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 温度检测与仪表介绍

一、温度测量的基本概念
 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
 华氏温标(oF)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等分,每第分为报氏1度,符号为oF。
 摄氏温度(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每第分为报氏1度,符号为℃。
 热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度,记符号为K。
国际实用温标是一个国际协议性温标,它与热力学温标相接近,而且复现精度高,使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》,记为:IPTS-68(Rev-75)。但由于IPTS-68温示存在一定的不足,国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90,ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。
 1990年国际温标(ITS-90)简介如下。
1.温度单位
热力学温度(符号为T)是基本功手物理量,它的单位为开尔文(符号为K),定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中,使用了与273.15K(冰点)的差值来表示温度,因此现在仍保留这各方法。
根据定义,摄氏度的大小等于开尔文,温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。
国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)
2.国际温标ITS-90的通则
ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的,即在全量程中,任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值,与直接测量热力学温度相比,T90的测量要方便得多,而且更为精密,并具有很高的复现性。
3. ITS-90的定义
第一温区为0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。
第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义.
第二温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度.
银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计.

二、温度测量仪表的分类
 温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚,帮需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大。

三、热电偶
 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是:
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1.热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图2-1-1所
示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在
回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工
作的。
2.热电偶的种类及结构形成
(1)热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家
标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它
有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准
化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶 我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3.热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵 金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热 电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷 端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到 仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

[录入:admin] [日期:10-07-24]

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