1、温度的测量与控制温度的测量与控制李老师李老师2012.9.132012.9.131、引言、引言 温度是表征体系中物质内部大量分子、温度是表征体系中物质内部大量分子、原子平均动能的一个宏观物理量。原子平均动能的一个宏观物理量。物体内部分子物体内部分子、原子平均动能的增加或减少，表现为物体温度、原子平均动能的增加或减少，表现为物体温度的升高或降低。物质的很多物理化学特性，都与的升高或降低。物质的很多物理化学特性，都与温度有着密切的关系。温度是确定物体状态的一温度有着密切的关系。温度是确定物体状态的一个基本参量。因此准确测量和控制温度，在科学个基本参量。因此准确测量和控制温度，在科学实验中十分重要。
2、实验中十分重要。什么是温度什么是温度2、温度测量的基本依据、温度测量的基本依据2.1 热力学第零定律热力学第零定律 TA= TB TA= TB =TC如果两个系统分别和处于确定状态的第三如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达成热平衡，这两个系统彼此将处个系统达成热平衡，这两个系统彼此将处于热平衡。于热平衡。 热力学第零定律热力学第零定律 2.2 温标温标定义：温度的数值表示法。定义：温度的数值表示法。确立一种温标，需要确定以下三点：确立一种温标，需要确定以下三点：1.1. 测量物质的选择；测量物质的选择；2.2. 固定点的选择；固定点的选择；3.3. 温度值的划分。温度值的划分。合适的温
3、标应该具有合适的温标应该具有宽广的适用范围宽广的适用范围，能，能严格重复严格重复，最好最好与测温物质的本性无关与测温物质的本性无关。开尔文。开尔文18481848年建议应用年建议应用热力学温标。热力学温标。常见温标之一：热力学温标常见温标之一：热力学温标 建立在卡诺循环基础上，与测温物质无关建立在卡诺循环基础上，与测温物质无关 固定点：水的三相点（固定点：水的三相点（273.16K） 温度值的划分：温度值的划分：1K是水的三相点热力学温度是水的三相点热力学温度 的的1/273.16 用用T表示，单位表示，单位K 热力学温标热力学温标是一种是一种纯纯理想温标理想温标 理想气体温标理想气体温标 p
4、Vm=RT 国际温标国际温标 1990国际温标国际温标 (ITS-90) 表表2-1 （P20 ）常见温标之二：摄氏温标常见温标之二：摄氏温标 使用较早，应用方便使用较早，应用方便 固定点：在标准压力下，水的冰点为固定点：在标准压力下，水的冰点为0 ， 沸点为沸点为100 温度值的划分：在以上两点之间温度值的划分：在以上两点之间100等分等分 用用t表示，单位表示，单位 t-T 之间的对应关系：之间的对应关系： t = T - 273.15常见温标之三：华氏温标常见温标之三：华氏温标 德国物理学家华伦海特提出德国物理学家华伦海特提出 固定点：标准大气压下，水的冰点为固定点：标准大气压下，水的冰
5、点为32 ， 沸点为沸点为212 温度值的划分：在以上两点间温度值的划分：在以上两点间180等分等分 用用tF表示，单位表示，单位 tF - t 之间的对应关系：之间的对应关系： tF = (9t/5) + 323、温度计、温度计 原理：测量的物理性质都与温度成函数原理：测量的物理性质都与温度成函数关系而又能严格复现，根据这些特性设关系而又能严格复现，根据这些特性设计并制作成各类温度计。计并制作成各类温度计。如体积、长度如体积、长度、压力、电阻、温差电势、频率和辐射、压力、电阻、温差电势、频率和辐射波长等。波长等。3.1 温度计的分类温度计的分类 按测量方式分类：接触式和非接触式按测量方式分类
6、：接触式和非接触式 非接触式温度计非接触式温度计 光电温度计、光学高温计、红外光电温度计光电温度计、光学高温计、红外光电温度计 按用途分类：温度测量和温差测量按用途分类：温度测量和温差测量接触式温度计接触式温度计测温属性测温属性举例举例测温范围测温范围/液体膨胀温度计液体膨胀温度计液柱高度液柱高度玻璃玻璃- -水银温度计水银温度计-30-300-30-300热电偶热电偶热电势热电势铂铑铂铑- -铂热电偶铂热电偶-110-1500-110-1500热电阻温度计热电阻温度计电阻电阻铂电阻温度计铂电阻温度计-260-1100-260-1100蒸气压温度计蒸气压温度计蒸气压蒸气压氧蒸气压温度计氧蒸气压
7、温度计低温低温3.2 玻璃玻璃-水银温度计水银温度计 构造：玻璃，水银；构造：玻璃，水银； 量程：量程：0100，200，250，300，最大可达，最大可达800（石英玻璃）；（石英玻璃）； 最小温度区间：最小温度区间：2，1，0.5，0.2， 0.1等。等。 注意事项：注意事项：a易破碎易破碎 b等平衡等平衡 c防粘附防粘附 d平视平视 e校正校正玻璃玻璃-水银温度计的校准（水银温度计的校准（1）(1) 读数校正读数校正 零点校正零点校正以纯物质的熔点或沸点作以纯物质的熔点或沸点作为标准进行校正为标准进行校正 定点校正定点校正以标准水银温度计为标准以标准水银温度计为标准，与待校正的温度计同时
8、测定某一体系的，与待校正的温度计同时测定某一体系的温度，将对应值一一记录，做出校正曲线温度，将对应值一一记录，做出校正曲线玻璃玻璃-水银温度计的校准（水银温度计的校准（2）(2) 露茎校正：露茎校正：玻璃玻璃-水银温度计的校准（水银温度计的校准（2）请思考以下问题：请思考以下问题： 什么条件下要进行露茎校正？什么条件下要进行露茎校正？ 为什么要进行露茎校正？为什么要进行露茎校正？ 怎样进行露茎校正？怎样进行露茎校正？玻璃玻璃-水银温度计的校准（水银温度计的校准（2） 露茎校正露茎校正水银温度计如不能全部浸水银温度计如不能全部浸没在被测体系中，则因露出部分与体系没在被测体系中，则因露出部分与体系
9、温度不同，必然存在读数误差，因此必温度不同，必然存在读数误差，因此必须进行校正。须进行校正。玻璃玻璃-水银温度计的校准（水银温度计的校准（2）t测测为温度计的读数值；为温度计的读数值；t环环为另一支辅助温度计读出；为另一支辅助温度计读出；n为露出待测体系外部的水银柱为露出待测体系外部的水银柱 长度，以温度差值表示。长度，以温度差值表示。k为水银相对于玻璃的膨胀系数，为水银相对于玻璃的膨胀系数，使用摄氏度时，使用摄氏度时，k=0.00016 环测ttknknt13.3 温差温度计：贝克曼温度计温差温度计：贝克曼温度计 测量体系温度范围在测量体系温度范围在 -20150 内的微内的微小温差变化；小
10、温差变化； 一般只有一般只有5量程；量程； 最小刻度为最小刻度为0.01， 用放大镜可以读准到用放大镜可以读准到0.002，测量精度，测量精度较高较高 。温差温度计：精密温差测量仪温差温度计：精密温差测量仪 代替贝克曼温度计用来测量微小温度差的仪器代替贝克曼温度计用来测量微小温度差的仪器是精密温差测量仪。是精密温差测量仪。 测量原理为：温度传感器将温度信号转换成电测量原理为：温度传感器将温度信号转换成电压信号，经过多极放大器后传至显示器；压信号，经过多极放大器后传至显示器； 常见型号的主要技术指标：准确度常见型号的主要技术指标：准确度 0.020.001，测量温差的范围，测量温差的范围 -20
11、80。3.4 热电偶温度计热电偶温度计 热电偶是工业测温中最常用的传感器，这是由于热电偶是工业测温中最常用的传感器，这是由于它具有以下优点：它具有以下优点： 灵敏度灵敏度高，可达高，可达10-4 ； 测温范围广，在测温范围广，在-27027028002800范围内有相应产品范围内有相应产品可供选用；可供选用； 结构简单，使用维修方便，可作为自动控温检结构简单，使用维修方便，可作为自动控温检测器等。测器等。热电偶温度计的工作原理热电偶温度计的工作原理 接触电势接触电势： 取决于两种不同材料的性质；取决于两种不同材料的性质； 温差电势温差电势E： E=f(，T）= f(T）= f(T1）4、温度的
12、控制、温度的控制恒温控制可分为两类：恒温控制可分为两类： 利用物质的相变点温度来获得恒温，但温度的利用物质的相变点温度来获得恒温，但温度的选择受到很大限制；选择受到很大限制； 利用电子调节系统进行温度控制，此方法控温利用电子调节系统进行温度控制，此方法控温范围宽、可以任意调节设定温度。范围宽、可以任意调节设定温度。恒温槽的结构恒温槽的结构 浴浴槽及恒温介质；槽及恒温介质； 加热器；加热器； 搅拌器；搅拌器； 继电器；继电器； 普通温度计；普通温度计； 电接点温度计。电接点温度计。贝克曼温度计贝克曼温度计恒温槽恒温槽恒温介质的选择恒温介质的选择根据恒温范围，可以选用不同的恒温介质：根据恒温范围，
13、可以选用不同的恒温介质： - -6030用乙醇或乙醇水溶液；用乙醇或乙醇水溶液； 090用水；用水； 80160用甘油或甘油水溶液；用甘油或甘油水溶液； 70300用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。恒温槽恒温效果的评价方法恒温槽恒温效果的评价方法 恒温槽控制的温度有一个波动范围，并不是控恒温槽控制的温度有一个波动范围，并不是控制在某一固定不变的温度。控温效果可以用灵制在某一固定不变的温度。控温效果可以用灵敏度敏度t t表示：表示： tt= =（ t t1 1 t t2 2)/2)/2 式中式中t t1 1为恒温过程中水浴的最高温度；为恒温过程中水浴的最高温度；t t2
14、2为恒为恒温过程中水浴的最低温度。温过程中水浴的最低温度。恒温槽恒温效果的评价方法恒温槽恒温效果的评价方法(a)表示恒温槽灵敏度较高；表示恒温槽灵敏度较高； (c)表示加热器功率太大；表示加热器功率太大；(b)表示恒温槽灵敏度较差；表示恒温槽灵敏度较差； (d)表示加热器功率太小或散热太快。表示加热器功率太小或散热太快。思考问题思考问题 我们平时常见的温度计的测量范围和精度是多少？我们平时常见的温度计的测量范围和精度是多少？ 贝克曼温度计可以用于何种测量体系，请举例。贝克曼温度计可以用于何种测量体系，请举例。 预习贝克曼温度计的调节方法。预习贝克曼温度计的调节方法。 预习恒温槽的使用。预习恒温槽的使用。
