内蒙古工业大学 测试技术课后答案 第9章温度测量

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1、第九章温 度 测 量第九章 温度测量第一节第一节 概述概述一、温度及其测量一、温度及其测量 温度是用来定量地描述物体冷热程度的物理量，温度温度是用来定量地描述物体冷热程度的物理量，温度的测量是建立在热平衡基础上的。通过选择某一物体同被的测量是建立在热平衡基础上的。通过选择某一物体同被测物体相接触来测量它的温度，当两者达到热平衡时，对测物体相接触来测量它的温度，当两者达到热平衡时，对所选物体的物理参量（如液体的体积、导体的电阻等）进所选物体的物理参量（如液体的体积、导体的电阻等）进行测量，便可测出温度值。行测量，便可测出温度值。二、温标的概念二、温标的概念 温度的数值表示是通过建立温度标尺，即温

2、度的数值表示是通过建立温度标尺，即温标温标来实现。来实现。目前常用的是摄氏温标和国际温标。目前常用的是摄氏温标和国际温标。 1、摄氏温标：、摄氏温标：以水银热胀冷缩特性为基础，水的冰点定以水银热胀冷缩特性为基础，水的冰点定为为0，沸水定为，沸水定为100，两点之间的温度均匀分为，两点之间的温度均匀分为100分分格，每格为格，每格为1度（度（ 1 ）。）。第九章 温度测量 2、国际温标：、国际温标：建立在热力学理论基础上的，并规定以气建立在热力学理论基础上的，并规定以气体温度计为基准仪器，水的三相点体温度计为基准仪器，水的三相点(固相、液相、气相三固相、液相、气相三相平衡点相平衡点)为为2731

3、6度，以绝对零度度，以绝对零度(理想气体的压力为理想气体的压力为零时所对应的温度零时所对应的温度)到水的三相点之间的温度均匀分为到水的三相点之间的温度均匀分为27316格，每格称为格，每格称为1“开尔文开尔文”(Kalvm)。 1989年第年第27届国际计量委员会届国际计量委员会(CIPM)通过通过“1990国国际温标际温标”，从，从1990年年1月月1日开始实施。国际温标同时使日开始实施。国际温标同时使用国际开尔文温度用国际开尔文温度(T90)和国际摄氏温度和国际摄氏温度(t90)，它们的单位，它们的单位分别为开尔文分别为开尔文(K)和摄氏度和摄氏度()，其相互关系为，其相互关系为 t90=

4、T90-273.15第九章 温度测量三、测温方法与测温仪器的分类三、测温方法与测温仪器的分类 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非接触式两大类。 1. 接触式测温 接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这是感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。第九章 温度测量 2、非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较

5、高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速度变化的温度。第九章 温度测量3 3、测温仪器、测温仪器 对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类。式两大类。 接触式仪器接触式仪器又可分为又可分为: 膨胀式温度计膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计度计)、 电阻式温度计电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计温度计)、 热电式温度计热电式温度计(包括热电偶和包括热电偶和P-N结温度计结温

6、度计)以及其它原理以及其它原理的温度计。的温度计。 非接触式温度计非接触式温度计又可分为又可分为辐射温度计、亮度温度计和比辐射温度计、亮度温度计和比色温度计色温度计，由于它们，由于它们都是以光辐射都是以光辐射为基础，故也按统称为基础，故也按统称为为辐射温度计辐射温度计。第九章 温度测量v热电偶是工程应用最广泛的温度传感器。v特点：构造简单，使用方便，准确度高，测温范围宽，适用于信号的远传，自动记录和集中控制。v微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。9-2 热电偶温度计第九章 温度测量v热电偶的测温原理热电偶原理图TT0AB热端冷端一、热电效应定义定义：两种不同的导体或半导体：两种不同的导体或

7、半导体A和和B组成闭合回路，组成闭合回路，若若A和和B的两连接处温度不同（设的两连接处温度不同（设TT0），则在此闭），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做在，这种现象叫做热电效应热电效应。第九章 温度测量热电偶的测温原理v把两种不同导体或半导体的这种组合，称把两种不同导体或半导体的这种组合，称为为热电偶热电偶。v温度高的接点称为热端（或工作端），温温度高的接点称为热端（或工作端），温度低的接点称为冷端（或自由端）。度低的接点称为冷端（或自由端）。v回路中所产生的电动势，叫热电势。热电回路中所产生的电动势，叫热电势

8、。热电势由两部分组成，即势由两部分组成，即温差电势和接触电势。温差电势和接触电势。vA和和B称为称为热电极。热电极。v闭合回路称为闭合回路称为 热电回路。热电回路。热电偶原理图TT0AB热端冷端第九章 温度测量1. 接触电势BAABNNekTTeln)(eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e单位电荷， e =1.610-19C； k波尔兹曼常数， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。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。接触电势原理图接触电势原理图+ABTeAB(T)-

9、当两种金属材料当两种金属材料A A和和B B接触时，自由电子就接触时，自由电子就要从密度大的金属材料扩散到密度小的金要从密度大的金属材料扩散到密度小的金属材料中去，从而产生电子的扩散，当扩属材料中去，从而产生电子的扩散，当扩散达到平衡时，自由电子密度大的散达到平衡时，自由电子密度大的A A材料材料失去电子带正电荷，而金属材料失去电子带正电荷，而金属材料B B得到电得到电子带负电荷。从而在子带负电荷。从而在A A，B B接触处形成一定接触处形成一定的电势差，这就是接触电势，其大小为：的电势差，这就是接触电势，其大小为：第九章 温度测量 eA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成

10、的温差电动势；时形成的温差电动势； T，T0高低端的绝对温度；高低端的绝对温度； A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生时所产生的温差电动势，例如在的温差电动势，例如在0时，铜的时，铜的 =2V/。2. 温差电势dTTTeTTAA0),(0AeA(T,To)ToT温差电势原理图在同一金属材料在同一金属材料A A中，当两端的温度不中，当两端的温度不同，即同，即TTTT0 0时，两端电子能量就不同，时，两端电子能量就不同，温度高的一端电子能量大，则电子从高温度高的一端电子能量大，则电子从高温端向低温端扩散的数量多，最后达到温端向低温端扩散的数量多，最后达

11、到平衡。这样在金属材料平衡。这样在金属材料A A的两端形成一的两端形成一定的电位差，即温度电势，其大小为：定的电位差，即温度电势，其大小为：第九章 温度测量 由导体材料由导体材料A A、B B组成的闭合回路，其接点温度分组成的闭合回路，其接点温度分别为别为T T、T T0 0, ,如果如果T TT T0 0，则必存在着两个接触电势和，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：两个温差电势，回路总电势：BTATnnekTln00ln0BTATnnekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3. 回路总电势),(),()()(),(0000T