第四章温度测量第次精选文档.ppt

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1、第四章温度测量第次本讲稿第一页，共四十四页n国际单位制是国际单位制是19601960年第十一届国际计量大会通过年第十一届国际计量大会通过的。的。n国际单位制中的国际单位制中的七个基本单位：七个基本单位：米（长度：米（长度：m m）；）；千克（质量：千克（质量：kgkg）；）；秒（时间：秒（时间：s s；安培（电流：安培（电流：A A）；）；开尔文（热力学温度：开尔文（热力学温度：K K）；）；摩尔（物质的量：摩尔（物质的量：molmol）；）；坎德拉（发光强度：坎德拉（发光强度：cdcd）国际单位制国际单位制本讲稿第二页，共四十四页博士生入学考试题：博士生入学考试题：n在我国，二十四节气已有两

2、千年的历史。你知道这些节在我国，二十四节气已有两千年的历史。你知道这些节气是如何确定的？根据你所知道的二十四节气的名称及气是如何确定的？根据你所知道的二十四节气的名称及相应的含义，说明在中国古代就有比较明确的相应的含义，说明在中国古代就有比较明确的“温度温度”概念。概念。(10(10分分)n答：二十四节气是古代先人观测地球围绕太阳运动而定出的，它答：二十四节气是古代先人观测地球围绕太阳运动而定出的，它实际上是将地球轨道分成了二十四个等分点，并考虑了太阳的倾实际上是将地球轨道分成了二十四个等分点，并考虑了太阳的倾角和日照时间。例如角和日照时间。例如“春分春分”和和“秋分秋分”是太阳直射赤道，是太

3、阳直射赤道，白天和夜间长度相等。而白天和夜间长度相等。而“夏至夏至”与与“冬至冬至”则是日照最长则是日照最长和最短的时刻。因日照长短而地球的平衡，气温则有高低和最短的时刻。因日照长短而地球的平衡，气温则有高低的变化。的变化。n其中与感觉温度直接相关的有其中与感觉温度直接相关的有“小暑小暑”、“大暑大暑”、“处暑处暑”、“小寒小寒”、“大寒大寒”，与温度变化有关的有，与温度变化有关的有“雨水雨水”、“惊蜇惊蜇”、“谷雨谷雨”、“白露白露”、“寒露寒露”、“霜降霜降”、“小雪小雪”、“大雪大雪”，再加上与，再加上与“春春”、“夏夏”、“秋秋”、“冬冬”有关有关的的8 8个节气，几乎囊括了二十四节气

4、，这实际上是先人们个节气，几乎囊括了二十四节气，这实际上是先人们对我国中原地区一年四季温度变化的既定性、又定量的对我国中原地区一年四季温度变化的既定性、又定量的总结。这在世界上是最早的温度定义。总结。这在世界上是最早的温度定义。本讲稿第三页，共四十四页一、温度的概念一、温度的概念n宏观概念：宏观概念：温度的宏观概念是冷热程度的表示，或温度的宏观概念是冷热程度的表示，或者说，互为者说，互为热平衡的两物体，其温度相等。热平衡的两物体，其温度相等。n文字温度计：严寒、大寒、小寒、小暑、大暑、酷文字温度计：严寒、大寒、小寒、小暑、大暑、酷暑、但凭感觉不可靠，感觉只定性不定量。人们感暑、但凭感觉不可靠，

5、感觉只定性不定量。人们感觉温度实际上是散热量，温度、湿度、风速和人的觉温度实际上是散热量，温度、湿度、风速和人的主观印象对冷热感觉都有影响。主观印象对冷热感觉都有影响。n微观概念：微观概念：温度的微观概念是大量分子运动平均温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。分子运动愈激烈其温度表现越高。强度的表示。分子运动愈激烈其温度表现越高。本讲稿第四页，共四十四页n自然界中几乎所有的物理化学过程都与自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关温度紧密相关.n温度是工农业生产、科学试验以及日常温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行生活中需要普遍进行测量和控制测量和控制的一个的一个重要

6、物理量。重要物理量。本讲稿第五页，共四十四页二、温度的测量依据二、温度的测量依据nZeroth Law of Thermodynamics Two bodies which are each in thermal equilibrium with a third body are in thermal equilibrium with each other.n这这是是从从自自然然界界中中长长期期观观察察总总结结而而来来，并并在在实践中没有发现例外。实践中没有发现例外。nThis law precedes the first law and is called thermal balance l

7、aw.nThe third system of the zeroth law can be a thermometer.本讲稿第六页，共四十四页历史上最早测量温度的记载历史上最早测量温度的记载n战战国国末末期期秦秦相相吕吕不不韦韦等等著著吕吕氏氏春春秋秋察察今今所所说说：“审审堂堂下下之之阴阴而而知知日日月月之之行行，阴阴阳阳之之变变；见见瓶瓶水水之之冰冰而而知知天天下下之之寒寒，鱼鳖之藏也鱼鳖之藏也 。”n贾思勰贾思勰（xiexie）是我国北魏末期（公元六世纪）杰出的农业科）是我国北魏末期（公元六世纪）杰出的农业科学家。在他的学家。在他的齐民要术齐民要术中谈：制酪的温度要中谈：制酪的温度要“

8、小暖于人小暖于人体体”，作豉则，作豉则“令温如腋下为佳令温如腋下为佳”，即人们自身的体温是即人们自身的体温是衡量温度的标准。衡量温度的标准。n人作为温血动物，体温一般保持在较恒定的范围内。在公元人作为温血动物，体温一般保持在较恒定的范围内。在公元六世纪虽没研究出精确的温度和测温方法，制酪和作豉都是六世纪虽没研究出精确的温度和测温方法，制酪和作豉都是食品发酵过程，需要严格的发酵温度，贾思勰能用人体作为食品发酵过程，需要严格的发酵温度，贾思勰能用人体作为测温的参照物，应是世界上最早温度测量的实例。测温的参照物，应是世界上最早温度测量的实例。其中其中“令令温如腋下为佳温如腋下为佳”，体现了热力学第零

9、定律。，体现了热力学第零定律。本讲稿第七页，共四十四页三、温度的测量方法三、温度的测量方法n根据测温仪器的使用方式，温度测量方法根据测温仪器的使用方式，温度测量方法一般分为一般分为接触法和非接触法接触法和非接触法两大类。两大类。1 1、接触法：、接触法：测温仪器与被测物体直接接触，测温仪器与被测物体直接接触，在足够长的时间内达到热平衡，以实现温在足够长的时间内达到热平衡，以实现温度测量。度测量。2 2、非接触法：、非接触法：测温仪器与被测物体互不接测温仪器与被测物体互不接触，利用物体的热辐射（或其它特性），触，利用物体的热辐射（或其它特性），通过对辐射能量（或亮度）随温度变化的通过对辐射能量（

10、或亮度）随温度变化的原理测定物体温度。原理测定物体温度。本讲稿第八页，共四十四页两种测温方法特性比较两种测温方法特性比较项目项目接触法接触法非接触法非接触法特点特点不宜测量热容量小的物体，易破坏被不宜测量热容量小的物体，易破坏被测物体温度场，可测量任何部位温度，测物体温度场，可测量任何部位温度，便于多点集中测量和自动控制。便于多点集中测量和自动控制。不改变被测介质温度场，不改变被测介质温度场，适宜动态温度测量，通常适宜动态温度测量，通常测量表面温度。测量表面温度。测量条件测量条件测温元件要与被测对象接触好，测温测温元件要与被测对象接触好，测温元件不要使被测对象的温度发生变化。元件不要使被测对象

11、的温度发生变化。被被测测对对象象发发出出的的辐辐射射能能充充分分照照射射到到检检测测元元件件，准准确确知知道道被被测测对对象象的的有有效效发发射射率率 测量范围测量范围适宜测量适宜测量10001000以下的温度以下的温度 测量测量10001000以上的温度较以上的温度较准确，但测量准确，但测量10001000以下以下的温度误差大。的温度误差大。精确度精确度通常为通常为0.5%0.5%1%1%，依据测量条件可达，依据测量条件可达0.01%0.01%通常为通常为2020左右，条件好左右，条件好的可达的可达5 51010。响应时间响应时间通常较大，约通常较大，约1 12min 2min 通常较小，约

12、通常较小，约2 23s3s，迟，迟缓的也在缓的也在10s10s内内 本讲稿第九页，共四十四页3 3、测温仪器分类、测温仪器分类分类分类作用原理作用原理测温范围测温范围 接接触触式式测测温温仪仪器器膨胀式膨胀式温度计温度计液体式液体式利用液体或固体受利用液体或固体受热膨胀原理热膨胀原理200200750750固体式固体式压力式压力式温度计温度计液体式液体式利用封闭在固定体利用封闭在固定体积中的气体、液体积中的气体、液体或某种液体的饱和或某种液体的饱和蒸汽受热后压力变蒸汽受热后压力变化原理化原理4040300300气体式气体式蒸汽式蒸汽式电阻温度计电阻温度计导体或半导体电阻导体或半导体电阻随温度变

13、化随温度变化200200500500热电偶温度计热电偶温度计利用热电势与温度利用热电势与温度关系关系 0 016001600本讲稿第十页，共四十四页3 3、测温仪器分类、测温仪器分类分类分类作用原理作用原理测温范围测温范围非接非接触式触式测温测温仪器仪器辐射辐射式温式温度计度计亮度式亮度式利用物体热辐射与利用物体热辐射与温度的关系温度的关系60060030003000辐射式辐射式比色式比色式其他其他接触接触式测式测温仪温仪器器复现复现热力热力学温学温度测度测温仪温仪器器气体温度计气体温度计利用理想气体利用理想气体PVPVf(T)f(T)的关系的关系声学温度计声学温度计气体中声的传播速气体中声的

14、传播速度与温度的关系度与温度的关系噪声温度计噪声温度计电阻体中噪声电压电阻体中噪声电压平方与温度成正比平方与温度成正比磁温度计磁温度计顺磁性材料磁化率顺磁性材料磁化率随温度变化随温度变化本讲稿第十一页，共四十四页四、温标及其传递四、温标及其传递1 1、什么是温标？、什么是温标？n温度只能通过物体随温度变化的某些特性温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接得到。来间接得到。n定义：用来衡量物体温度高低的标尺（基定义：用来衡量物体温度高低的标尺（基准量）称为温度标尺，简称温标。准量）称为温度标尺，简称温标。n温标规定了温度的温标规定了温度的始点始点和测量温度的和测量温度的基本基本单位单位，各种测

15、温仪器的分度均有温标确定。，各种测温仪器的分度均有温标确定。n只有建立了精确的温标，温度的数值才能只有建立了精确的温标，温度的数值才能确定。确定。本讲稿第十二页，共四十四页举例：举例：n对水银温度计来说，测温物质是水银，试问如何对水银温度计来说，测温物质是水银，试问如何对该温度计进行分度才能用来测量温度值？对该温度计进行分度才能用来测量温度值？分析：分析：根据水银的体积变化随温度的关系。这里水银的体根据水银的体积变化随温度的关系。这里水银的体积与温度呈线性关系：积与温度呈线性关系：如果能知道两个温度点时水银的体积，就能确定如果能知道两个温度点时水银的体积，就能确定系数系数K K 和和C C，这

16、样就能通过测量体积的变化来求相，这样就能通过测量体积的变化来求相应的温度值。应的温度值。本讲稿第十三页，共四十四页四、温标及其传递四、温标及其传递 2 2、建立温标的三要素、建立温标的三要素（1 1）固定点：）固定点：指某些纯物质各相间或复现的平衡态指某些纯物质各相间或复现的平衡态温度的给定值。如：水三相点、沸点、冰点，金温度的给定值。如：水三相点、沸点、冰点，金属的凝固点。属的凝固点。注：定义固定点是在一定条件下，某些高纯物质在平衡注：定义固定点是在一定条件下，某些高纯物质在平衡态所具有的温度。固定点的温度除水三相点是定义外，态所具有的温度。固定点的温度除水三相点是定义外，其他都是根据各国标

17、准气体温度计来测定，并以机率其他都是根据各国标准气体温度计来测定，并以机率最高的数值来给定。最高的数值来给定。本讲稿第十四页，共四十四页（2 2）内插仪器：）内插仪器：固定点确定后，选择某固定点确定后，选择某种物质某种随温度明显、单调变化的种物质某种随温度明显、单调变化的特性来标志温度，即表示固定点之间特性来标志温度，即表示固定点之间温度的温度计。温度的温度计。（3 3）内插公式：）内插公式：用来确定固定点之间温用来确定固定点之间温度量值的数学关系式。度量值的数学关系式。本讲稿第十五页，共四十四页3 3、温标的种类、温标的种类（1 1）经验温标：）经验温标：任选一种测温物质，然后通过任选的固定

18、任选一种测温物质，然后通过任选的固定点，随意规定温度数值同测温物质的测量参数之间的函数点，随意规定温度数值同测温物质的测量参数之间的函数关系，并由此构成温标。在众多的经验温标中，以华氏、关系，并由此构成温标。在众多的经验温标中，以华氏、列氏和摄氏温标最为著称。列氏和摄氏温标最为著称。名称名称符符号号创造者创造者测温物测温物质质固定点固定点1 1固定点固定点2 2年代年代华氏华氏o oF F华伦海华伦海特特水银水银冰点冰点3232水沸点水沸点21221217241724列氏列氏o oR R列奥米列奥米尔尔4/54/5酒精酒精加加1/51/5水水冰点冰点0 0水沸点水沸点808017301730摄

19、氏摄氏o oC C摄尔修摄尔修斯斯水银水银冰点冰点0 0水沸点水沸点10010017421742本讲稿第十六页，共四十四页n经验温标依赖于测温物质的物理特性，使温标的量值经验温标依赖于测温物质的物理特性，使温标的量值不仅不够准确，而且互不一致。不仅不够准确，而且互不一致。中间刻度与物性有中间刻度与物性有关，如水银的刻度与酒精的膨胀性质不一定相同。关，如水银的刻度与酒精的膨胀性质不一定相同。几种温度计在几种温度计在0-1000-100范围内的实验结果范围内的实验结果1 1 二氧化碳二氧化碳 2 2 水银水银 3 3 铂铑铂铑-铂热电偶铂热电偶 4 4 铂电阻铂电阻本讲稿第十七页，共四十四页（2

20、2）理想气体温标）理想气体温标n当气体的压强趋于零或比容趋于无穷大时，气体的当气体的压强趋于零或比容趋于无穷大时，气体的特性趋近于理想气体。利用理想气体特性而建立的特性趋近于理想气体。利用理想气体特性而建立的温标完全与测温介质无关，称为理想气体温标。温标完全与测温介质无关，称为理想气体温标。pV=nRTpV=nRT n在自然界中，理想气体是不存在的，常用实际气体如氢、在自然界中，理想气体是不存在的，常用实际气体如氢、氩、氦、氮等复现理想气体温标。氩、氦、氮等复现理想气体温标。n但是不同气体的膨胀系数不同，特别是在低温时；但是不同气体的膨胀系数不同，特别是在低温时；而且在低温和高温端，气体特性偏

21、离理想气体状而且在低温和高温端，气体特性偏离理想气体状态方程，气体的测温范围仍然受限制。而且绝对态方程，气体的测温范围仍然受限制。而且绝对零的概念不明确。零的概念不明确。本讲稿第十八页，共四十四页本讲稿第十九页，共四十四页（3 3）热力学温标）热力学温标n热力学温标是以热力学第二定律和卡诺定热力学温标是以热力学第二定律和卡诺定理为基础制定的。根据卡诺定理，在两个理为基础制定的。根据卡诺定理，在两个固定热源之间工作的一切可逆热机的效率固定热源之间工作的一切可逆热机的效率相等，与热机的结构和工作物质无关，而相等，与热机的结构和工作物质无关，而只与两个热源的温度有关。只与两个热源的温度有关。本讲稿第

22、二十页，共四十四页热力学温标是开尔文于热力学温标是开尔文于18481848年提出来的，年提出来的，故又称开氏温标，单位为开尔文故又称开氏温标，单位为开尔文(K)(K)，也，也称为绝对热力学温标，简称绝对温标。称为绝对热力学温标，简称绝对温标。人们发现水的三相点的稳定性能长期维持人们发现水的三相点的稳定性能长期维持在在0.1mK0.1mK范围内。范围内。19541954年国际计量大会决年国际计量大会决定把水三相点热力学温度规定为定把水三相点热力学温度规定为273.16K273.16K。水的三相点即纯水、纯冰与蒸汽平衡时的水的三相点即纯水、纯冰与蒸汽平衡时的状态。这一规定说明，所谓状态。这一规定说

23、明，所谓1K1K就是水三相就是水三相点的热力学温度的点的热力学温度的1 1273.16273.16倍，而温标倍，而温标的零点在水的三相点以下的零点在水的三相点以下273.16K273.16K。本讲稿第二十一页，共四十四页水三相点图和水三相点容器水三相点图和水三相点容器本讲稿第二十二页，共四十四页n由于卡诺循环是一种理想循环，因而热力由于卡诺循环是一种理想循环，因而热力学温标是学温标是与测温介质无关的理想温标，与测温介质无关的理想温标，它它不能直接用于实际的温度测量。不能直接用于实际的温度测量。当都以水当都以水三相点作为固定点时，热力学温标与理想三相点作为固定点时，热力学温标与理想气体温标所得到

24、的温度数值完全一致。这气体温标所得到的温度数值完全一致。这样可以用理想气体温标来实现热力学温标。样可以用理想气体温标来实现热力学温标。n实际上通常用氢、氦和氮等近似理想气体实际上通常用氢、氦和氮等近似理想气体作出定容式气体温度计，并根据热力学第作出定容式气体温度计，并根据热力学第二定律定出对该气体温度计的修正值，然二定律定出对该气体温度计的修正值，然后用气体温度计来实现热力学温标。后用气体温度计来实现热力学温标。本讲稿第二十三页，共四十四页（4 4）国际温标）国际温标n气体温度计是复现热力学温标的一种手段，由于它气体温度计是复现热力学温标的一种手段，由于它的结构复杂，使用不便。为了克服气体温度

25、计的缺的结构复杂，使用不便。为了克服气体温度计的缺点，便于温度测量，统一当时各国存在的各种经验点，便于温度测量，统一当时各国存在的各种经验温标，经国际协商，决定采用一种国际上能够通用温标，经国际协商，决定采用一种国际上能够通用的温标，这就是国际温标。的温标，这就是国际温标。n这种温标应满足三个条件：这种温标应满足三个条件：(1)(1)应尽可能和热力学应尽可能和热力学温标一致；温标一致；(2)(2)复现精度高，使各国都能准确地复复现精度高，使各国都能准确地复现同样的温标；现同样的温标；(3)(3)使用方便，能满足生产中的需要。使用方便，能满足生产中的需要。本讲稿第二十四页，共四十四页（4 4）国

26、际温标）国际温标n国际温标必须具备三个基本条件，又称国国际温标必须具备三个基本条件，又称国际温标三要素，即：际温标三要素，即：(1)(1)基准固定点；基准固定点；(2)(2)基准内插仪器；基准内插仪器；(3)(3)内插公式。内插公式。n“19271927年国际温标年国际温标”是第一个国际性温标，是第一个国际性温标，几乎每隔几乎每隔2020年就要进行一次较为重大的修年就要进行一次较为重大的修订。至今已经历了订。至今已经历了19481948年，年，19541954年，年，19601960年，年，19681968年，年，19751975年和年和19901990年六次修订。年六次修订。n从从19901

27、990年起，一切温度测量都以年起，一切温度测量都以ITS90ITS90为准。为准。从从19911991年年7 7月月1 1日起，我国实行日起，我国实行19901990国际温国际温标。标。本讲稿第二十五页，共四十四页基准固定点基准固定点n固定点是用来分度温度计的分度点。根据国际温固定点是用来分度温度计的分度点。根据国际温标要求，选择一些纯物质的三相点，凝固点和沸标要求，选择一些纯物质的三相点，凝固点和沸点作为固定点，这些纯物质的相平衡温度都具有点作为固定点，这些纯物质的相平衡温度都具有很好的复现性很好的复现性 。n通常在低温区多用氢、氧、氩以及水的三相点，在中通常在低温区多用氢、氧、氩以及水的三

28、相点，在中高温区多用锡、锌、银、金、铝、铜等金属的凝固点高温区多用锡、锌、银、金、铝、铜等金属的凝固点作为固定点。作为固定点。n每一次的国际温标都有不同的固定点，比如：每一次的国际温标都有不同的固定点，比如：19271927年年国际温标有国际温标有6 6个固定点（氧沸点、冰融点、水沸点、个固定点（氧沸点、冰融点、水沸点、硫沸点、银和金凝固点）；硫沸点、银和金凝固点）；19481948年国际温标有年国际温标有1111个个固定点；固定点；19681968年国际温标有年国际温标有1414个固定点；个固定点；19901990年国年国际温标有际温标有1616个固定点。个固定点。本讲稿第二十六页，共四十四

29、页基准内插仪器基准内插仪器n国际温标中规定了三种内插仪器：光学国际温标中规定了三种内插仪器：光学（光电）高温计，铂铑（光电）高温计，铂铑1010铂热电偶以及铂热电偶以及铂电阻温度计。铂电阻温度计。n不同的温区，所用的内插仪器也不同。根不同的温区，所用的内插仪器也不同。根据据19901990国际温标，国际温标，961.78961.78o oC C以上用光学高以上用光学高温计。在温计。在13.8033K13.8033K961.78961.78o oC C温区间，用温区间，用铂电阻温度计，它的感温元件必须是无应铂电阻温度计，它的感温元件必须是无应力的，经过仔细退火的高纯铂丝制成。力的，经过仔细退火的

30、高纯铂丝制成。本讲稿第二十七页，共四十四页内插公式内插公式n内插公式就是内插仪器的测温参量与温度内插公式就是内插仪器的测温参量与温度间的关系表达式。在每个温区，都有各自间的关系表达式。在每个温区，都有各自的内插公式。国际温标中规定的热电偶内的内插公式。国际温标中规定的热电偶内插公式为：插公式为：n将热电偶在锑、银和金的凝固点下分将热电偶在锑、银和金的凝固点下分度，测得相应的热电势，求得三个常度，测得相应的热电势，求得三个常数。数。本讲稿第二十八页，共四十四页4 4、温标的传递、温标的传递n温度测量必须通过仪表来实现。温度测量仪表通常温度测量必须通过仪表来实现。温度测量仪表通常分为：基准仪器、标

31、准仪器、（包括一、二、三等）分为：基准仪器、标准仪器、（包括一、二、三等）、工作仪表。、工作仪表。n温标的传递，应包括两个方面：一是对各种测温仪温标的传递，应包括两个方面：一是对各种测温仪表进行分度，才能用于测量；另一方面，就是对仪表进行分度，才能用于测量；另一方面，就是对仪表进行检定，才能保证量值的准确一致。表进行检定，才能保证量值的准确一致。n温标的传递系统实质上是采用准确度高的测量仪表，温标的传递系统实质上是采用准确度高的测量仪表，对准确度较低的测温仪表逐级进行检定。对准确度较低的测温仪表逐级进行检定。n国际温标由各国计量部门按规定分别保持和传递。在我国际温标由各国计量部门按规定分别保持

32、和传递。在我国，国际温标的复现和保持，由中国计量科学院来执行，国，国际温标的复现和保持，由中国计量科学院来执行，并由各省市计量局逐级传递到工业和实验用测温仪表。并由各省市计量局逐级传递到工业和实验用测温仪表。本讲稿第二十九页，共四十四页我国温标传递系统图我国温标传递系统图本讲稿第三十页，共四十四页作业题作业题1 1、热力学温标的理论基础是什么？如何近、热力学温标的理论基础是什么？如何近似实现热力学温标？似实现热力学温标？2 2、为什么要建立国际温标？举例分别阐述、为什么要建立国际温标？举例分别阐述国际温标的三要素。国际温标的三要素。3 3、简述温标传递的内容。、简述温标传递的内容。本讲稿第三十

33、一页，共四十四页本讲稿第三十二页，共四十四页4.1 热电偶测温热电偶测温n热电偶温度计的特点热电偶温度计的特点（1）结构简单，）结构简单，制作方便，测量范围宽，准确度高，制作方便，测量范围宽，准确度高，热惯性小。（热惯性小。（2）可用于流体温度测量，）可用于流体温度测量，以及固体温度测量。（以及固体温度测量。（3）可以测量静）可以测量静态温度，也能测量动态温度。（态温度，也能测量动态温度。（4）能）能直接输出直流电压信号，或方便地转换直接输出直流电压信号，或方便地转换成线性化的直流电流信号，便于测量、成线性化的直流电流信号，便于测量、信号传输、自动记录和自动控制等。信号传输、自动记录和自动控制

34、等。本讲稿第三十三页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点n热电效应及热电势热电效应及热电势（1）热电效应：两种不同的导体或半导体）热电效应：两种不同的导体或半导体材料组成闭合回路，如果两个接合点处的材料组成闭合回路，如果两个接合点处的温度不相同，则回路中就会有电流存在，温度不相同，则回路中就会有电流存在，即有电动势存在，这种现象叫做热电效应。即有电动势存在，这种现象叫做热电效应。（2）热电势：由该热电效应所产生的电）热电势：由该热电效应所产生的电动势，通常称为热电势。动势，通常称为热电势。本讲稿第三十四页，共四十四页本讲稿第三十五页，共四十四页一、热电偶的测温原理及

35、特点一、热电偶的测温原理及特点1、接触电势、接触电势 当两种不同性质的导体或半导体材料相互当两种不同性质的导体或半导体材料相互接触时，由于内部电子密度不同，若接触时，由于内部电子密度不同，若NANB，则会有一部分电子从，则会有一部分电子从A扩散到扩散到B,使得使得A失去电子而呈正电位，失去电子而呈正电位，B获得电子获得电子而呈负电位，最终形成由而呈负电位，最终形成由A向向B的静电场。的静电场。静电场的作用又阻止电子由静电场的作用又阻止电子由A向向B扩散，扩散，同时加速电子向相反方向转移。当扩散力同时加速电子向相反方向转移。当扩散力和电场力达到平衡时，材料和电场力达到平衡时，材料A和和B之间形之

36、间形成一个电位差，称为接触电势。成一个电位差，称为接触电势。本讲稿第三十六页，共四十四页本讲稿第三十七页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点2 2、温差电势、温差电势 温差电势是由于同一种导体或半导体材料温差电势是由于同一种导体或半导体材料其两端温度不同而产生的一种电动势。因其两端温度不同而产生的一种电动势。因材料两端温度不同，则两端的电子所具有材料两端温度不同，则两端的电子所具有的能量不同，温度较高的一端电子具有较的能量不同，温度较高的一端电子具有较高的能量，其电子将向温度较低的一端运高的能量，其电子将向温度较低的一端运动，于是在材料两端之间形成一个由高温动，于是

37、在材料两端之间形成一个由高温端指向低温端的静电场。电子迁移力和静端指向低温端的静电场。电子迁移力和静电场力达到平衡时形成的电位差叫温差电电场力达到平衡时形成的电位差叫温差电势。其方向由低温端指向高温端。势。其方向由低温端指向高温端。本讲稿第三十八页，共四十四页本讲稿第三十九页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点3、热电偶回路的总热电动势、热电偶回路的总热电动势本讲稿第四十页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点n由由A和和B两种材料组成热电偶回路，回路中两种材料组成热电偶回路，回路中存在两个接触电势存在两个接触电势EAB(T)和和EAB(T

38、0)；两个；两个温差电势温差电势EA(T，T0)和和EB(T，T0)。按顺时。按顺时针取向，回路中总热电势为：针取向，回路中总热电势为：n经过计算可得：经过计算可得：本讲稿第四十一页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点n若材料若材料A和和B已定，则已定，则NA和和NB只是温度的只是温度的函数，上式表示为：函数，上式表示为：n或写为摄氏度形式：或写为摄氏度形式：本讲稿第四十二页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点n所得结论如下：所得结论如下：（1）热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料）热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材

39、料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的直径、和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。长度及沿程温度分布无关。（2）只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相）只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。同材料组成的闭合回路不会产生热电势。（3）热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的）热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果T0已知已知且恒定，则且恒定，则 为常数。回路总热电势只是温度的单为常数。回路总热电势只是温度的单值函数。只要测量热电势的大小，就可

40、以求得温度值函数。只要测量热电势的大小，就可以求得温度T的数值。的数值。本讲稿第四十三页，共四十四页一、热电偶的测温原理及特点一、热电偶的测温原理及特点n当热电偶用于测量温度时，总是把两个接当热电偶用于测量温度时，总是把两个接点之一放置于被测温度为点之一放置于被测温度为T的介质中，此的介质中，此接点称为热电偶的热端或测量端；热电偶接点称为热电偶的热端或测量端；热电偶的另一接点处于已知恒定温度的另一接点处于已知恒定温度T0，此接点，此接点称为热电偶的冷端或参比端。称为热电偶的冷端或参比端。n当温度量值为摄氏度，参比端温度定为当温度量值为摄氏度，参比端温度定为0，热电势写为，热电势写为EAB(t,t0)。如果。如果t0=0时时,则则为为E(t,0)E(t,0)，简写为，简写为 E(t)E(t)。本讲稿第四十四页，共四十四页