中科大量熱技術(shù)和熱物性測定課件第2章 溫度測量

量熱技術(shù)和熱物性測定第二章溫度測量2025/6/241第二章溫度測量溫度是國際單位制中7個(gè)基本物理量之一熱量與熱物性測量的基礎(chǔ)什么是溫度？表示物體冷熱程度的物理量溫度是表征系統(tǒng)熱平衡狀態(tài)的物理量是物體分子運(yùn)動(dòng)平均平動(dòng)動(dòng)能大小的標(biāo)志2025/6/242第二章溫度測量——溫標(biāo)溫標(biāo)就是溫度的量值表示方法(定量表示)溫標(biāo)的三要素：固定點(diǎn)，測溫儀器，內(nèi)插公式固定點(diǎn)

物質(zhì)不同相之間的可復(fù)現(xiàn)的平衡溫度稱為固定（溫度）點(diǎn)測溫儀器

選擇測溫物質(zhì)內(nèi)插公式

確定任意點(diǎn)溫度值的數(shù)學(xué)關(guān)系式2025/6/243第二章溫度測量——溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)——借助某物質(zhì)的物理參量與溫度變化關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法和經(jīng)驗(yàn)公式構(gòu)成的溫標(biāo)。主要有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)（Fahrenheit，oF）

以水銀為測溫物質(zhì)，水的冰點(diǎn)為32oF，水的沸點(diǎn)為212oF，中間采用線性內(nèi)插。攝氏溫標(biāo)（Celsius，oC）

以水銀為測溫物質(zhì)，水的冰點(diǎn)為0oC，水的沸點(diǎn)為100oC，中間采用線性內(nèi)插。2025/6/244第二章溫度測量——溫標(biāo)華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系：經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)：局限性：受溫度計(jì)材料和工作物質(zhì)限制，應(yīng)用范圍有限。隨意性：固定點(diǎn)溫度定義溫度值不同。線性內(nèi)插：假設(shè)溫度與工作物質(zhì)的膨脹關(guān)系為線性，有誤差，且不同物質(zhì)膨脹規(guī)律不同。2025/6/245第二章溫度測量——溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)英國物理學(xué)家開爾文1848年以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)提出的與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)。根據(jù)卡諾定理，與工作物質(zhì)無關(guān)的兩個(gè)熱量之比等于溫度之比：

只用一個(gè)固定點(diǎn)確定溫標(biāo)，與選用的測溫介質(zhì)無關(guān)，但無法用實(shí)驗(yàn)方法直接實(shí)現(xiàn)。（水三相點(diǎn)為273.16K)可運(yùn)用熱力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫度測量：

a）采用實(shí)際氣體經(jīng)過非理想修正后實(shí)現(xiàn)

b）利用聲波在空氣中的傳播速度與溫度關(guān)系實(shí)現(xiàn)

c）利用黑體輻射亮度與溫度之間關(guān)系實(shí)現(xiàn)折射率、噪音、磁……2025/6/246第二章溫度測量——溫標(biāo)國際溫標(biāo)應(yīng)具備的條件：1.盡可能接近熱力學(xué)溫標(biāo)2.復(fù)現(xiàn)精度高3.用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，使用方便，性能穩(wěn)定基本內(nèi)容：1.確定一些物質(zhì)可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)，并給定溫度值作為定義固定點(diǎn)；2.分段規(guī)定測溫儀器，并在定義固定點(diǎn)上分度；3.確定各定義固定點(diǎn)間的內(nèi)插公式。2025/6/247第二章溫度測量——溫標(biāo)1990年國際溫標(biāo)（ITS－90）

熱力學(xué)溫度符號(hào)為T，單位為開爾文（K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。與攝氏溫度關(guān)系為：T＝t＋273.15ITS－90定義分為國際開爾文溫度，符號(hào)為T90和國際攝氏溫度，符號(hào)為t90，二者之間關(guān)系為：T90＝t90＋273.152025/6/248第二章溫度測量——溫標(biāo)1990年國際溫標(biāo)（ITS－90）

定義固定點(diǎn)：序號(hào)溫度物質(zhì)狀態(tài)T90/Kt90/℃12345678910111213141516173~513.8033~17~20.324.556154.358483.8058234.3156273.16302.9146429.7485505.078692.677933.4731234.931337.331357.77-270.15~-268.15-259.3467~-256.15~-252.85-248.5939-218.7916-189.3442-38.83440.0129.7646156.5985231.928419.527660.323961.781064.181084.62Hee-H2e-H2

或H2e-H2

或H2NeO2ArHgH2OGaInSnZnAlAgAuCuVTV或GV或GTTTTTMFFFFFFFV表示蒸氣壓點(diǎn)，G表示定容氣體溫度計(jì)點(diǎn)；T表示三相點(diǎn)，M表示熔點(diǎn)，F(xiàn)表示凝固點(diǎn)。2025/6/249第二章溫度測量——溫標(biāo)內(nèi)插儀器和內(nèi)插公式1.第一溫區(qū)：0.65~5.0K

用3He和4He飽和蒸氣壓溫度計(jì)定義。壓力由精密測壓儀確定。0.65~3.2K用3He，1.25~5.0K用4He。2.第二溫區(qū)：3.0~24.556K

用3He和4He定容氣體溫度計(jì)定義。需要三個(gè)溫度點(diǎn)：氖三相點(diǎn)、平衡氫三相點(diǎn)以及在3.0~5.0K之間的一個(gè)溫度點(diǎn)（氦蒸氣壓溫度計(jì)確定）上進(jìn)行分度，計(jì)算內(nèi)插方程系數(shù)。2025/6/2410第二章溫度測量——溫標(biāo)內(nèi)插儀器和內(nèi)插公式1.第三溫區(qū)：13.8033~1234.93K

用鉑電阻溫度計(jì)（PRT）作為內(nèi)插儀器。使用規(guī)定的固定點(diǎn)和相關(guān)的參考函數(shù)以及偏差函數(shù)確定T90。2.第四溫區(qū)：1234.93K以上

采用光學(xué)高溫計(jì)或光電高溫計(jì)來實(shí)現(xiàn)。由普朗克定律引出的下述方程定義：2025/6/2411第二章溫度測量溫度計(jì)溫度計(jì)測頭特點(diǎn)：1.物性隨溫度變化的特性有良好的再現(xiàn)性；2.物性隨溫度的變化量大且易于測定，變化量若小，則要能精密測量；3.在測定范圍內(nèi)物性變化有規(guī)則，最好呈線性關(guān)系；4.物性受溫度以外因素影響時(shí)，變化不敏感，或能被修正。2025/6/2412第二章溫度測量溫度計(jì)溫度計(jì)分類：

電阻式接觸式膨脹式：玻璃液體、壓力式、雙金屬

熱電偶式非接觸式輻射式：全輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)、比色溫度計(jì)、紅外測溫儀導(dǎo)體電阻式：鉑、銅、銦、銠－鐵、鉑－鈷半導(dǎo)體電阻式：鍺、碳、碳玻璃、熱敏電阻2025/6/2413第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)導(dǎo)體電阻純金屬構(gòu)成的導(dǎo)體的電阻特性可從金屬電子理論引出。在電場下，導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)與氣體分子運(yùn)動(dòng)理論類似。導(dǎo)體的電阻率還和其晶格點(diǎn)陣振動(dòng)和缺內(nèi)部陷有關(guān)。晶格在導(dǎo)體內(nèi)做周期性振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部缺陷會(huì)迫使運(yùn)動(dòng)的電子偏離原來軌跡，由此會(huì)增加電阻率。當(dāng)導(dǎo)體溫度升高時(shí)，晶格熱振動(dòng)增強(qiáng)，使更多電子被散射，電阻率增大。2025/6/2414第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)半導(dǎo)體電阻導(dǎo)電性介于金屬導(dǎo)體與絕緣體之間，導(dǎo)電機(jī)理與材料內(nèi)價(jià)電子以及摻雜的雜質(zhì)有關(guān)。

純質(zhì)半導(dǎo)體，其最外層價(jià)電子除圍繞自身原子核運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)到相鄰原子所屬軌道上運(yùn)動(dòng)，組成價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，成為共有電子。當(dāng)電子脫離原軌道時(shí)，留下空位，附近的共有電子易與填補(bǔ)，形成共有電子運(yùn)動(dòng)，猶如帶正電荷的空位在移動(dòng)，稱為空穴運(yùn)動(dòng)。自由電子和空穴統(tǒng)稱為載流子。摻加雜質(zhì)時(shí)，如果電子濃度增加，以電子導(dǎo)電，稱為N型半導(dǎo)體。如果電子減少，以空穴導(dǎo)電，稱為P型半導(dǎo)體。2025/6/2415第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)鉑電阻溫度計(jì)（PRT）

以高純鉑絲作為感溫元件，特點(diǎn)是1.易提純，質(zhì)地柔軟、容易加工成形、有非常穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)；2.電阻溫度系數(shù)大，在0~100oC間平均電阻溫度系數(shù)為3.925E-3oC-1。比阻較大，為0.0981Ωmm2/m；

3.電阻溫度關(guān)系曲線光滑，線性好，可用較簡單的方程表示；標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)年變化量小于1mK,不確定度可達(dá)0.5mK，準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好。

是國際溫標(biāo)ITS－90中13.8033~1234.93K標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插儀器。2025/6/2416第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)電阻溫度關(guān)系（ITS-90）W(t90)是溫度t時(shí)阻值與水三相點(diǎn)時(shí)阻值之比，Wr(t90)為參考函數(shù)，

W(t90)為偏差函數(shù)。鉑電阻溫度計(jì)的分類根據(jù)鉑電阻溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和用途，分為長桿型、套管型、高溫型和工業(yè)型。2025/6/2417第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)長桿型PRT

使用溫度范圍為84K~660oC，在水三相點(diǎn)時(shí)的電阻約為25Ω。其感溫元件形式和構(gòu)造決定了其測溫精度。通常采用無應(yīng)力結(jié)構(gòu)。使用直徑為0.05~0.07mm高純鉑絲繞制成直徑為1mm的螺旋線圈，均勻盤旋在螺旋型或麻花型石英支架上。優(yōu)點(diǎn)是鉑絲可隨溫度變化自由膨脹或收縮；有較強(qiáng)耐振能力，提高穩(wěn)定性。感溫元件兩端各焊兩根0.4mm鉑絲(取自同一根鉑絲)作為內(nèi)引線。2025/6/2418第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)長桿型PRT

使用溫度范圍為84K~660oC，在水三相點(diǎn)時(shí)的電阻約為25Ω。其感溫元件形式和構(gòu)造決定了其測溫精度。通常采用無應(yīng)力結(jié)構(gòu)。保護(hù)管材料用透明熔融石英制成，為防止熱輻射引起偏差，在距感溫元件頂端15～20mm處噴砂打毛。為減少測溫?zé)釡螅Ｗo(hù)管內(nèi)充30kPa含氧量小于7％的干燥空氣。為避免鉑絲和石英之間熱膨脹系數(shù)差異引起內(nèi)引線和保護(hù)管連接處漏氣，保護(hù)管上端采用耶那16玻璃。裝配前，所有材料都要嚴(yán)格清洗烘烤。2025/6/2419第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)套管型PRT

使用溫度范圍為13~273.16K，有時(shí)到銦凝固點(diǎn)，偶爾到錫凝固點(diǎn)。結(jié)構(gòu)與長桿型相同，只是套管用厚為0.1mm鉑片或石英制成，內(nèi)部充30kPa氦氣。2025/6/2420第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)高溫型HPRT

ITS-90中用高溫型鉑電阻溫度計(jì)HPRT替代ITS-68中的標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶。上限溫度至銀凝固點(diǎn)(961.78oC)。2025/6/2421第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)工業(yè)型PRT

技術(shù)指標(biāo)沒有前三種標(biāo)準(zhǔn)型高，結(jié)構(gòu)較簡單。電阻溫度關(guān)系沿用以前的內(nèi)插方程——克林達(dá)爾公式：2025/6/2422第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)銅電阻溫度計(jì)屬工業(yè)型溫度計(jì)，感溫元件材料由純度99.99%的銅絲制成。優(yōu)點(diǎn)是易于加工、互換性好、價(jià)格便宜、電阻溫度系數(shù)近似線性。缺點(diǎn)是電阻率小，需用較長導(dǎo)線繞制才能得到給定電阻。測溫范圍－50~150oC。2025/6/2423第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)2025/6/2424第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)1.鍺電阻溫度計(jì)：具有很高的負(fù)溫度系數(shù)，特別是摻雜合適雜質(zhì)后，可制成阻值高、體積小的感溫元件。缺點(diǎn)是導(dǎo)電機(jī)理復(fù)雜，熱電特性不能用簡單的內(nèi)插公式表達(dá)，特別是雜質(zhì)含量的微小變化對(duì)阻值影響很大，熱電關(guān)系的互換性差，磁阻效應(yīng)大，不能在磁場中測溫，具有較高的壓電電阻效應(yīng)，穩(wěn)定性差。測溫范圍0.1~300K。2025/6/2425第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)2.碳電阻溫度計(jì)：由石墨膜或膠體石墨液的碳膜制成，也可用碳多景粉末緊壓成形。具有較大的負(fù)溫度系數(shù)，磁阻效應(yīng)小，電阻溫度關(guān)系光滑，近似指數(shù)關(guān)系，互換性好，溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，熱容小。缺點(diǎn)是對(duì)濕度非常敏感，穩(wěn)定性較差。測溫范圍為幾十毫開至30K，最高不能超過150oC。2025/6/2426第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)3.碳玻璃電阻溫度計(jì)：在低溫下具有較大的負(fù)溫度系數(shù)，磁阻效應(yīng)小，電阻溫度關(guān)系光滑，單調(diào)。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性隨溫度升高而降低。測溫范圍為1~300K。感溫元件是將有機(jī)溶液滲加在SiO2多孔玻璃中，使其沉積在玻璃內(nèi)部成為黑色半導(dǎo)體材料。2025/6/2427第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的多晶半導(dǎo)體感溫元件，近年來發(fā)展迅速，測溫范圍可達(dá)4~1623K。感溫元件由過渡金屬氧化物的混合物組成。用于低溫的由錳、鎳、鈷、銅、鉻、鐵等復(fù)合氧化物燒結(jié)而成，具有負(fù)溫度系數(shù)；用于高溫的由氧化鈷等稀土元素的氧化物燒結(jié)而成，具有正溫度系數(shù)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度特性為：正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度特性為：2025/6/2428第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)1.輸出信號(hào)大，靈敏度比熱電偶和金屬電阻溫度計(jì)高。2.體積小，結(jié)構(gòu)簡單，便于成形。目前最小直徑0.05mm。3.熱容量小，響應(yīng)時(shí)間短。4.磁阻效應(yīng)小，可在磁場中測溫。5.電阻溫度關(guān)系非線性度大，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性差。但隨著技術(shù)和材料的進(jìn)步，目前也有較高穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性的高精度熱敏電阻溫度計(jì)。2025/6/2429第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量對(duì)于精密測量常選用電橋或電位差計(jì)；對(duì)于一般使用或工業(yè)用常采用自動(dòng)平衡式電橋、不平衡電橋或數(shù)字儀表。R1R2RsRwireV2025/6/2430第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量——四引線電阻測量R1R2RsRwACBDR1R2R’sRwBDAC2025/6/2431第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量——四引線電阻測量電位差計(jì)R0Rw2025/6/2432第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量——三引線電阻測量R1R2RsRwAB若2025/6/2433第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量注意事項(xiàng)1.震動(dòng)與應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)受到?jīng)_擊、震動(dòng)或其它形式加速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致繞在骨架上的感溫元件的變形、彎曲而產(chǎn)生應(yīng)力，從而改變溫度-電阻特性?？煞湃?50度退火爐中退火，消除內(nèi)應(yīng)力，重新標(biāo)定分度。2.淬火與氧化效應(yīng)鉑電阻溫度計(jì)如果不適當(dāng)?shù)赝嘶?，或在不適宜溫度下多次熱沖擊，會(huì)引起鉑絲淬火和氧化效應(yīng)。3.磁阻效應(yīng)當(dāng)感溫元件在磁場中時(shí)，其內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)變化，引起阻值變化，即磁阻效應(yīng)。磁阻效應(yīng)與電阻溫度計(jì)地性質(zhì)、測溫范圍以及所處磁場強(qiáng)度有關(guān)。2025/6/2434第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量注意事項(xiàng)4.自熱效應(yīng)通常對(duì)輸入電阻溫度計(jì)的工作電流都有統(tǒng)一規(guī)定，但有時(shí)為了增大溫度計(jì)靈敏度而增大電流。此時(shí)就要考慮自熱效應(yīng)的誤差。5.壓力的影響大多數(shù)金屬在高壓情況下，原子在其晶格中的正常位置震動(dòng)時(shí)的振幅將減小，因而增大電子的自由程，導(dǎo)致電阻值減小，測量值偏低。6.引線電阻影響電阻溫度計(jì)引線分兩線、三線、四線。標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)均為四線制。測量時(shí)還可通過引線換向，改變引線接入電橋位置，消除引線電阻。工業(yè)電阻溫度計(jì)采用兩線或三線。引線電阻相對(duì)于測頭電阻應(yīng)很小。2025/6/2435第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量注意事項(xiàng)7.熱電勢的影響可通過換向測量消除或在結(jié)構(gòu)上消除。8.漏熱誤差測溫時(shí)感溫元件會(huì)通過引線和保護(hù)管等材料以傳導(dǎo)的方式與外界換熱，從而與被測介質(zhì)之間產(chǎn)生溫差?？蛇m當(dāng)增加溫度計(jì)浸沒深度，增大被測介質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)，減小測溫元件導(dǎo)熱系數(shù)，減小保護(hù)管橫截面積。另外熱輻射也會(huì)引起測溫偏差，一般通過增加浸沒深度解決。9.遲滯由于自身熱容，需要一定時(shí)間侯才能與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡。動(dòng)態(tài)測量時(shí)需注意。2025/6/2436第二章溫度測量——電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì)測量注意事項(xiàng)10.絕緣不良的影響主要時(shí)引線易產(chǎn)生絕緣不良，造成測量誤差。11.環(huán)境溫度的影響會(huì)給配套儀表帶來一定影響。12.計(jì)算W(T)時(shí)的正確取值

W(T)=RT/Rtp。Rtp會(huì)隨時(shí)間改變，測量儀器不同，也會(huì)造成一定影響。2025/6/2437第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)以物質(zhì)的熱膨脹(體膨脹或線膨脹)性質(zhì)與溫度的物理關(guān)系為基礎(chǔ)制作的溫度計(jì)稱為膨脹式溫度計(jì)?？煞譃橐后w膨脹式(如玻璃液體溫度計(jì))、氣體膨脹式(如壓力式溫度計(jì))、固體膨脹式(如雙金屬溫度計(jì))三大類。膨脹式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測溫范圍廣(-200~600oC)，使用十分廣泛。2025/6/2438第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)測溫原理：利用作為介質(zhì)的感溫液體隨溫度變化而體積發(fā)生變化與玻璃隨溫度變化而體積變化之差來測量溫度。測量范圍為-100~600℃。體膨脹：物質(zhì)受熱后發(fā)生熱膨脹，包括體積膨脹和壓力膨脹，此處只考慮體膨脹。定義溫度變化1oC所引起的物質(zhì)體積變化與它0oC時(shí)體積之比為平均體膨脹系數(shù)β：2025/6/2439第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)視膨脹：感溫液與玻璃(感溫泡容積)體積變化之差稱為視膨脹系數(shù)K：

K=β-γγ：玻璃的體膨脹系數(shù)

感溫液:應(yīng)滿足條件1.在較寬的溫度范圍內(nèi)能保持液態(tài)2.體膨脹系數(shù)大3.粘度小，表面張力大4.蒸氣壓低5.在使用溫度范圍內(nèi)化學(xué)性能穩(wěn)定6.便于提純，有機(jī)液體應(yīng)便于著色7.顯示清晰，無沉淀現(xiàn)象。2025/6/2440第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)感溫液:常用感溫液有水銀、汞鉈合金、有機(jī)液體

感溫液使用范圍/℃體膨脹系數(shù)視膨脹系數(shù)汞鉈-60~00.0001770.000157水銀-30~8000.000180.00016甲苯-80~1000.001090.00107乙醇-80~800.001050.00103煤油0~3000.000950.00093石油醚-120~200.001420.00140戊烷-200~200.000920.000902025/6/2441第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)類型：有三種基本類型：棒式溫度計(jì)、內(nèi)標(biāo)式溫度計(jì)、外標(biāo)式溫度計(jì)。2025/6/2442第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)棒式溫度計(jì)：具有厚壁的毛細(xì)管，溫度標(biāo)尺直接刻度在毛細(xì)管表面；一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)為透明棒式，可正反兩面讀數(shù)，消除視差。二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)在其毛細(xì)管刻度標(biāo)尺背部熔入白色釉帶。內(nèi)標(biāo)式溫度計(jì)：刻度標(biāo)尺刻在白瓷板上，玻璃毛細(xì)管緊靠標(biāo)尺板一起封裝在一個(gè)玻璃外套管內(nèi)，多用于二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)、實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)以及工作用玻璃液體溫度計(jì)。外標(biāo)式溫度計(jì)：玻璃毛細(xì)管直接固定在刻有溫度標(biāo)尺的塑料、金屬、木板等材料制成的板上。主要用于測室溫的溫度計(jì)和氣象用最高最低溫度計(jì)。2025/6/2443第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)讀數(shù)：一般用途可直接讀取，檢定時(shí)用放大鏡或讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)讀數(shù)時(shí)視線與溫度尺不垂直時(shí)會(huì)產(chǎn)生視差。對(duì)于一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)可通過正反面讀數(shù)來消除。對(duì)于二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)或精密溫度計(jì)，必需保持溫度計(jì)的垂直位置和讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡的水平位置。讀數(shù)時(shí)，水銀溫度計(jì)應(yīng)讀取其凸月面的最高點(diǎn)，有機(jī)液溫度計(jì)應(yīng)讀凹月面最低點(diǎn)。2025/6/2444第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)貝克曼溫度計(jì)：一種用于精確測量溫差的玻璃水銀溫度計(jì)，一般刻度僅5~6℃，最小分度0.01℃。其特點(diǎn)在于頂端備有可調(diào)泡，當(dāng)在不同范圍內(nèi)測溫時(shí)，可根據(jù)感溫泡所需水銀量的多少，將水銀從頂端可調(diào)泡移到感溫泡或從感溫泡移到可調(diào)泡。溫度范圍-20~125℃。但由于溫度不同，分度不同，因此要想獲得千分之幾的準(zhǔn)確度就必需修正。2025/6/2445第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)貝克曼溫度計(jì)使用方法首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求確定選用哪一類型的貝克曼溫度計(jì)。使用時(shí)需經(jīng)過以下步驟:(1)測定貝克曼溫度計(jì)的R值貝克曼溫度計(jì)最上部刻度處a到毛細(xì)管末端b處所相當(dāng)?shù)臏囟戎捣Q為R值。將貝克曼溫度計(jì)與一支普通溫度計(jì)(最小刻度0.1度)同時(shí)插入盛水或其它液體的燒杯中加熱，貝克曼溫度計(jì)的水銀柱就會(huì)上升，由普通溫度計(jì)讀出從a到b段相當(dāng)?shù)臏囟戎担Q為R值。abA2025/6/2446第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)貝克曼溫度計(jì)使用方法(2)

水銀球A中水銀量的調(diào)節(jié)在使用貝克曼溫度計(jì)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)將它插入待測體系中，達(dá)到熱平衡以后，如果毛細(xì)管內(nèi)水銀面在所要求的合適刻度附近，說明水銀球A中的水銀量合適，不必進(jìn)行調(diào)節(jié)。否則，就應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)水銀球中的水銀量。若球內(nèi)水銀過多，毛細(xì)管水銀量超過b點(diǎn)，就應(yīng)當(dāng)左手握貝克曼溫度計(jì)中部，將溫度計(jì)倒置，右手輕擊左手手腕，使水銀貯管D內(nèi)水銀與b點(diǎn)處水銀相連接，再將溫度計(jì)輕輕倒轉(zhuǎn)放置在溫度為t′的水中，平衡后用左手握住溫度計(jì)的頂部，迅速取出，立即用右手輕擊左手手腕，使水銀貯管D內(nèi)水銀在b點(diǎn)處斷開。abAD2025/6/2447第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)電接點(diǎn)溫度計(jì)：用于恒溫與調(diào)溫設(shè)備的自控系統(tǒng)中，與電子繼電器等配合使用。有兩個(gè)電極，一個(gè)固定與底部的水銀球相連，另一個(gè)可調(diào)電極是金屬絲，由上部伸入毛細(xì)管內(nèi)。頂端有一磁鐵，可以旋轉(zhuǎn)螺旋絲桿，用以調(diào)節(jié)金屬絲的高低位置，從而調(diào)節(jié)設(shè)定溫度。當(dāng)溫度升高時(shí)，毛細(xì)管中水銀柱上升與一金屬絲接觸，兩電極導(dǎo)通，使繼電器線圈中電流斷開，加熱器停止加熱;當(dāng)溫度降低時(shí)，水銀柱與金屬絲斷開，繼電器線圈通過電流，使加熱器線路接通，溫度又回升。2025/6/2448第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)是利用封閉在固定容器中的氣體、液體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸氣受熱壓力變化特性來測溫。測溫范圍-80~600℃。優(yōu)點(diǎn)：1.可以遠(yuǎn)傳。2.結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。3.讀數(shù)方便清晰。4.適用于安全防爆環(huán)境。缺點(diǎn)：1.精度不高。2.熱惰性大。

2025/6/2449第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)：由溫泡、毛細(xì)管、變形彈簧管和指示儀表組成。溫泡為感溫元件，一般用黃銅、紫銅、不銹鋼制作；毛細(xì)管是傳遞壓力的導(dǎo)管，通常用銅或不銹鋼的無縫圓管制作，長度20~60m。

彈簧管是壓力敏感元件，由于密閉系統(tǒng)內(nèi)壓力的變化而使其自由端產(chǎn)生位移，然后通過連桿和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針動(dòng)作。2025/6/2450第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)分類氣體壓力式溫度計(jì)：密閉系統(tǒng)中充滿工作氣體，壓力溫度關(guān)系線性，刻度標(biāo)尺均勻等分。通常采用氮?dú)?。液體壓力式溫度計(jì)：密閉系統(tǒng)中充滿感溫液體，壓力溫度關(guān)系線性，刻度標(biāo)尺均勻等分。通常采用水銀，也可以使用二甲苯或甲醇。蒸汽壓力式溫度計(jì)：溫泡約2/3盛低沸點(diǎn)液體，其余空間是該液體的飽和蒸汽。壓力溫度關(guān)系非線性，刻度標(biāo)尺不均勻。通常采用氯甲烷、氯乙烷、乙醚、丙酮等。2025/6/2451第二章溫度測量——膨脹式溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)利用由不同膨脹系數(shù)的兩種技術(shù)構(gòu)成的雙金屬元件來測量溫度的儀器。使用溫度范圍一般為-80~600℃。精度不高。要使雙金屬溫度計(jì)靈敏度提高，需盡量增加雙金屬片的長度，在制造時(shí)把雙金屬片制作成螺旋狀，分為平螺旋和直螺旋兩種。2025/6/2452第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)測溫原理熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端結(jié)合組成回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電勢，這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。用它進(jìn)行溫度測量就是依賴所產(chǎn)生熱電勢與兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)溫度之間的一定關(guān)系實(shí)現(xiàn)的，這是1821年德國醫(yī)生塞貝克發(fā)現(xiàn)的，稱為塞貝克效應(yīng)。塞貝克效應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是熱電偶將熱能轉(zhuǎn)換為電能來實(shí)現(xiàn)測溫目的。而此電能，實(shí)際上由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成，即珀?duì)柼?yīng)和湯姆遜效應(yīng)。2025/6/2453第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)測溫原理熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端結(jié)合組成回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電勢，這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。用它進(jìn)行溫度測量就是依賴所產(chǎn)生熱電勢與兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)溫度之間的一定關(guān)系實(shí)現(xiàn)的，這是1821年德國醫(yī)生塞貝克發(fā)現(xiàn)的，稱為塞貝克效應(yīng)。塞貝克效應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是熱電偶將熱能轉(zhuǎn)換為電能來實(shí)現(xiàn)測溫目的。而此電能，實(shí)際上由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成，即珀?duì)柼?yīng)和湯姆遜效應(yīng)。mATT0AB2025/6/2454第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)測溫原理1834年，巴黎鐘表匠珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)：在熱電偶回路中有電流通過時(shí)，兩接點(diǎn)處溫度會(huì)發(fā)生變化，一個(gè)接點(diǎn)吸熱，環(huán)境溫度降低，一個(gè)接點(diǎn)放熱，環(huán)境溫度升高。物理原理：金屬導(dǎo)體中存在自由電子，且不同金屬導(dǎo)體材料的自由電子密度不同，類似于氣體，密度大的“壓力”大，如A的自由電子密度大于B的自由電子密度，則在二者接觸面處單位時(shí)間內(nèi)從A擴(kuò)散到B的電子多于從B到A的，從而此處產(chǎn)生電勢差，阻止自由電子從A到B的擴(kuò)散。此電勢就是珀?duì)柼妱莼蚪佑|電勢。＋－＋－AB2025/6/2455第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)測溫原理1851年，英國物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)：單個(gè)導(dǎo)體，存在縱向溫度梯度，當(dāng)有電流流過時(shí)，導(dǎo)體中必然有除焦耳熱之外的熱量產(chǎn)生。這就是湯姆遜效應(yīng)。物理原理：對(duì)于同一金屬導(dǎo)體材料，溫度高的自由電子密度大，“壓力”大，在此壓力差作用下，自由電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，從而產(chǎn)生電勢。此電勢就是湯姆遜電勢或溫差電勢。＋－＋－AA2025/6/2456第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶回路的基本定律1.均質(zhì)回路定律由一種均質(zhì)金屬導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成的閉合回路，不論其截面和長度以及各處的溫度分布如何，都不產(chǎn)生熱電勢。推論：(a)熱電偶必需由兩種不同性質(zhì)的材料組成；(b)如果熱電偶的兩熱電極是由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，那么熱電偶的熱電勢僅與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電極的粗細(xì)、長短和幾何形狀、沿?zé)犭姌O的溫度分布及變化均無關(guān)。(c)如果由一種材料組成的閉合回路存在溫差，且回路中產(chǎn)生熱電勢，則說明材料是不均勻?qū)w。2025/6/2457第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶回路的基本定律2.中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體后，不論中間導(dǎo)體接在回路的位置，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶的總熱電勢沒有影響。TT0T0ABCTABCT0T0ABCDTT0T02025/6/2458第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶回路的基本定律3.中間溫度定律熱電偶回路兩接點(diǎn)溫度為T和T0的熱電勢，等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T和Tm的熱電勢與接點(diǎn)溫度為Tm和T0時(shí)的熱電勢代數(shù)和。TTmT0ABTm2025/6/2459第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶回路的基本定律3.中間溫度定律例：用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某一工藝溫度，測得熱電偶參考端溫度為28℃，熱電偶熱電勢為34.191mV，求實(shí)際的工藝溫度。解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表：Tm=28℃，EAB(28,0)=1.122mVEAB(t,0)=EAB(t,28)+EAB(28,0)=34.191+1.122=35.313mV再查分度表，得:t=850℃TTmABTm2025/6/2460第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶回路的基本定律4.參考電極定律如果將熱電極C(一般為純鉑絲)

作為參考電極(也稱標(biāo)準(zhǔn)電極)，并知參考電極與各種熱電極配對(duì)時(shí)的熱電勢，那么在相同接點(diǎn)溫度(T,T0)下，任意兩熱電極A、B配對(duì)時(shí)熱電勢可按下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)TT0ABCEACEBCEAB2025/6/2461第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶測溫回路熱電偶測溫回路一般由以下幾部分組成：熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、參考端接點(diǎn)、連接導(dǎo)線、轉(zhuǎn)換開關(guān)和電測儀表等。1.熱電偶常用線路應(yīng)用最廣泛的線路，測量溫度場中某一點(diǎn)的溫度。TT2T12025/6/2462第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶測溫回路2.熱電偶串聯(lián)線路將n支同型號(hào)熱電偶依次按正負(fù)極連接的線路稱為串聯(lián)線路。這種線路的優(yōu)點(diǎn)是熱電勢大，測溫精度比單支熱電偶高。據(jù)此可制作成熱電堆，用來感受微弱信號(hào)，或在相同條件下，與靈敏度低的儀表配合。最大缺點(diǎn)是只要一支斷路，整個(gè)測量系統(tǒng)就不能工作。TT02025/6/2463第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶測溫回路3.熱電偶并聯(lián)線路將n支同型號(hào)熱電偶正負(fù)極分別連接在一起的線路稱為并聯(lián)線路。這種線路的優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，相對(duì)誤差為單支熱電偶的。但所配儀表要求靈敏度高。當(dāng)某支熱電偶斷路時(shí)，不影響測量系統(tǒng)工作。常用來測溫場的平均溫度。TT02025/6/2464第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶測溫回路4.熱電偶反向串聯(lián)線路采用兩支同型號(hào)熱電偶正負(fù)極反向連接線路稱為反向串聯(lián)線路。用于測量溫度場的均勻性或溫度分布。由于熱電勢小，需選用靈敏度高的儀表。T1T0T22025/6/2465第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)國際標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶國際標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是國際電工委員會(huì)向全世界推薦的(8種)，并被國際公認(rèn)，且性能優(yōu)良，工藝成熟，應(yīng)用廣泛，能批量生產(chǎn)，具有統(tǒng)一分度表，同型號(hào)可互換。熱電偶分度號(hào)正極代號(hào)名義成分/(%)負(fù)極代號(hào)名義成分/(%)最高使用溫度/℃分度表溫區(qū)/℃長期短期鉑銠30-鉑銠6BBPPt30RhBNPt6Rh160018000~1820鉑銠13-鉑RRPPt13RhRN100Pt14001600-50~1769鉑銠10-鉑SSPPt10RhSN100Pt13001600-50~1769鎳鉻-鎳硅KKPNi10CrKNNi3Si12001300-270~1373鎳鉻-銅鎳(康銅)EEPNi10CrENCu45Ni750900-270~1000鐵-康銅JJP100FeJNCu45Ni600750-210~1200銅-康銅TTP100CuTNCu45Ni350400-270~400鎳鉻硅-鎳硅NNPNi14.5Cr1.5SiNNNi4.5Si12001300-270~13002025/6/2466第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作通常采用焊接的方式把測量端連接在一起。焊點(diǎn)形式有：(a)點(diǎn)焊。適合貴金屬和直徑較小的廉金屬熱電偶。(b)對(duì)焊。(c)絞狀焊。適合較粗的廉金屬熱電偶。(d)和(e)均是為了減少由于保護(hù)管而增大的熱惰性，將測量端焊接在保護(hù)管底端內(nèi)，適于廉金屬熱電偶。(d)是兩熱電極均焊在保護(hù)管底部，(e)是保護(hù)管內(nèi)僅一個(gè)熱電極，保護(hù)管自身為另一熱電極。2025/6/2467第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作焊接方法：(a)直流電弧焊。適于貴金屬熱電偶，焊接形式為對(duì)焊、點(diǎn)焊。操作方法：將熱電偶的兩個(gè)偶絲分別接在電源正極上作為一個(gè)電極，將圓錐尖頂?shù)氖綦姌O或碳電極接在電源負(fù)極上作為另一個(gè)電極，利用兩電極靠近時(shí)形成的強(qiáng)大電場起弧，融化熱電極端部金屬，從而焊接好。2025/6/2468第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作焊接方法：(b)交流電弧焊。適于廉金屬熱電偶，焊接形式為對(duì)焊、絞狀焊。其電極為兩個(gè)高純石墨棒，利用其通電產(chǎn)生電弧，將熱電偶焊接在一起。此方法設(shè)備簡單、操作容易，但容易造成測量端和靠近測量端的熱電極材料表面滲碳，降低熱電偶的穩(wěn)定性。2025/6/2469第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作焊接方法：(c)直流氬弧焊。是熱電偶焊接最理想的方法。焊接時(shí)通氬氣用來保護(hù)，特別適用于熱電極材料熔點(diǎn)高并且容易氧化的熱電偶焊接。2025/6/2470第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作焊接方法：(d)氣焊。這種焊接方法使用的是煤氣與氧、乙炔與氧或氫與氧混合氣燃燒形成的火焰，將偶絲加熱融化成球形焊點(diǎn)。適用于廉金屬熱電偶焊接。2025/6/2471第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作焊接方法：(e)鹽水焊接。燒杯中裝入35.9％重量比的氯化鈉飽和溶液，將鉑絲或其它金屬絲(在氯化鈉溶液中不電解)作為一個(gè)電極放入燒杯中，被焊接的熱電偶作為另一個(gè)電極。焊接時(shí)將熱電偶測量端與溶液稍接觸，接通電源，起弧后迅速切斷電源即可。適用于焊接較細(xì)的熱電偶(

0.03mm~0.5mm)。2025/6/2472第二章溫度測量——熱電偶式溫度計(jì)熱電偶的制作焊接方法：(f)碳粉(粒)焊接。與電弧焊相似，將被焊熱電偶接電源負(fù)極，將電源另一極接盛碳粉的石墨坩堝，焊接時(shí)將熱電偶插入石墨粉中即可。適用于焊接廉金屬熱電偶，但由于會(huì)造成鎳硅電極脆斷，因而不適于鎳鉻-鎳硅熱電偶焊接。~220V碳棒熱電偶2025/6/2473第二章溫度測量——輻射測溫

輻射測溫法是一種非接觸測溫法，是利用傳感器(探測器)將物體輻射的能量轉(zhuǎn)換成隨溫度而變的光電信號(hào)，并由配套儀器將此信號(hào)按溫度單位顯示，從而達(dá)到測溫目的。輻射測溫與接觸測溫的不同點(diǎn)在于它測溫時(shí)探測器不必與被測物體相接觸，探測元件不會(huì)破壞被測物體的溫度場分布，也不必與被測區(qū)域達(dá)到熱平衡。通常采用光電敏感元件，故靈敏度高、反應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)測溫。理論上沒有測量上限。

缺點(diǎn)是由于受被測物體表面狀況和折射率以及中間介質(zhì)等影響，增加了處理測量結(jié)果的復(fù)雜程度和難度，不能直接測得物體實(shí)際溫度，限制了其應(yīng)用。2025/6/2474第二章溫度測量——輻射測溫輻射過程三階段：1.熱物體表面熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄕ駝?dòng)；2.電磁波透過中間空氣向周圍傳播；3.在接收輻射能的物體表面，電磁波轉(zhuǎn)化為熱能被接收體吸收。依賴于物體本身溫度自發(fā)的向外輻射能量的過程叫熱輻射。熱輻射發(fā)出的光波僅是電磁波的組成部分。2025/6/2475第二章溫度測量——輻射測溫通常，物體輻射能所處的光譜范圍不僅會(huì)呈現(xiàn)不同顏色，而且還與其本身的溫度有關(guān)。如：當(dāng)物體溫度升高至500℃時(shí)，其輻射光譜開始包括可見光的紅外部分，溫度升高到800℃時(shí)，呈現(xiàn)紅熱，繼續(xù)升溫，顏色會(huì)轉(zhuǎn)為桔黃，當(dāng)升高到3000℃時(shí)，輻射光譜會(huì)包括更多短波部分，呈現(xiàn)白熱。但物體溫度對(duì)熱輻射性能影響較大，而且極為復(fù)雜。2025/6/2476第二章溫度測量——輻射測溫?zé)彷椛涠攘枯椛錅y溫時(shí)，探測器接受到的能量不僅與輻射源的表面狀況、波長有關(guān)，而且與傳播方位、空間、時(shí)間相關(guān)。與測溫有關(guān)的基本熱輻射度量有6種。1.輻射能量Q由輻射源發(fā)出的全部熱輻射光譜的總能量稱為該輻射源的輻射能量。單位焦耳J。2.輻射通量Φ輻射源發(fā)射、傳播的輻射能量或接收物體吸收到的輻射能量隨時(shí)間的變化率稱為輻射通量，又稱輻射功率。單位瓦W。2025/6/2477第二章溫度測量——輻射測溫?zé)彷椛涠攘?.輻射強(qiáng)度I為了描述輻射通量在空間不同方向上分布的情況，將輻射源在某一特定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射出的輻射通量稱為輻射強(qiáng)度。單位瓦每球面度W/sr。4.輻射出度M由于輻射源表面發(fā)射量不均勻，為了描述其單位面積輻射通量的密度，通常將某一面積元S在各方向上(半空間)的總輻射通量稱為輻射出度。單位瓦每平米W/m2。2025/6/2478第二章溫度測量——輻射測溫?zé)彷椛涠攘?.輻射照度E為了描述接收物體面積上的輻射通量的密度，通常將外界輻射源投射到接收物體單位表面積上的輻射通量稱為輻射照度。單位瓦每平米W/m2。M與E的區(qū)別：輻射出度是描述離開輻射源表面的輻射通量，包括了該源向整個(gè)半球空間輻射的通量。輻射照度是指外界入射到接受面上的輻射通量，可以包括一個(gè)或幾個(gè)源投射來的輻射通量。2025/6/2479第二章溫度測量——輻射測溫?zé)彷椛涠攘?.輻射亮度L和單色輻射亮度Lλ為了描述輻射源的輻射通量在空間或輻射源表面上的特性，通常將輻射源在某個(gè)方向上的單位投影面積和單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量稱為輻射亮度。單位瓦每球面度平方米W/(sr.m2)。輻射物體在某一特定方向上，單位時(shí)間、單位波長間隔、單位投影面積、單位立體角內(nèi)所發(fā)出的輻射能量稱為單色輻射亮度。單位瓦每球面度立方米W/(sr.m3)。2025/6/2480第二章溫度測量——輻射測溫黑體輻射定律黑體輻射定律是實(shí)現(xiàn)熱輻射測溫方法的依據(jù)，包括普朗克定律、維恩位移定律、斯忒藩-玻爾茲曼定律。2025/6/2481第二章溫度測量——輻射測溫視在溫度黑體輻射定律僅對(duì)黑體才是正確的，但絕大多數(shù)測量對(duì)象都是非黑體，同一溫度下實(shí)際物體的熱輻射總是比黑體輻射小，因此同樣的熱輻射亮度，黑體所對(duì)應(yīng)的溫度最低，物體發(fā)射率越低的溫度越高。輻射測溫中，為了解決測溫必需知道物體光譜發(fā)射率的難題，引入了視在溫度(表觀溫度)，包括亮度溫度、輻射溫度、顏色溫度。2025/6/2482第二章溫度測量——輻射測溫亮度溫度當(dāng)實(shí)際物體(非黑體)在某一波長下的單色輻射亮度同絕對(duì)黑體在同一波長下的單色輻射亮度相等，則該黑體的溫度稱為實(shí)際物體的亮度溫度Ts。定義表達(dá)式為：把維恩近似公式代入上式得：兩邊取對(duì)數(shù)得：2025/6/2483第二章溫度測量——輻射測溫輻射溫度當(dāng)實(shí)際物體的總輻射亮度(包括所有波長)與絕對(duì)黑體的總的輻射亮度相等時(shí)，則該黑體的溫度叫做實(shí)際物體的輻射溫度Tp。斯忒藩-玻爾茲曼定律2025/6/2484第二章溫度測量——輻射測溫顏色溫度當(dāng)黑體與非黑體在某一光譜區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)波長下的單色輻射亮度之比相等時(shí)，黑體的溫度稱為非黑體的顏色溫度，又稱比色溫度Tc。定義表達(dá)式為：把維恩近似公式代入上式得：兩邊取對(duì)數(shù)得：2025/6/2485第二章溫度測量——輻射測溫顏色發(fā)射率在實(shí)際溫度測量中，經(jīng)常需要得出物體的亮度溫度與顏色溫度之間的關(guān)系，為此引入顏色發(fā)射率εc(T)。由顏色溫度的定義可得：根據(jù)亮度溫度的定義和維恩近似公式可得物體亮度溫度與其顏色溫度之間的關(guān)系，2025/6/2486第二章溫度測量——輻射測溫由三種視在溫度可引申出三種輻射測溫方法，即亮度測溫法、全輻射測溫法、顏色測溫法(比色測溫法)。對(duì)應(yīng)得測溫儀器為亮度溫度計(jì)、全輻射溫度計(jì)、顏色溫度計(jì)(比色溫度計(jì))。2025/6/2487第二章溫度測量——輻射測溫全輻射溫度計(jì)理論基礎(chǔ)是斯忒藩-玻爾茲曼定律，通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體的輻射溫度。此方法所用儀表結(jié)構(gòu)簡單，讀數(shù)客觀能連續(xù)記錄。缺點(diǎn)是溫度計(jì)示值受環(huán)境及發(fā)射率影響較大，降低了其準(zhǔn)確度。測溫原理基本組成部分：接收被測對(duì)象熱輻射的熱探測器；聚焦熱輻射于接收器的裝置；測量熱探測器上信號(hào)的測量裝置。2025/6/2488第二章溫度測量——輻射測溫全輻射溫度計(jì)測溫原理被測物體的輻射能量經(jīng)過透鏡和光闌聚焦在感溫器的受熱片上，受熱片接收輻射能量而溫度升高，產(chǎn)生熱電勢輸出，根據(jù)熱電勢大小可得出被測物體的溫度。熱接收元件可分為：1.熱電堆(由4、6、8、16對(duì)或更多熱電偶串連而成)2.熱敏電阻3.雙金屬片2025/6/2489第二章溫度測量——輻射測溫亮度溫度計(jì)根據(jù)普朗克定律，通過測量物體在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度(又稱單波段溫度計(jì))。可分為兩類：光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。2025/6/2490第二章溫度測量——輻射測溫光學(xué)高溫計(jì)測溫時(shí)調(diào)整物鏡，使輻射源成像在高溫計(jì)燈泡的燈絲平面上，然后調(diào)整目鏡，使人眼能清晰看到被測物體和燈絲的成像，再調(diào)節(jié)電測系統(tǒng)的可變電阻，改變燈絲電流，使物體亮度和燈絲亮度在紅色濾光片光譜范圍內(nèi)平衡，而燈絲的亮度溫度與電流關(guān)系已知，因此可測的其亮度溫度。2025/6/2491第二章溫度測量——輻射測溫光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)測溫時(shí)，要靠手動(dòng)調(diào)整電流，人眼觀測，因此主觀性誤差大。光電高溫計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)相比：1.靈敏度高：光學(xué)0.5℃，光電0.05℃2.準(zhǔn)確度高：1400℃下，光學(xué)±5℃，光電±1.1℃。3.使用波長范圍寬：光電不受波長限制4.測溫范圍寬：光學(xué)下限700℃，光電可至低溫段5.響應(yīng)時(shí)間短：光學(xué)平衡時(shí)間長數(shù)分鐘，光電可在數(shù)秒～10-8S內(nèi)自動(dòng)平衡6.自動(dòng)化程度高：能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、記錄以及遠(yuǎn)距離傳送顯示。2025/6/2492第二章溫度測量——輻射測溫光電高溫計(jì)下圖光學(xué)高溫計(jì)由光電系統(tǒng)和測量顯示裝置組成，光電系統(tǒng)包括(1)光學(xué)接收系統(tǒng)；(2)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)；(3)光電轉(zhuǎn)換處理電路，將熱輻射能量通過光電元件(硫化鉛或硅光電池)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)放大、整流、調(diào)節(jié)、控制等環(huán)節(jié)，輸出給儀表。測量顯示裝置為自動(dòng)平衡電橋。2025/6/2493第二章溫度測量——輻射測溫比色高溫計(jì)比色溫度計(jì)利用物體的單色輻射現(xiàn)象測溫，但它是利用同一被測物體在兩個(gè)波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化這一特性為其測溫的。因此測量實(shí)際物體時(shí)，只需知道兩個(gè)波長下的光譜發(fā)射率的比值，而比值測量比絕對(duì)值測量更為簡便，精確。因此比色測溫優(yōu)點(diǎn)：1.大多數(shù)實(shí)際物體的顏色溫度Tc要比Ts、Tp更接近實(shí)際溫度T，被測物體為灰體時(shí)，Tc＝T

2.顏色測溫受被測物體光譜發(fā)射率影響很小。3.比色溫度計(jì)的輸出信號(hào)可以自動(dòng)記錄、控制、調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)傳。2025/6/2494第二章溫度測量——輻射測溫比色高溫計(jì)分類比色溫度計(jì)單通道型雙通道型單光路比色溫度計(jì)雙光路比色溫度計(jì)無光調(diào)制比色溫度計(jì)(非調(diào)制式)有光調(diào)制比色溫度計(jì)(調(diào)制式)2025/6/2495第二章溫度測量——其它測溫方法紅外測溫儀一種工作于紅外波段的光學(xué)、輻射、比色溫度計(jì)的統(tǒng)稱。其光電系統(tǒng)必需選擇適合紅外工作的光學(xué)材料和相應(yīng)的光敏探測器件。紅外溫度計(jì)將被測物體表面發(fā)射的紅外波段輻射能量通過光學(xué)系統(tǒng)匯聚到紅外探測元件上，使其產(chǎn)生一電信號(hào)，經(jīng)放大模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)處理，轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)值顯示。2025/6/2496第二章溫度測量——其它測溫方法熱像儀用做描繪熱輻射體表面的溫度分布和圖像處理的儀器稱為熱像儀，又稱紅外熱像儀。是一種綜合運(yùn)用熱輻射理論、紅外技術(shù)、自動(dòng)掃描檢測技術(shù)的儀器。即可顯示出物體表面溫度的絕對(duì)值，也可測出其相對(duì)值，并且通過熱成像技術(shù)靈敏地分辨出復(fù)雜環(huán)境下物體表面小目標(biāo)地的溫度和某一區(qū)域溫度分布狀況。2025/6/2497第二章溫度測量——其它測溫方法光纖溫度計(jì)1.輻射式光纖溫度計(jì)：工作原理與光電高溫計(jì)相似，都是基于輻射強(qiáng)度和波長是溫度的函數(shù)。除光纖探頭外其余結(jié)構(gòu)相似。2.光纖比色溫度計(jì)：由光纖