間劃分100等分,每第分為報(bào)氏1度,符號(hào)為℃。
　熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo),或稱絕對(duì)溫標(biāo),它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度,記符號(hào)為K。
國際實(shí)用溫標(biāo)是一個(gè)國際協(xié)議性溫標(biāo),它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近,而且復(fù)現(xiàn)精度高,使用方便。目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會(huì)通過的《1968年國際實(shí)用溫標(biāo)-1975年修訂版》,記為：IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68溫示存在一定的不足,國際計(jì)量委員會(huì)在18屆國際計(jì)量大會(huì)第七號(hào)決議授權(quán)予1989年會(huì)議通過了1990年國際溫標(biāo)ITS-90,ITS-90溫標(biāo)替代IPTS-68。我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90國際溫標(biāo)。
　1990年國際溫標(biāo)（ITS-90）簡介如下。
1．溫度單位
熱力學(xué)溫度（符號(hào)為T）是基本功手物理量,它的單位為開爾文（符號(hào)為K）,定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。由于以前的溫標(biāo)定義中,使用了與273.15K（冰點(diǎn)）的差值來表示溫度,因此現(xiàn)在仍保留這各方法。
根據(jù)定義,攝氏度的大小等于開爾文,溫差亦可以用攝氏度或開爾文來表示。
國際溫標(biāo)ITS-90同時(shí)定義國際開爾文溫度(符號(hào)為T90)和國際攝氏溫度(符號(hào)為t90)
2．國際溫標(biāo)ITS-90的通則
ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的,即在全量程中,任何溫度的T90值非常接近于溫標(biāo)采納時(shí)T的最佳估計(jì)值,與直接測量熱力學(xué)溫度相比,T90的測量要方便得多,而且更為精密,并具有很高的復(fù)現(xiàn)性。
3． ITS-90的定義
第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義。
第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間T90是用氦氣體溫度計(jì)來定義.
第二溫區(qū)為平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78℃)之間,T90是由鉑電阻溫度計(jì)來定義.它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)及利用規(guī)定的內(nèi)插法來分度.
銀凝固點(diǎn)(961.78℃)以上的溫區(qū),T90是按普朗克輻射定律來定義的,復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì).

四、熱電阻
　　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高,性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的,它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫,而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。
1．熱電阻測溫原理及材料
　　熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。
熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應(yīng)用最多的是鉑和銅,此外,現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
2．熱電阻的結(jié)構(gòu)
（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見表2-1-11。從熱電阻的測溫原理可知,被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的,因此,熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制,有關(guān)具體內(nèi)容參見本篇第三章第一節(jié).
（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體,如圖2-1-7所示,它的外徑一般為φ2~φ8mm,最小可達(dá)φmm。
與普通型熱電阻相比,它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小,內(nèi)部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;②機(jī)械性能好、耐振,抗沖擊;③能彎曲,便于安裝④使用壽命長。
（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計(jì)端面,其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度,適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi),生產(chǎn)現(xiàn)場不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。
3．熱電阻測溫系統(tǒng)的組成
　熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：
①熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致
②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響,必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。
（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體,如圖2-1-7所示,它的外徑一般為φ2~φ8mm,最小可達(dá)φmm。
與普通型熱電阻相比,它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小,內(nèi)部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;②機(jī)械性能好、耐振,抗沖擊;③能彎曲,便于安裝④使用壽命長。
（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計(jì)端面,其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度,適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影
　　電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值,為此更換新的電阻體為好,若采用焊接修理,焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。