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1、第第 6 6 章章 温度传感器温度传感器化学工业出版社化学工业出版社为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 6.2测温方法分类及其特点 6.3热膨胀式测温方法6.4热阻式测温方法 6.5热电式测温方法 本章学习的主要内容有：6.1温度与标定本章学习内容6.6辐射法测温6.7新型温度传感器及其测温技术为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能l l温温度度是是国国际际单单位位制制给给出出的的基基本本物物理理量量之之一一，它它是是工工农农业业生生产产、科科学学
2、试试验验中中需需要要经经常常测测量量和和控控制制的的主主要要参参数数，也也是是与与人人们们日日常常生生活活紧紧密密相相关关的一个重要物理量。的一个重要物理量。通通常常把把长长度度、时时间间、质质量量等等基基准准物物理理量量称称作作“外外延延量量”，它它们们可可以以叠叠加加。例例如如把把长长度度相相同同的的两两个个物物体体连连接接起起来来，其其总总长长度度为为原原来来的的单单个个物物体长度的两倍体长度的两倍 而而温温度度则则不不然然，它它是是一一种种“内内涵涵量量”，叠叠加加原原理理不不再再适适用用，例例如如把把两两瓶瓶9090的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为的水倒在一起。其温度绝
3、不可能增加，更不可能成为180180为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能l l从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志。剧烈程度的标志。温度低的物体，其内部分子的平均动能亦小温度低的物体，其内部分子的平均动能亦小温度低的物体，其内部分子的平均动能亦小温度低的物体，其内部分子的平均动能亦小温度高的物体，其内部分子平均动能大温度高的物体，其内部分子平均动能大温度高的物体，其内部分子平均动能大温度高的物体，其内部分子平均动能大l l热力学的第零定
4、律热力学的第零定律指出：具有相同温度的两个物体，它们必然指出：具有相同温度的两个物体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个物体处于热平衡状处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个物体处于热平衡状态，则这两个物体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处于态，则这两个物体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。同一温度。l l据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待测物体的温度和这些基准温度进行比较，得到待测可把其它待测物体的温度和这些基准温度进行比较，得到待测物体的温度物体的温度。为深入学习习近平新时代中国
5、特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 温度与标定温度与标定6.1.1 温标 6.1.2 标定6.1.1.1经验温标6.1.1.2热力学温标6.1.1.3绝对气体温标 6.1.1.4 国际实用温标和国际温标为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 6.1 温度与标定温度与标定 现现代代统统计计力力学学虽虽然然建建立立了了温温度度和和分分子子动动能能之之间间的的函函数数关关系系，但但由由于于目目前前尚尚难难以以直直接接测测量量物物体体内内部部的的分分子子动动能能，因因而而只只
6、能能利利用用一一些些物物质质的的某某些些物物性性(诸诸如如尺尺寸寸、密密度度、硬硬度度、弹弹性性模模量量、辐辐射射强强度等度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量.为为了了保保证证温温度度量量值值的的准准确确和和利利于于传传递递，需需要要建建立立一一个个衡衡量量温度的统一标准尺度，即温度的统一标准尺度，即温标温标.随随着着温温度度测测量量技技术术的的发发展展，温温标标也也经经历历了了一一个个逐逐渐渐发发展展，不不断断修修改改和和完完善善的的渐渐进进过过程程。从从早早期期建建立立的的一一些些经经验验温温标标，发发展展为为后后来来的的理
7、理想想热热力力学学温温标标和和绝绝对对气气体体温温标标。到到现现今今使使用用具具有有较较高高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间.6.1.1 温标为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1.1.16.1.1.1经验温标经验温标定义：根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标常用的经验温标有：华氏温标和摄氏温标 6.1 温度与标定温度与标定（1）华氏温标1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的
8、混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到l00度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1”。按照华氏温标，则水的冰点为32，沸点为212.（）摄氏温标1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 温度与标定温度与标定华氏温标与摄氏温标的关系：华氏温标与摄氏温标的关系：T
9、 T =t t+3232 (6-1)(6-1)式中式中 TT华氏温度值华氏温度值;tt摄氏温度值。摄氏温度值。除除华华氏氏和和摄摄氏氏外外，还还有有一一些些类类似似经经验验温温标标如如列列氏氏、兰兰氏氏等等，这里不再一一列举。这里不再一一列举。经经验验温温标标均均依依赖赖于于其其规规定定的的测测量量物物质质，测测温温范范围围也也不不能能超超过过其其上上、下下限限(如如摄摄氏氏为为00、l00)l00)。超超过过了了这这个个温温区区，摄摄氏氏将将不不能能进进行行温温度度标标定定。另另外外，经经验验温温标标主主观观地地认认为为其其规规定定的的温温标标具具有有很很大大的局限性，很快就不能适应工业和科
10、技等领域的测温需要的局限性，很快就不能适应工业和科技等领域的测温需要.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 温度与标定温度与标定该该温温标标为为了了在在分分度度上上和和摄摄氏氏温温标标相相一一致致，把把理理想想气气体体压压力力为为零零时时对对应应的的温温度度绝绝对对零零度度（是是在在实实验验中中无无法法达达到到的的理理论论温温度度，而而低低于于0 0K K的的温温度度不不可可能能存存在在）与与水水的的三三相相点点温温度度分分为为2732731616份份，每每份份为为11K(Kelvin)K(Kelvin)。热力学温
11、度的单位为热力学温度的单位为“K”K”。6.1.1.2热力学温标1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnotcycle)为基础建立的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 温度与标定温度与标定波尔定律：波尔定律：PV=RTPV=RT(6-2(6-2）式中：式中：PP一定质量的气体的压强一定质量的气体的压强VV该气体的体积该气体的体积 RR普普适适常常数数 TT热热力力学温度学温度 当当气气体体的的体体积积为为恒恒
12、定定(定定容容)时时，其其压压强强就就是是温温度度的的单单值值函函数数。这样就有：这样就有：T T2 2/T/T1 1=P=P2 2/P/P1 16.1.1.3绝对气体温标定义：从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 温度与标定温度与标定这种比值关系与开尔文这种比值关系与开尔文(Ketvin)Ketvin)提出、确定的热力学温标的比提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点值关系完全类似。因此若选用同一固定点(水的三相点水的三相点)来作参考来作参考点，则两
13、种温标在数值上将点，则两种温标在数值上将完全相同完全相同.理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实真实气体气体来制作气体温度计来制作气体温度计.由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正(诸诸如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正，如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正，又需又需依据许多高精度、高难度的精确测量依据许多高精度、高难度的精确测量)；因此直接用气体温度计来；因此直接用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁
14、统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难；因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产杂、困难；因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国际实用温标生和建立了协议性的国际实用温标.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 温度与标定温度与标定6.1.1.4 国际实用温标和国际温标 经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使各国均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上
15、温度量值的统一。第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。为和IPTS一68温标相区别，用表示ITS一90温标。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 6.1 温度与标定温度与标定ITSITS一一9090基本内容为：基本内容为：重重申申国国际际实实用用温温标标单单位位仍仍为为K K，1K1K等等于于水水
16、的的三三相相点点时时温温度度值值1/273.161/273.16；把把水水的的三三相相点点时时温温度度值值定定义义为为0.010.01（摄摄氏氏度度），同同时时相相应应把把绝绝对对零零度度修修订订为为-273.15-273.15；这这样样国国际际摄摄氏氏温温度度 t t9090（）和国际实用温度和国际实用温度 T T9090（K K）关系为：关系为：t t9090=T=T9090273.15273.15 （6-36-3）在在实实际际应应用用中中，为为书书写写方方便便，通通常常直直接接用用分分别别代代表表和和。规定把整个温标分成规定把整个温标分成4 4个温区，其相应的标准仪器如下：个温区，其相应
17、的标准仪器如下：0.655.00.655.0K K，用用3 3HeHe和和4 4HeHe蒸汽温度计；蒸汽温度计；3.024.55613.024.5561K K，用用3 3HeHe和和4 4HeHe定容气体温度计；定容气体温度计；13.80313.803K961.78K961.78，用铂电阻温度计；用铂电阻温度计；961.78961.78以上，用光学或光电高温计；以上，用光学或光电高温计；为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 6.1 温度与标定温度与标定 新新确确认认和和规规定定1717个个固固定定点点温温度度值值以
18、以及及借借助助依依据据这这些些固固定点和规定点和规定定的的内内插插公公式式分分度度的的标标准准仪仪器器来来实实现现整整个热力学温标。见表个热力学温标。见表6-16-1所示。所示。我我国国从从19911991年年7 7月月1 1日日起起开开始始对对各各级级标标准准温温度度计计进进行行改改值值，整整个个工工业业测测温温仪仪表表的的改改值值在在19931993年年年年底底前前全全部部完完成，并从成，并从19941994年元旦开始全面推行年元旦开始全面推行ITSITS一一9090新温标。新温标。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功
19、能6.1 6.1 温度与标定温度与标定表6-1为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.1 6.1 温度与标定温度与标定对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。标准值法标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点标定义的固定温度点(恒温恒温)作标准值，把被标定温度计作标准值，把被标定温度计(或或传感器传感器)依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值应示值(或传感器的输出
20、或传感器的输出)，并根据国际温标规定的内插公式，并根据国际温标规定的内插公式对温度计对温度计(传感器传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定；的标定；标定后的温度计可作为标准温度计来测温度。标定后的温度计可作为标准温度计来测温度。更更为为一一般般和和常常用用的的另另一一种种标标定定方方法法是是把把被被标标定定温温度度计计(传传感感器器)与与已已被被标标定定好好的的更更高高一一级级精精度度的的温温度度计计(传传感感器器)，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调 6.1.2 标定为深入学习习
21、近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 节节到到所所选选择择的的若若干干温温度度点点，比比较较和和记记录录两两者者的的读读数数，获获得得一一系系列列对对应应差差值值，经经多多次次升升温温，降降温温、重重复复测测试试，若若这这些些差差值值稳稳定定，则则把把记记录录下下的的这这些些差差值值作作为为被被标标定定温温度度计计的的修修正量，就成了对被标定温度计的标定。正量，就成了对被标定温度计的标定。世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其精度和可靠性。我国并定期和
22、国际标准相对比，以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省(直辖市、自直辖市、自治区治区)市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比对比(修正修正)、标定，据此进行温度标准的传递，从而保证温、标定，据此进行温度标准的传递，从而保证温度标准的准确与统一度标准的准确与统一。6.1 温度与标定温度与标定为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.2 6.2 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点6.2.1测温方法
23、6.2.1.1接触式温度测量6.2.1.2非接触式温度测量6.2.1.3接触式与非接触式测温比较6.2.1.4接触式与非接触式测温范围为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.2 6.2 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡，此时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计就可据此测出被测对象的温度。因此，接触式测温一方面有测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低等优点。
24、6.2.1测温方法6.2.1.1接触式温度测量为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.2 6.2 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点 另一方面也存在由于感温元件与被测介质直接接另一方面也存在由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀根据
25、测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀式、热阻式、热电式等多种形式。式、热阻式、热电式等多种形式。6.2.1.1接触式温度测量为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.2 6.2 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。因因此此，非非接接触触式式测测温温具具有有不不改改变变被被测测物物体体的的温温度度分分布布，热热惯惯性性小小，测测温
26、温上上限限可可设设计计得得很很高高，便便于于测测量量运运动动物物体体的的温温度度和快速变化的温度等优点。和快速变化的温度等优点。两类测温方法的主要特点如表两类测温方法的主要特点如表6-26-2所示所示。6.2.1.2非接触式温度测量6.2.1.3接触式与非接触式测温比较为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 接触式与非接触式测温特点 （紫非接触式，蓝接触式）精精 度度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级通常为1.0、1.5、2.5级响应速度响应速度 慢，通常为几十秒到几分钟快，通常为2
27、3秒测量测量范围范围特别适合1200以下、热容大、无腐蚀性对象的连续在线测温对高于l 300以上的温度测量较困难原理上测量范围可以从超低温到极高温但1000以下，测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度测量条件测量条件感温元件：要与被测对象良 好接触其加入几乎不改变对象的温度被测温度不超过其能承受的上限温度;被测对象不对其产生腐蚀需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上其他特点其他特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉，仪表读数直接反应被测物体的实际温度，可方便的组成多路集中测量与控制系统整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵，仪表读
28、数通常只反映被测物体的表现温度（需要转换），不易组成测温、控温一体化的温度控制装置表6-2为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.2 6.2 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点表6-36.2.1.4接触式与非接触式测温范围为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法6.3.1玻璃温度计6.3.2压力温度计6.3.3双金属温度计6.3热膨胀式测温方法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻
29、全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法 根根据据测测温温转转换换的的原原理理，接接触触式式测测温温又又可可分分为为膨膨胀胀(包包括括液液体体和和固固体体膨膨胀胀)式式，热热阻阻(包包括括金金属属热热电电阻阻和和半半导导体体热热电电阻阻)式式、热电热电(包括热电偶和包括热电偶和PNPN结结)式等多种形式。式等多种形式。膨膨胀胀式式测测温温是是基基于于物物体体受受热热时时产产生生膨膨胀胀的的原原理理，分分为为液液体体膨膨胀胀式式和和固固体体膨膨胀胀式式两两类类。一一般般膨膨胀胀式式温温度度测测量量大大都都在在-50-50550550范范围围内内，用用
30、于于那那些些温温度度测测量量或或控控制制精精度度要要求求较较低低，不不需需自自动记录的场合。动记录的场合。膨膨胀胀式式温温度度计计种种类类很很多多，按按膨膨胀胀基基体体可可分分成成液液体体膨膨胀胀式式玻玻璃璃温温度度计计、液液体体或或气气体体膨膨胀胀式式压压力力温温度度计计及及固固体体膨膨胀胀式式双双金金属属温温度计。度计。6.3热膨胀式测温方法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水水银
31、银是是玻玻璃璃温温度度计计最最常常用用的的液液体体，其其凝凝固固点点为为-38.9-38.9、测测温上限为温上限为538538。对对于于较较低低温温度度测测量量，可可以以用用其其它它有有机机液液体体(如如酒酒精精下下限限为为-6262，甲苯下限为，甲苯下限为-90-90，而戊烷则可达，而戊烷则可达-20-20l)l)。玻玻璃璃温温度度计计具具有有结结构构简简单单，制制作作容容易易，价价格格低低廉廉，测测温温范范围围较较广广，安安装装使使用用方方便便，现现场场直直接接读读数数，一一般般无无需需能能源源，易易破破损损，测温值难自动远传记录等特点。测温值难自动远传记录等特点。6.3.1玻璃温度计为深
32、入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法玻璃温度计按使用方式又可分全浸式和局浸式两大类。全浸式即是把玻璃温度计液柱全部浸没在全浸式即是把玻璃温度计液柱全部浸没在被测介质中。此种方式特点是测温准确度被测介质中。此种方式特点是测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸式为温度计液柱部分局浸式为温度计液柱部分(固定长度固定长度)浸入被浸入被测介质中，部分暴露在空气中。此种方式测介质中，部分暴露在空气中。此种方式特点是读数容易，但测量误差较大，即使特点是读数容易
33、，但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。倍或更多。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法压压力力温温度度计计是是根根据据一一定定质质量量的的液液体体、气气体体、蒸蒸汽汽在在体体积积不不变变的的条条件件下下其其压压力力与与温温度度呈呈确确定定函函数数关关系系的的原原理理实实现现其其测测温温功功能能的的。压压力力温温度度计计的的典典型型结结构构示示意意图如图图如图6-16-1所示。所示。图6-1压力温度计结构示意图 6.3.
34、2压力温度计为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法 组组成成：它它由由充充有有感感温温介介质质的的感感温温包包、传传递递压压力力元元件件(毛毛细细管管)及及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构、指针和读数盘组成。压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构、指针和读数盘组成。操操作作：测测温温时时将将其其温温包包置置入入被被测测介介质质中中，温温包包内内的的感感温温介介质质(为为气气体体或或液液体体或或蒸蒸发发液液体体)因因被被测测温温度度的的高高低低而而导导致致其其体体积积膨膨胀胀或或收收缩缩造造成成
35、压压力力的的增增减减，压压力力的的变变化化经经毛毛细细管管传传给给弹弹簧簧管管使使其其产产生生变变形形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。这这类类压压力力温温度度计计其其毛毛细细管管细细而而长长(规规格格为为160160m)m)它它的的作作用用主主要要是是传传递递压压力力，长长度度愈愈长长，则则使使温温度度计计响响应应愈愈慢慢，在在长长度度相相等等条条件件下下，管愈细，则准确度愈高。管愈细，则准确度愈高。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温
36、方法热膨胀式测温方法l l压压力力温温度度计计和和玻玻璃璃温温度度计计相相比比，具具有有强强度度大大、不不易易破破损损、读读数数方方便便，但但准准确确度度较较低低、耐耐腐腐蚀蚀性性较较差差等等特特点点。压压力力温温度度计计测测温温范范围围下下限限能能达达-100-100以以下下，上上限限最最高高可可达达600600，常常用用于于汽汽车车、拖拖拉拉机机、内内燃燃机机、汽汽轮轮机机的的油、水系统的温度测量。油、水系统的温度测量。6.3.3双金属温度计固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即：L1=L0(1+k(t1 t0)（6-4）式中L1固体在温度t1时的长度L0固体在温度t0时的长度；k固体在
37、温度t0，t1之间的平均线膨胀系数。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法基基于于固固体体受受热热膨膨胀胀原原理理，测测量量温温度度通通常常是是把把两两片片线线膨膨胀胀系系数数差差异异相相对对很很大大的的金金属属片片叠叠焊焊在在一一起起，构构成成双双金金属属片片感感温温元元件件（俗俗称称双双金金属属温温度度计计）。当当温温度度变变化化时时，因因双双金金属属片片的的两两种种不不同同材材料料线线膨膨胀胀系系数数差差异异相相对对很很大大而而产产生生不不同同的的膨膨胀胀和和收收缩缩，导导致致
38、双双金金属属片片产产生生弯弯曲曲变变形形。如如图图6-26-2所所示。示。图6-2双金属温度计原理图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属B B（例例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属A A（例如因瓦合金）例如因瓦合金）却几乎不变。致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线却几乎不变。致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差越大，引起的弯曲角度也越大。其关系可用下
39、式表膨胀差越大，引起的弯曲角度也越大。其关系可用下式表示：示：x=G(l2/d)t (6-5)(6-5)式中:x双金属片自由端的位移，mml双金属片的长度，mmd双金属片的厚度，mm t 双金属片的温度变化，G弯曲率(将长度为100mm，厚度为1mm的线状双金属片的一端固定，当温度变化1(1K)时，另一端的位移称为弯曲率)，取决于头金属片的材质，通常为(514)10-6K。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.3 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法目前实际采用的双金属材料及测温范围：目前实际采用的双金属材料及测温范围：1
40、00100以下，通常采用黄铜与以下，通常采用黄铜与3434镍钢；镍钢；150150以下，通常采用黄铜与因瓦合金；以下，通常采用黄铜与因瓦合金；250250以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与34344242镍钢。镍钢。双双金金属属温温度度计计不不仅仅可可用用于于测测量量温温度度，而而且且还还可可方方便便地地用用作作简简单单温温度度控控制制装装置置(尤尤其其是开关的是开关的“通通断断”控制控制)。双双金金属属温温度度计计的的感感温温双双金金属属元元件件的的形形状状有有平平面面螺螺旋旋型型和和直直线线螺螺旋旋型型两两大类，其测温范围大致为大类，其测温范围大致
41、为-80600-80600，精度等级通常为，精度等级通常为1.51.5级左右。级左右。由由于于其其测测温温范范围围和和前前两两种种温温度度计计大大致致相相同同，且且可可作作恒恒温温控控制制，可可彻彻底底解解决决水水银银玻玻璃璃温温度度计计和和水水银银压压力力温温度度计计易易破破损损造造成成泄泄汞汞危危害害的的问问题题。所所以以在在测测温温和和控控温温精精度度不不高高的的场场合合，双双金金属属温温度度计计应应用用范范围围不不断断扩扩大大。双金属片常制成螺旋管状来提高灵敏度。双金属片常制成螺旋管状来提高灵敏度。双双金金属属温温度度计计抗抗振振性性好好，读读数数方方便便，但但精精度度不不太太高高，只
42、只能能用用做做一一般般的的工业用仪表。工业用仪表。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法6.4.1铂电阻测温 6.4.1.2引线形式二线制6.4.2铜电阻和热敏电阻测温6.4热阻式测温方法6.4.1.3引线形式三线制6.4.1.4引线形式四线制6.4.1.1概述和结构为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法测测温温原原理理：基基于于热热电电阻阻原原理理测测温温是是根根据据金金属属导导体体或或半半导导体体的的电电阻阻
43、值值随随温温度度变变化化的的性性质质，将将电电阻阻值值的的变变化化转转换换为为电电信信号号，从从而而达达到到测测温温的的目目的。的。材料的条件：材料的条件：用用于于制制造造热热电电阻阻的的材材料料，要要求求电电阻阻率率、电电阻阻温温度度系系数数要要大大，热热容容量量、热热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性；惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性；另另外外，材材料料的的物物理理、化化学学性性质质要要稳稳定定，复复现现性性好好，易易提提纯纯，同同时时价价格格尽尽可能便宜。可能便宜。优点：优点：热热电电阻阻测测温温的的优优点点是是信信号号灵灵敏敏度度高高、易易于于连连续续测测量量、可可以以远远传
44、传（与与热热电电偶相比）、无需参比温度；偶相比）、无需参比温度；6.4热阻式测温方法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法 金属热电阻稳定性高、互换性好。金属热电阻稳定性高、互换性好。准确度高，可以用作基准仪表。准确度高，可以用作基准仪表。缺缺点点：主主要要缺缺点点是是需需要要电电源源激激励励、有有（会会影影响响测测量量精精度）自热现象以及测量温度不能太高。度）自热现象以及测量温度不能太高。常常用用热热电电阻阻种种类类：主主要要有有铂铂电电阻阻、铜铜电电阻阻和和半半导导体体热热敏电阻敏电阻6.4.1铂电
45、阻测温 6.4.1.1概述和结构为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法铂铂电电阻阻(IEC)IEC)的的电电阻阻率率较较大大，电电阻阻温温度度关关系系呈呈非非线线性性，但但测测温温范范围围广广，精精度度高高，且且材材料料易易提提纯纯，复复现现性性好好；在在氧氧化化性性介介质质中中，甚甚至高温下，其物理、化学性质都很稳定。至高温下，其物理、化学性质都很稳定。国国标标ITSITS一一9090规规定定，在在-259-25934346306307474温温度度范范围围内内，以以铂铂电阻温度计作为基准温度仪器。电
46、阻温度计作为基准温度仪器。铂铂的的纯纯度度用用百百度度电电阻阻比比W100W100表表示示。它它是是铂铂电电阻阻在在100100时时电电阻阻值值R100R100与与OO时时电电阻阻值值R0R0之之比比，即即W100W100R100R100R0R0。W100W100越越大大，其其纯纯度度越越高高。目目前前技技术术已已达达到到W100W1001.39301.3930，其其相相应应的的铂铂纯纯度度为为99.999599.9995。国国标标ITSITS一一9090规规定定，作作为为标标准准仪仪器器的的铂铂电电阻阻W100W100应大于应大于1.39251.3925。一般工业用铂电阻的。一般工业用铂电阻
47、的Wl00Wl00应大于应大于1.38501.3850。目目前前工工业业用用铂铂电电阻阻分分度度号号为为Pt100Pt100和和Pt10Pt10，其其中中Pt100Pt100更更为为常常用用；而而Pt10Pt10是用较粗的铂丝制作的，主要用于是用较粗的铂丝制作的，主要用于600600以上的测温。以上的测温。6.4.1.1.1概述为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法铂电阻范围通常最大为铂电阻范围通常最大为-200-200850850。在。在550550以上以上高温（真空和还原气氛将导致电阻值迅速漂移）只
48、适合高温（真空和还原气氛将导致电阻值迅速漂移）只适合在氧化气氛中使用。在氧化气氛中使用。铂电阻与温度的关系：R(t)=R01+At+Bt2+Ct3(t-100)-200t0oC R(t)=R01+At+Bt20=t=850oC(6-6)式中R0-温度为零时铂热电阻的电阻值（Ptl00为100，Ptl0为10)R(t)-温度为t时铂热电阻的电阻值；为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法A=3.9080210A=3.9080210-3-3B=-5.801910B=-5.801910-7-7/o oC C2
49、2C=-4.2735010C=-4.2735010-12-12/o oC C4 4据公式（据公式（6-66-6）制成的工业铂热电阻分度表见附录）制成的工业铂热电阻分度表见附录1 1和和2 2。6.4.1.1.2热电阻的结构工业热电阻的基本结构如图6-3所示。热电阻主要由感温元件、内引线、保护管3部分组成。通常还具有与外部测量及控制装置、机械装置连接的部件。它的外形与热电偶相似，使用时要注意避免用错。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.4热阻式测温方法热热电电阻阻感感温温元元件件是是用用来来感感受受温温度度的的电电阻阻
50、器器。它它是是热热电电阻阻的的核核心心部部分分，由由电电阻阻丝丝及及绝绝缘缘骨骨架架构构成成。作作为为热热电电阻阻丝丝材材料料应应具具备如下条件：备如下条件：电阻温度系数大、线性好、性能稳定；电阻温度系数大、线性好、性能稳定；使用温度范围广、加工方便；使用温度范围广、加工方便；固有电阻大，互换性好，复制性强。固有电阻大，互换性好，复制性强。能够满足上述要求的丝材，最好是纯铂丝。我国纯铂丝品种能够满足上述要求的丝材，最好是纯铂丝。我国纯铂丝品种及应用范围如表及应用范围如表6-46-4所示。所示。品种代号电阻比适用范围1号铂丝2号铂丝3号铂丝4号铂丝5号铂丝Pt1Pt2Pt3Pt4Pt51.392