溫度測量的概念與溫度儀表的選擇

溫度測量的概念與溫度儀表的選擇
   溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái)間接測量，而用來(lái)量度物體溫度數值的標尺叫溫標。它規定了溫度的讀數起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學(xué)溫標和實(shí)用溫標。
　華氏溫標（oF）規定：在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，中間劃分180等分，每第分為報氏1度，符號為oF。
　攝氏溫度（℃）規定：在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0度，水的沸點(diǎn)為100度，中間劃分100等分，每第分為報氏1度，符號為℃。
　熱力學(xué)溫標又稱(chēng)開(kāi)爾文溫標，或稱(chēng)溫標，它規定分子運動(dòng)停止時(shí)的溫度為零度，記符號為K。
　實(shí)用溫標是一個(gè)協(xié)議性溫標，它與熱力學(xué)溫標相接近，而且復現精度高，使用方便。目前通用的溫標是1975年第15屆權度大會(huì )通過(guò)的《1968年實(shí)用溫標-1975年修訂版》，記為：IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68溫示存在一定的不足，計量委員會(huì )在18屆計量大會(huì )第七號決議*予1989年會(huì )議通過(guò)了1990年溫標ITS-90，ITS-90溫標替代IPTS-68。我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90溫標。
　1990年溫標（ITS-90）簡(jiǎn)介如下。
1．溫度單位
    熱力學(xué)溫度（符號為T(mén)）是基本功手物理量，它的單位為開(kāi)爾文（符號為K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。由于以前的溫標定義中，使用了與273.15K（冰點(diǎn)）的差值來(lái)表示溫度，因此現在仍保留這各方法。
根據定義，攝氏度的大小等于開(kāi)爾文，溫差亦可以用攝氏度或開(kāi)爾文來(lái)表示。
溫標ITS-90同時(shí)定義開(kāi)爾文溫度（符號為T(mén)90）和攝氏溫度（符號為t90）
2．溫標ITS-90的通則
    ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測量的zui高溫度。ITS-90是這樣制訂的，即在全量程中，任何溫度的T90值非常接近于溫標采納時(shí)T的*估計值，與直接測量熱力學(xué)溫度相比，T90的測量要方便得多，而且更為精密，并具有很高的復現性。
3． ITS-90的定義
    *溫區為0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來(lái)定義。
    第二溫區為3.0K到氖三相點(diǎn)（24.5661K）之間T90是用氦氣體溫度計來(lái)定義.
    第二溫區為平衡氫三相點(diǎn)（13.8033K）到銀的凝固點(diǎn)（961.78℃）之間,T90是由鉑電阻溫度計來(lái)定義.它使用一組規定的定義固定點(diǎn)及利用規定的內插法來(lái)分度.
  銀凝固點(diǎn)（961.78℃）以上的溫區,T90是按普朗克輻射定律來(lái)定義的,復現儀器為光學(xué)高溫計.
二、溫度測量?jì)x表的分類(lèi)
溫度測量?jì)x表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。通常來(lái)說(shuō)接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡(jiǎn)單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，幫需要一定的時(shí)間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過(guò)熱輻射原理來(lái)測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會(huì )破壞被測物體的溫度場(chǎng)，反應速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。
三、熱電偶
熱電偶是工業(yè)上zui常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：
  ①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
  ②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶zui低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），zui高可達+2800℃（如鎢-錸）。
  ③構造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護套管，用起來(lái)非常方便。
1．熱電偶測溫基本原理
    將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來(lái)，構成一個(gè)閉合回路，如圖2-1-1所示。當導體A和B的兩個(gè)執著(zhù)點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在
回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現象稱(chēng)為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來(lái)工
作的。
2．熱電偶的種類(lèi)及結構形成
 （1）熱電偶的種類(lèi)  
   常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類(lèi)。所調用標準熱電偶是指國家
標準規定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它
有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準
化熱電偶，一般也沒(méi)有統一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測量。
   標準化熱電偶  我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC標準生產(chǎn)，并S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。
  （2）熱電偶的結構形式  為了保證熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下：
 　 ①  組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；
 　 ②  兩個(gè)熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；
 　 ③  補償導線(xiàn)與熱電偶自由端的連接要方便可靠；
 　 ④  保護套管應能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
3．熱電偶冷端的溫度補償
　由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線(xiàn)把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線(xiàn)的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響。
　在使用熱電偶補償導線(xiàn)時(shí)必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線(xiàn)與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。
四、熱電阻
　熱電阻是中低溫區zui常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱是阻的測量度是zui高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。
1．熱電阻測溫原理及材料
　熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測量的。
　熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用zui多的是鉑和銅，此外，現在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
2．熱電阻的結構
（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結構及特點(diǎn)見(jiàn)表2-1-11。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測量的，因此，熱電阻體的引出線(xiàn)等各種導線(xiàn)電阻的變化會(huì )給溫度測量帶來(lái)影響。為消除引線(xiàn)電阻的影響同般采用三線(xiàn)制或四線(xiàn)制，有關(guān)具體內容參見(jiàn)本篇第三章*節.
（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為φ2~φ8mm，zui小可達φmm。
與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；②機械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(cháng)。
（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面，其結構如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。
（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結構的接線(xiàn)盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線(xiàn)盒內，生產(chǎn)現場(chǎng)不會(huì )引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區內具有爆炸危險場(chǎng)所的溫度測量。
3．熱電阻測溫系統的組成
熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線(xiàn)和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：
①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致
②為了消除連接導線(xiàn)電阻變化的影響，必須采用三線(xiàn)制接法。具體內容參見(jiàn)本篇第三章。
（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為φ2~φ8mm，zui小可達φmm。
與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；②機械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(cháng)。
（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面，其結構如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。
（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結構的接線(xiàn)盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影
電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長(cháng)短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗合格后才能使用。