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第3章 温度检测教学目标温度是国际单位制(SI)7个基本物理量之一，是一个重要的物理量,也是工业生产过程中最常见、最基本的参数之一。物质的许多性质和现象都与温度有关，大多数物理、化学过程都要求在一定的温度条件下进行，温度的变化直接影响到生产的质量、产量、能耗和安全。因此，对温度进行准确的测量和可靠的控制，在生产过程和科学研究中均具有重要意义。3.1 概述3.1.1温度及其测量原理温度是表征物体冷、热程度的物理量， 是物体分子运动平均动能大小的标志。温度概念的建立和温度的定量测量都是以热平衡现象为基础的，当两个受热程度不同的物体相接触后，经过一段时间的热交换，达到共同的平衡状态后则具有相同的温度，这就是温度最本质的性质及测量原理。即温度不能直接测量，而是选择一个合适的物体作为温度传感元件，其某一物理性质(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度而变化的特性为已知，通过温度传感元件与被测对象的热交换而测量出相关物性的变化，从而间接确定被测对象的温度。 为了客观地计量物体的温度，必须建立一个衡量温度高低的统一标准尺度，即温度标尺简称温标。 3.1.2温标及其表示方法建立温标就是规定温度的起点及其基本单位。建立现代的温标必须具备三个条件：①固定的温度点。物质在不同温度下会呈现固、液、气三相，利用物质的相平衡点可以作为温标的固定温度点，也称为基准点。②测温仪器。确定测温仪器的实质是确定测温质和测温量。③温标方程。用来确定各固定点之间任意温度值的数学关系式称为温标方程，也称为内插公式。随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标，以致到现今使用具有较高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间。1.经验温标由特定的测温质和测温量所确定的温标称为经验温标，它是用实验方法或经验公式所确定。历史上影响比较大、至今还沿用的两个经验温标是华氏温标和摄氏温标。1）华氏温标（℉）1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银的体积随温度而变化为依据，制成了玻璃水银温度计，并规定了氯化铵和冰的混合物的温度为温度计的0度，水的冰点为32度，水的沸点为212度，在冰点和沸点之间等分180份，每一份称为1华氏度，记作1℉，符号为。2）摄氏温标（℃）1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度，在冰点和沸点之间等分100份，每一份称为1摄氏度，记作1℃，符号为t。 摄氏温标t和华氏温标的关系为 （℉）=1.8t（℃）+32 （3-1）例如，20℃时的华氏温度=1.8×20+32=68℉。西方国家在日常生活中普遍使用华氏温标。这两种温标的温度特性依赖于所用测温物质的情况，比如所用水银的纯度不尽相同，就不能保证测温量值的一致性。2.热力学温标1848年英国物理学家开尔文（Kelvin）提出将温度数值与理想热机的效率相联系，根据热力学第二定律来定义温度的数值，建立了一个与测温物质无关的温标——热力学温标。即把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度与水的三相点（固、液、气三相共存点）之间的温度分为273．16份，每一份称为1开尔文（Kelvin），记作1K，符号为T。因此,热力学温标(又称开氏温标)从绝对零度起算,水的冰点为273.15K，沸点为373.15K。（注意：水的冰点和三相点是不一样的，两者相差0.01K。）热力学温标是理想的纯理论的，人们无法得到开氏零度，因此不能直接根据它的定义来测量物体的开氏温度。因此需要建立一种实用的温标作为测量温度的标准，这就是国际实用温标。3.国际实用温标国际计量委员会于1927年决定采用热力学温标作为国际温标，称为1927年国际温标（ITS-27）。以后几乎每20年做一次大的修改，如1948年国际温标（ITS-48）、1968年国际实用温标（IPTS-68）和现在使用的1990年国际温标（ITS-90）。经过不断地改进，ITS-90国际温标更符合热力学温标，且有更好的复现性和更方便的使用效果。ITS-90主要有3方面内容。1）温度单位。热力学温度是其基本物理量，国际实用温度用符号T90表示，单位仍为开尔文（），的大小定义为水的三相点热力学温度的1/273.16。同时使用的国际摄氏温度的符号为，单位是摄氏度，符号为℃。每一个摄氏度和每一个开尔文的量值相同。国际摄氏温度t90（℃）与国际实用温度T90（K）的关系如同热力学温度和摄氏温度一样，即 （3-2）2）定义固定温度点。利用一系列纯物质各相间可复现的平衡状态或蒸汽压所建立起来的特征温度点，共有17个定义固定温度点。这些特征温度点的温度指定值是由国际上公认的最佳策略手段测定的。3）复现固定温度点的方法。