1、温度计量医学知识培温度计量医学知识培训训 温度计量的基本概念温度计量的基本概念 温度的直接计量和测试技术温度的直接计量和测试技术 温度的间接计量和测试技术温度的间接计量和测试技术温度计量医学知识培训2温度温度 热力学第零定律（温度存在定律）：如果两个热力学第零定律（温度存在定律）：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡处于热平衡(温度相同温度相同)，则它们彼此也必定处，则它们彼此也必定处于热平衡于热平衡 互为热平衡的系统具有一个数值相等的状态函互为热平衡的系统具有一个数值相等的状态函数数温度温度 微观概念：温度标志着微观概念：温度标志
2、着物质内部大量分子的无物质内部大量分子的无规则运动的剧烈程度规则运动的剧烈程度温度计量医学知识培训3 温标：温度的数值表示法，即衡量温度的标尺。温标：温度的数值表示法，即衡量温度的标尺。只有在确定温标之后，温度计量才有实际意义只有在确定温标之后，温度计量才有实际意义 温标分类温标分类 华氏温标华氏温标 摄氏温标摄氏温标 热力学温标热力学温标 国际温标国际温标温度计量医学知识培训4 华氏温标华氏温标17241724年，德国的华林海特年，德国的华林海特(G.D.Fahrenheit):(G.D.Fahrenheit):在在标准大气压下，冰的熔点标准大气压下，冰的熔点32 32 ，水的沸点为，水的沸
3、点为212 212 ，中间等分，中间等分180180份份 摄氏温标摄氏温标17421742年，瑞典的摄尔萨斯年，瑞典的摄尔萨斯(A.Celsius)(A.Celsius)提出，次提出，次年法国人克里斯丁年法国人克里斯丁(Christian)(Christian)：水的冰点为：水的冰点为0 0，沸点为，沸点为100100，中间等分，中间等分100100份份F=1.8t+32 t=5/9(F-32)温度计量医学知识培训5 又称又称“开尔文温标开尔文温标”、“绝对温标绝对温标”两个热力学温度的比值等于两个温度之间工两个热力学温度的比值等于两个温度之间工作的可逆热机与热源交换的热量的比值作的可逆热机与
4、热源交换的热量的比值 只采用一个标准固定点：水的三相点只采用一个标准固定点：水的三相点（273.16K273.16K）Q1热源给予热机的传热量热源给予热机的传热量Q2热机传给冷源的传热量热机传给冷源的传热量2121QQTT温度计量医学知识培训6 19271927年，第七届国际计量大会公布第一个国际温标年，第七届国际计量大会公布第一个国际温标ITS-27ITS-27 19481948年，国际温标年，国际温标ITS-48ITS-48和国际实用温标和国际实用温标IPTS-48IPTS-48 19681968年，国际实用温标年，国际实用温标IPTS-68IPTS-68 19871987年，第十八届国际
5、计量大会建立年，第十八届国际计量大会建立19901990年国际温年国际温标标ITS-90ITS-90 规定热力学温度规定热力学温度T T的单位为的单位为KK 绝对零度修正为绝对零度修正为-273.15-273.15 摄氏度与开尔文的换算关系摄氏度与开尔文的换算关系T=t+273.15 Kt=T-273.15 温度计量医学知识培训7 定义固定点定义固定点：1717个固定点个固定点 三相点三相点 凝固点和熔点凝固点和熔点 内插仪器内插仪器 内插方程内插方程温度计量医学知识培训8温度计量医学知识培训9温度计量医学知识培训10 第一温区：第一温区：0.655.0K0.655.0K，用氦，用氦3 3、氦
6、、氦4 4的蒸汽的蒸汽压与温度的关系式来定义压与温度的关系式来定义 第二温区：第二温区：3.024.556K3.024.556K，用氦气体温度计，用氦气体温度计来定义来定义 第三温区：第三温区：13.80331234.93K13.80331234.93K，用各种，用各种类型的铂电阻温度计做内插仪器类型的铂电阻温度计做内插仪器 第四温区：第四温区：961.78961.78以上，由普朗克辐射定以上，由普朗克辐射定律定义，并未指定仪器类型。常用的一切是律定义，并未指定仪器类型。常用的一切是单色波长的光电比较仪或单色辐射温度计单色波长的光电比较仪或单色辐射温度计温度计量医学知识培训11 膨胀式温度计膨
7、胀式温度计 玻璃液体温度计玻璃液体温度计 压力式温度计压力式温度计 双金属温度计双金属温度计 热电阻温度计热电阻温度计 金属电阻温度计金属电阻温度计 半导体温度计半导体温度计 热电偶温度计热电偶温度计温度计量医学知识培训12 测温原理测温原理：根据物质的热胀冷缩原理：根据物质的热胀冷缩原理 示值示值：感温液体积与玻璃体积变化之差：感温液体积与玻璃体积变化之差 感温液感温液：水银、汞铊、甲苯、乙醇、煤油、：水银、汞铊、甲苯、乙醇、煤油、石油醚、戊烷石油醚、戊烷 灵敏度灵敏度：主要取决于毛细管的粗细和感温泡：主要取决于毛细管的粗细和感温泡容积的大小容积的大小 结构结构：感温泡（内装感温液）、玻璃毛
8、细管、：感温泡（内装感温液）、玻璃毛细管、刻度标尺刻度标尺温度计量医学知识培训13温度计量医学知识培训14 最高温度计最高温度计 最低温度计最低温度计 电接点玻璃液体温度计：与电子继电器等配电接点玻璃液体温度计：与电子继电器等配合使用，进行自动控温和报警合使用，进行自动控温和报警温度计量医学知识培训15温度计量医学知识培训16 零点位移零点位移 标尺位移标尺位移 液柱断裂：液柱断裂：加热、冷却、重力（振动）、离心法加热、冷却、重力（振动）、离心法 滞后误差滞后误差 露出液柱的影响露出液柱的影响 修正误差修正误差 读数误差：读数误差：凸月面最高点、凹月面最低点凸月面最高点、凹月面最低点 压强误差
9、压强误差温度计量医学知识培训17 原理：利用封闭在固定容器中的气体、原理：利用封闭在固定容器中的气体、液体或低沸点液体的饱和蒸汽受热体液体或低沸点液体的饱和蒸汽受热体积膨胀（压力变化）的特性来测量温积膨胀（压力变化）的特性来测量温度度 优点优点 可以远传，最长不超过可以远传，最长不超过60m60m 结构简单，价格便宜结构简单，价格便宜 读数方便清晰读数方便清晰 不带任何电源，适用于安全防爆的环境不带任何电源，适用于安全防爆的环境 缺点缺点 测量精度不高测量精度不高 热惰性较大热惰性较大温度计量医学知识培训18 原理：利用由不同膨胀系数的两种金属构成原理：利用由不同膨胀系数的两种金属构成的双金属
10、元件来测量温度的双金属元件来测量温度温度计量医学知识培训19 标准器：一等标准铂电阻温度计标准器：一等标准铂电阻温度计 检定设备检定设备 精密测温电桥和光电放大检流计。电桥引用修正精密测温电桥和光电放大检流计。电桥引用修正后的误差不应大于后的误差不应大于2 21010-5-5，最小步进值不大于，最小步进值不大于1 11010-4-4 恒温槽恒温槽 酒精低温槽：酒精低温槽：-10030-10030 水恒温槽水恒温槽：595 595 油恒温槽油恒温槽：50300 50300 锡恒温槽锡恒温槽：300600 300600 水三相点瓶和保温容器水三相点瓶和保温容器 读数望远镜、读数望远镜、510510
11、倍放大镜、钢板尺等倍放大镜、钢板尺等温度计量医学知识培训20温度计量医学知识培训21 原理：利用导体或半导体的电阻率随温度变化原理：利用导体或半导体的电阻率随温度变化的物体特性实现温度测量的物体特性实现温度测量温度计量医学知识培训22温度计量医学知识培训23 对骨架的要求对骨架的要求 接近电阻体膨胀系数接近电阻体膨胀系数 有良好的绝缘性能和足够有良好的绝缘性能和足够的机械强度的机械强度 无腐蚀性且能耐高温无腐蚀性且能耐高温 对引线的要求对引线的要求 电阻率小电阻率小 较小的电阻温度系数较小的电阻温度系数 理化性能稳定理化性能稳定 热电势小热电势小 对电阻体的要求对电阻体的要求 有较大的电阻温度
12、有较大的电阻温度系数：越大灵敏度系数：越大灵敏度越高越高 有较大的电阻率：有较大的电阻率：越大反应越迅速越大反应越迅速 电阻与温度关系特电阻与温度关系特性好：必须是单值性好：必须是单值函数函数 物理化学性能稳定物理化学性能稳定温度计量医学知识培训24 温度特性温度特性在在-2000-2000 之间之间在在0850 0850 之间之间 Rt、R0t、0 时的电阻值时的电阻值 注注:Pt10:Pt10、Pt100Pt100是指是指R R0 0分别为分别为1010和和1001002301(100)tRRAtBtCt t201tRRAtBt温度计量医学知识培训25 铜电阻温度计（铜电阻温度计（CuRT
13、）铟电阻温度计（铟电阻温度计（InRT）铑铑铁电阻温度计（铁电阻温度计（RIRT）铂铂钴电阻温度计（钴电阻温度计（PCRT）温度计量医学知识培训26 锗电阻温度计（锗电阻温度计（GeRT）碳电阻温度计（碳电阻温度计（CRT）碳玻璃电阻温度计（碳玻璃电阻温度计（CaRT）热敏电阻温度计热敏电阻温度计 负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（NTC）正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTC）临界温度热敏电阻（临界温度热敏电阻（CTR）温度计量医学知识培训271234铂丝铂丝40601201600100101102103104105106RT()温度温度(C)1-NTC；2-CTR；3-4 P
14、TC温度计量医学知识培训28(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)温度计量医学知识培训29 热敏电阻的优点热敏电阻的优点 电阻温度系数绝对值大电阻温度系数绝对值大 体积小，重量轻，对温度变化比较快，热容量小体积小，重量轻，对温度变化比较快，热容量小 电阻值大，引线电阻所占比例小，适合于远距离电阻值大，引线电阻所占比例小，适合于远距离测量测量 制作简单，寿命长，价格便宜制作简单，寿命长，价格便宜 缺点缺点 非线性度大，稳定性差非线性度大，稳定性差 复现性差复现性差温度计量医学知识培训30 热电阻的引出线形式热电阻的引出线形式RtABRtABBRtABBA温度计量医学知识培训31调
15、定测量臂调定测量臂R1，电桥平衡时有，电桥平衡时有R3（R1+RA）=R2（RT+RB）若若R2=R3，则有，则有R1+RA=RT+RB令令RA=RB则则RT=R1所以：只要所以：只要RA=RB就能消除引线电阻的影响就能消除引线电阻的影响RTR1R2R3AB温度计量医学知识培训32 按图按图a a的接法，电桥平衡时有的接法，电桥平衡时有 R2（RT+RB）=R3（R1+RA）若若R2=R3，则有，则有 RT+RB=R1+RA (1)按图按图b b的接法，电桥平衡时有的接法，电桥平衡时有 R2（RT+RA）=R3（R1+RB）若若R2=R3，则有，则有 RT+RA=R1+RB (2)(1)、(2
16、)式相加，整理得到式相加，整理得到 RT=（R1+R1）/2RTR1R2R3ABCDRTR1R2R3BADC温度计量医学知识培训33 定点法定点法用于国家级标准用于国家级标准或高精度电阻或高精度电阻温度计温度计 比较法比较法用于精度不高或用于精度不高或工业用电阻温工业用电阻温度计度计温度计量医学知识培训34 工作原理工作原理热电效应（塞贝克效应）热电效应（塞贝克效应）两种不同的导体或半导体两种不同的导体或半导体A A和和B B组合成闭合回组合成闭合回路，若导体路，若导体A A和和B B的连接处温度不同，在闭合的连接处温度不同，在闭合回路中将有电流产生回路中将有电流产生TT0AB热端热端冷端冷端
17、温度计量医学知识培训35温度计量医学知识培训36+ABeAB(T)-BAABNNekTTeln)(e单位电荷，单位电荷，e=1.610-19Ck波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，k=1.3810-23 J/KNA、NB 导体导体A、B在温度为在温度为T 时的自由电子密度时的自由电子密度接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关00()lnAABABBNkTeTeTTTeN温度计量医学知识培训37AeA(T,To)ToTA汤姆逊系数，导体汤姆逊系数，导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产时所产生的温差电势，例如在生的温差电势，例如在0时，铜的时，铜
18、的=2V/dTTTeTTAA0),(000(,)()TABABTeT TdT温度计量医学知识培训38 回路总电势回路总电势=接触电势接触电势+温差电势温差电势1212()()()ABBAABABEUTUTUTUT12()lnABk TTnen温度计量医学知识培训39 均质导体定律均质导体定律 中间导体定律中间导体定律 中间温度定律中间温度定律 参考电极定律参考电极定律温度计量医学知识培训40 由一种金属导体（或半导体）组成的闭合回由一种金属导体（或半导体）组成的闭合回路，不论金属导体（或半导体）的截面和长路，不论金属导体（或半导体）的截面和长度以及各处的温度分布如何，都不产生热电度以及各处的温
19、度分布如何，都不产生热电势势温度计量医学知识培训41 在热电偶回路中介入中间导体（第三种导体）在热电偶回路中介入中间导体（第三种导体）后，且不论中间导体接在回路的位置，只要后，且不论中间导体接在回路的位置，只要中间导体两端温度相同，对热电偶回路的总中间导体两端温度相同，对热电偶回路的总热电势就没有影响热电势就没有影响ET0T0TET0T1T1T温度计量医学知识培训42 热电偶回路两接点温度为热电偶回路两接点温度为T和和T0的热电势，等的热电势，等于热电偶在接点温度为于热电偶在接点温度为T和和Tm时的热电势与接时的热电势与接点温度为点温度为Tm和和T0时的热电势代数和，其中温时的热电势代数和，其
20、中温度度Tm介于介于T与与T0之间之间BBA Tm T T0AAB00(,)(,)(,)ABmABmABmET T TET TET T温度计量医学知识培训43 如果将热电极如果将热电极C（一般为纯铂丝）作为参考电（一般为纯铂丝）作为参考电极（也称标准电极），并知参考电极与各种极（也称标准电极），并知参考电极与各种热电极配对时的热电势，那么在相同接点温热电极配对时的热电势，那么在相同接点温度（度（T，T0）下，任意两热电极）下，任意两热电极A、B配对时热配对时热电势可按下式求得电势可按下式求得000(,)(,)(,)ABACBCET TET TET TTACCBT00(,)ACET T0(,)B
21、CET T0(,)ABET T温度计量医学知识培训44 冷端恒温法冷端恒温法 计算修正法计算修正法 补偿导线法补偿导线法 补偿电桥法（冷端温度补偿器）补偿电桥法（冷端温度补偿器）温度计量医学知识培训45温度计量医学知识培训4600(,0)(,)(,0)ABABABEtEt tEt例例:用铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T，冷端在室温，冷端在室温环境环境TH中，测得热电动势中，测得热电动势EAB(T,TH)=1.999mV，室温室温TH=21 查表可知，查表可知，EAB(21,0)=0.832mV EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)=1.999+0.832
22、 =2.831(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度对应的热端温度T=68温度计量医学知识培训47温度计量医学知识培训48R1R2RsRCMabR3T-+E将热电偶冷端与电桥将热电偶冷端与电桥置于相同环境温度中，置于相同环境温度中，电阻电阻R1、R2、R3和和Rs阻值几乎不随温度变阻值几乎不随温度变化，并且化，并且R1=R2=R3=1。RCM为补偿电阻，阻值随为补偿电阻，阻值随温度升高而增大温度升高而增大环境温度和冷端温度变化时，会分别产生变化的电动环境温度和冷端温度变化时，会分别产生变化的电动势，设计两电动势大小相等极性相反，则热电偶的输势，设计两电动势大小相等
23、极性相反，则热电偶的输出电势就可以不随冷端温度变化而变化了出电势就可以不随冷端温度变化而变化了温度计量医学知识培训49 铂铂10%10%铑铑铂（铂（S型）型）铂铂13%13%铑铑铂（铂（R型）型）铂铂30%30%铑铑铂铂%6%6铑（铑（B型）型）镍铬镍铬镍硅（镍硅（K型）型）镍铬硅镍铬硅镍硅（镍硅（N型）型）镍铬镍铬康铜（铜镍合金）（康铜（铜镍合金）（E型）型）铁铁康铜（铜镍合金）（康铜（铜镍合金）（J型）型）铜铜康铜（康铜（T型）型）温度计量医学知识培训50温度计量医学知识培训51温度计量医学知识培训521接线盒；接线盒；2保险套管；保险套管；3绝缘套管；绝缘套管；4热电偶丝热电偶丝1234
24、温度计量医学知识培训53 方法方法 纯金属定点法纯金属定点法 黑体空腔法黑体空腔法 比较法比较法 设备设备 检定炉及配套的控温装置检定炉及配套的控温装置 多点转换开关多点转换开关 电测设备电测设备 其他设备其他设备 标准器标准器 一等、二等标准铂铑一等、二等标准铂铑-铂热电偶铂热电偶 标准水银温度计标准水银温度计 标准铂电阻温度计标准铂电阻温度计温度计量医学知识培训54(,)(,)MTf T温度计量医学知识培训562151(,)1cTM T ce251(,)cTM T c e温度计量医学知识培训57 被计量物体与计量温度元件部直接接触，可被计量物体与计量温度元件部直接接触，可用来计量较高温度，
25、理论上无上限用来计量较高温度，理论上无上限 常采用光电元件作为接收器，响应时间可达常采用光电元件作为接收器，响应时间可达到毫秒级或微秒级到毫秒级或微秒级 可对物体温度场进行快速扫描，能给出精细可对物体温度场进行快速扫描，能给出精细的热图像和物体的温度分布的热图像和物体的温度分布 可计量热容量小的物体可计量热容量小的物体 可计量导热系数很小的物体表面温度可计量导热系数很小的物体表面温度 可计量移动物体的温度可计量移动物体的温度 可计量远距离目标的温度可计量远距离目标的温度温度计量医学知识培训58 热辐射的基本理论热辐射的基本理论 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 普朗克定律普朗克定律 斯忒藩斯忒藩波尔兹
26、曼定律波尔兹曼定律 辐射测温法辐射测温法 亮度温度法亮度温度法 颜色计量温度法颜色计量温度法 全辐射测温法全辐射测温法温度计量医学知识培训59 物体的光谱单色辐出度（表示一定温度物体的光谱单色辐出度（表示一定温度T下，下，单位时间内从物体表面单位面积上单位波长单位时间内从物体表面单位面积上单位波长范围内所辐射的电磁波能量）范围内所辐射的电磁波能量）M(,T)与光谱与光谱吸收比吸收比的比值是一个普适函数的比值是一个普适函数 黑体黑体：能够在任何温度下将加到它上面的任：能够在任何温度下将加到它上面的任何波长的辐射能量全部吸收何波长的辐射能量全部吸收40()(,)MTM TdT 温度计量医学知识培训
27、60 处于平衡态的绝对黑体，在热力学温度处于平衡态的绝对黑体，在热力学温度T时，其时，其光谱单色辐出度可用下式表示光谱单色辐出度可用下式表示 在可见光范围内（在可见光范围内（T 3000K，0.8m）44PTT41/PTT温度计量医学知识培训61 绝对黑体在全波长范围（绝对黑体在全波长范围（=0=0）辐出度与）辐出度与温度的函数关系温度的函数关系 斯忒藩斯忒藩-波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，=5.6703210-8W/(M2K4)NoImage温度计量医学知识培训62 目视光学目视光学高温计高温计 光电高温光电高温计计 光谱温度光谱温度计计NoImageNoImage温度计量医学知识培训63 色
28、温：用颜色计量温度的方法所得出的温度色温：用颜色计量温度的方法所得出的温度 在某段光谱范围内，黑体与非黑体光谱能量在某段光谱范围内，黑体与非黑体光谱能量分布相同，此时黑体的温度称为该非黑体的分布相同，此时黑体的温度称为该非黑体的色温色温 黑体与非黑体有着同样的颜色，则称黑体温黑体与非黑体有着同样的颜色，则称黑体温度为非黑体的色温度为非黑体的色温 黑体在波长黑体在波长 1 1和和 2 2下的光谱辐射亮度比等于下的光谱辐射亮度比等于非黑体在同样波长下的光谱辐射亮度比，此非黑体在同样波长下的光谱辐射亮度比，此时黑体温度称为非黑体的色温时黑体温度称为非黑体的色温温度计量医学知识培训64NoImage温
29、度计量医学知识培训65 优点优点 色温比亮温更接近真温色温比亮温更接近真温 对烟雾、灰尘等并不敏感，适用于工业计量温度对烟雾、灰尘等并不敏感，适用于工业计量温度 缺点缺点 准确度不如单色光电高温计准确度不如单色光电高温计温度计量医学知识培训66 利用黑体温度与其发射的全辐射能量的关系利用黑体温度与其发射的全辐射能量的关系斯忒藩斯忒藩-波尔兹曼公式来计量温度波尔兹曼公式来计量温度 辐射温度辐射温度TP：当黑体与非黑体的辐射密度相：当黑体与非黑体的辐射密度相等时，此时黑体的温度称为该非黑体的辐射等时，此时黑体的温度称为该非黑体的辐射温度温度TP由由得得NoImageNoImage-全辐射发射系数，
30、可全辐射发射系数，可在相关手册中查到在相关手册中查到温度计量医学知识培训67NoImage温度计量医学知识培训68 直接接触式温度计量直接接触式温度计量 实用温度传感器朝着标准化、小型化、集成化、复合化和实用温度传感器朝着标准化、小型化、集成化、复合化和智能化的发展智能化的发展 选用新型材料选用新型材料 辐射测温辐射测温 建立辐射温度标准建立辐射温度标准 对目标尺寸影响的研究对目标尺寸影响的研究 对技术条件及标准性能测试方法的规范化对技术条件及标准性能测试方法的规范化 光通道热转换器的研究光通道热转换器的研究 减少被测物体发射率对辐射测温的影响减少被测物体发射率对辐射测温的影响 特殊场合温度测量特殊场合温度测量 与计算机通信技术的结合与计算机通信技术的结合温度计量医学知识培训69P144：9-3、9-6、9-8温度计量医学知识培训70
