第1章 热工参数测量及其仪表.ppt

第一篇热工参数测量基础及其测量仪表第1章温度测量1.1概述1.1.1温度和温标1.1.1.2温度的测量
A、测温依据和数学物理基础
测温的依据：当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，二者就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一物体的温度。
设计与制作温度计的数学物理基础：如果事先已知一个物体（或物质）的某些性质或状态随温度变化的定量关系，就可以通过该物体的性质或状态的变化情况来获知温度。B、测温物质
自然界中的许多物质，其性质或状态(如电阻、热电势、体积、长度、辐射功率等)都与温度有关，但并不是所有的物质都可作为感温元件，测温物质的选择必须满足以下条件：
(1)物质的某一属性G仅与温度T有关，即C=G(T)，其函数关系必须是单调的，且最好是线性的。
(2)随温度变化的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量的准确度。
(3)应有较宽的测量范围。
(4)应有较好的复现性和稳定性。
完全满足上述条件的物质是难以找到的，一般只能在一定的范围内近似满足，因此由不同材料与结构形式制成的温度计各有其优缺点。1.1.1.3温标
仅仅定义了温度的概念是不完全的，还要确定它的数值表示方法，温度的数值表示方法叫做温标。温标是温度数值化（量化）的标尺，它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的度量单位。各种测温仪表的分度值就是由温标决定的。
要建立温标需要三个要素：
(1)选择测温物质，确定它随温度变化的属性即测温属性；
(2)选定温度固定点；
(3)规定测温属性随温度变化的规律。A、经验温标
借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。它主要指摄氏温标和华氏温标。这两种温标都是根据液体受热后体积膨胀的性质建立起来的。
a、摄氏温标(0C)
原始摄氏温标就是选择装在玻璃毛细管中的液体作为测温物质。随温度的变化，毛细管中液体的长短反映了液体体积膨胀这一测温属性。选择在1.01325×l05Pa下水的冰点温度作为下限(00C)，水的沸点作为上限(1000C)，并且认为在两点之间液柱的长短与温度的关系是线性的，那么可在0~1000C之间均分100等份，每一等份为一摄氏度，单位符号为0C。摄氏温标虽不是国际统一规定的温标，但我国目前还可继续使用。b、华氏温标(0F)
华氏温标的建立与摄氏温标类似，所不同的是规定在1.01325×105Pa下水的冰点为320F，水的沸点为2120F，中间划分为180等份，每一等份为一华氏度，单位符号为0F。华氏温标已淘汰，不再使用。摄氏温标和华氏温标在测温学的发展中起过重要的作用，但它们都存在着明显的缺点：
(1)温度测量依赖于选用的测温物质，且应用范围受制作温度计的材料和工作物质的限制。
(2)温标的定义具有较大的随机性。虽然它们都选择冰点温度和沸点温度作为固定点，但基本单位不同，所确定的温度数值也就不同，不能严格地保证世界各国所采用的基本测温单位完全一致。
(3)假设温度与工作物质的关系为线性，而实际情况并非如此，从而造成中间温度的测量差异。
因此需要建立一种温标，完全不依赖于任何测温物质及其属性。B、热力学温标
热力学温标又称绝对温标或开尔文温标，单位符号为K。热力学温标是以热力学第二定律为基础的一种理论温标，已被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。它有一个绝对零度，低于零度的温度不可能存在。其特点是不与某一特定的温度计相联系，且与测温物质无关，是由卡诺定理推导出来的，所以热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法直接实现。在热力学中从理论上证明，热力学温标与理想气体温标完全一致。所以通常借助于气体温度计经示值修正后来复现热力学温标，但设备复杂、价格昂贵，不适于实际应用。C、国际实用温标
为了使用方便，国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度(即具有较高准确度)的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。
国际温标通常应具备以下三个条件：
(1)尽可能以当代科技水平接近热力学温标；
(2)复现准确度高，使各国都能够准确地复现同一国际温标，确保温度量值的统一性；
(3)用于复现温标的标准温度计，使用方便，性能稳定。根据上述条件建立的国际温标基本内容如下；
(1)选择一些纯物质固定点(可复现的平衡态)的温度作为温标基准点；
(2)规定了不同温度范围内的基准仪器(或称内插仪器)，并在温标基准点上分度；
(3)确定各固定点温度间的内插公式，这些公式建立了标准仪器示值与国际温标数值之间的关系，是反映温度计特性曲线的函数。
上述基准仪器、温标基准点和内插公式又被称为温标“三要素”。第一个国际温标是1927年建立的，记为ITS--27。此后大约每隔20年进行一次重大修改，相继有1948年国际温标(ITS--48)、1968年国