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热工温度仪器仪表 原理结构简介及应用 温度概述 温度是衡量物体冷热程度的物理量。测量温度不能用简单直观方法，只能借助于某种物质随温度变化的特性。例如：用体积受热膨胀，用金属受热延长，或是用导体、半导体受热电阻变化等来测量温度。因而就有了各种各样的温度计。但这些温度计只能在某一温区范围内测量温度。如工业用水银温度计的量限为(-50~600)℃，工业热电阻温度计由(-200~850)℃。 热力学温度 按热力学原理所确定的温度 由热力学第二定律和卡诺定理推论，可以定义一个与测温物质性质无关的温度标尺。 开尔文 开尔文是热力学温度单位，定义为水三相点热力学温度的 1/273.16。符号为K 摄氏温度 摄氏温度t与热力学温度T之间的数值关系为： 摄氏度 摄氏度是摄氏温度的单位，符号为℃。它的大小等于开尔文。 热力学温度、摄氏温度及华氏温度的关系式 摄氏温度与热力学温度的关系式为： 在一个标准大气压，冰的融点与水沸点是两个点，摄氏温度在冰的融点为0℃，华氏温度为32。在水沸点摄氏温度为100℃，华氏温度为212。 所以华氏温度与摄氏温度的关系式为： 温度的概念及单位 温度是表示物体冷热程度的一个物理量。为了表示温度的数值，需要建立温标，也就是衡量温度的标尺。早年出现的经验温标，如：华氏温标、摄氏温标、列氏温标等，因不符合统一温度标准，已陆续不被人们所采用。 当前，采用的1990国际温标（ITS-90）。该温标中规定了热力学温度是基本温度，符号是T；其单位是开尔文，符号为K。开尔文等于水三相点热力学温度的1/273.16。同时还可以使用摄氏温度，以符号t表示（t90）。 摄氏温度的单位为摄氏度，用℃表示。摄氏温度的分度值与开氏温度的分度值相同，即1℃=1K（与原始摄氏温标定义下的摄氏度不同）。 国际实用温标刻度的划分以水三相点的热力学温度（T=273.16K=0.01℃）为定义固定点（起始点），也就是把从绝对零度到水三相点之间的温度等分为273.16份，每一份叫做1K（以绝对零度为起点）。 例：试计算50℃等于多少开尔文？ 所以T=323.15K 例：试计算983.15K等于多少摄氏度？ 温标 为了保证温度量值的统一和准确而建立一个用来衡量温度的标准尺度，简称温标。而把温度计、固定点和内插方程叫做温度标的三要素。如图是表示固定点和内插方程之间的函数关系曲线。 现在我们使用的温标是1990年国际温标（ITS-90）。它是以定义固定点温度指定值以及在这些固定点上分度过的标准仪器来实现热力学温标的，各固定点间的温度是依据内插公式使标准仪器的示值与国际温标的温度值相联系。 注：固定点是物质不同相之间可复现的平衡温度；定义固定点是指国际实用温标中所规定的可复现的平衡温度。 下表为ITS-90定义固定点 热电偶 （一）原理和结构 热电偶结构如图所示，把两根不同材料的匀质金属丝（通常称为热电极）的一端接在一起，称为测量端，在热电极上套以由氧化铝管制成的绝缘瓷管。热电极的另一端用接线柱固定在端子板上，称为参考端，如果使参考端保持恒定温度（例如0℃或40℃），并接入一个毫伏表，热电偶的外部套以金属或陶瓷制成的保护套管，安装到温度测点处（例如过热蒸汽管道或锅炉烟道中），即可测量出其中介质的温度。 对于两种金属导体A、B组成的热电偶回路（如图），当接点温度分别为t和t0时（tt0），其总热电动势的数学表达式如下： 式中EAB(t,t0)— 热电偶回路的总热电动势(mV) eAB(t)— 热电偶测量端的电动势(mV) eAB(t0)— 热电偶参考端的电动势(mV) t— 热电偶测量端温度(℃) t0— 热电偶参考端温度(℃) 为了准确测量温度，还要掌握热电偶的测量规律。以下介绍热电偶在实际测温时应用的四个基本定律。 均质导体定律。由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体截面、长度以及各处温度分布如何，均不会产生热电动势。 中间导体定律。在热电偶回路中，串接入第三种导体，只要该导体两端温度相同，则热电偶回路的总热电动势与所串接的中间导体（即第三种导体）无关。 中间温度定律。热电偶在接点温度为t ，t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t，tn 和tn, t0时相应的热电动势的代数和（如图）。 根据中间温度定律，只要有了热电偶参考端为0℃时的热电势和温度的关系（即热电偶分度表），热电偶就可以在任意参考端温度下使用。 例：用K型（镍铬-镍硅）热电偶测量某处温度时 (1) 已知参考端温度tn=30℃，测得热电偶的热电动势E(t,tn)为21.356mV，求测量端实际温度t。 由K型热电偶分度表查得： E(tn, 0)= E(30, 0)=1.203mV E(t, 0