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第二章 温度的测量 向卫国 2.1 ITS—90 ITS—90英文为International Temperature Scale of 1990，即1990年国际温标 温度测量分为： 气温 水温 土壤温度 2.1 ITS—90（续） 为了定量地表示温度，必须选定一个衡量温度的标尺。 理论上，热力学定义的热力学温标是指理想气体在容积固定的条件下，容积内的气体压力每改变1/273，相当于温度变化绝对温度1K。实验设备为气体温度表。 实用上，国际计量委员会引入了在各个测温范围内使用的标准测温元件系列：铂丝电阻温度表、辐射温度表和铂铑标准温度表，利用它们进行温标确定的方法称作实用温标。 2.1 ITS—90（续） 实用温标1927年建立以来，前后进行了四次修订。 实用温标首先规定了一系列的参考点温度。 如表2.1 ITS—90部分温度参考点。（标准大气压力为1013.25hPa） 2.1 ITS—90（续） 大气测温范围：-80~+60℃。为了测温仪器校准上的方便，另设置了一些二类参考点。精度低于一类参考点。 参考点之间的各个温度点的测温基准为一支基准铂电阻温度表。 由无应力的铂丝制成，并满足一定条件。 表2.1 解释 温标转换： 摄氏温度=热力学温度 – 273.15℃ 水的三相点的温度为 0.01 ℃ T90 ：热力学温度。单位为K。 dT/dp：温度随气压的变化。单位：10-8K/Pa W (T90) ：比电阻，等于R(T90)/R(273.16K)，即该温度下的电阻值与水三相点温度下的铂电阻值之比。 2.1 ITS—90（续） ITS—90测温标准系列由三个关节组成： 定出一系列的测温参考点 制作出国际标准铂电阻温度表 各国计量部门制作出各自的铂电阻温度表，在参考点上确定出偏差函数。 每次测温先测出 W(T90) 值换算成 Wr(T90)，再根据公式计算出温度测定值。 2.2 测温元件 2.2.1 液体玻璃温度计 构造： 玻璃球中充满水银或酒精等液体，与之相连的是中空的玻璃毛细管。 毛细管另一端封闭，背后衬有白瓷刻度板，外有保护套管。 原理： 温度变化时，引起测温液体体积膨胀或收缩，使进入毛细管的液柱高度随之变化。 常用的几种玻璃温度表 水银温度表 凝固点： -38.862℃，沸点：356.9℃ 优点：5点 缺点： 温度在 -38.862℃ 以下不能使用 膨胀系数小 测低温可采用含铊 4% 汞和金，可在 -62℃以上的温度下使用 常用的几种玻璃温度表（续） 有机液体玻璃温度表 常用：酒精、二甲苯 酒精的凝固点-177.5℃，沸点：+78.5℃ 优点：可用于低温；膨胀系数大 缺点： 湿润玻璃，易断柱 导热系数小，球内温度分布不均匀 饱和蒸汽压高，温度降低时会有液体小滴凝结在毛细管上部中空部分。 常用的几种玻璃温度表（续） 最高、最低温度表 常用的几种玻璃温度表（续） 最高温度表： 是专门用来测定一定时间间隔的最高温度 它的构造是在球部底处置一根玻璃针，直伸到毛细管口，使毛细管口变狭。 温度上升时，水银膨胀，压力增大，迫使水银挤过狭管上升。 温度下降时，因无足够压力使水银挤过狭管回到球部，水银柱就在狭管处断裂，于是狭管以上这段水银柱的顶端，就保持在过去一段时间内温度表曾感受到的最高温度示度上，因而可测得最高温度。 常用的几种玻璃温度表（续） 最低温度表： 专门用来测定一定时间间隔的最低温度 它用酒精作测温液，在毛细管内放一枚游标 温度上升时，酒精膨胀可越过游标上升，而游标本身由于顶端对管壁有足够的摩擦力，能维持在原处不动。 温度下降时，酒精柱收缩到与游标顶端相接触时，由于酒精液面的表面张力比游标对管壁的摩擦力要大，使游标不致突破酒精柱顶而借液面的表面张力带动游标下滑。 也就是说，游标只能降低，不能升高。所以，游标离球部较远一端的示度，就是一定时间间隔内曾经出现过的最低温度。 常用的几种玻璃温度表（续） 液体玻璃温度表的仪器误差 基点的永恒位移 球部变形引起的误差 刻度误差 2.2.2 热电偶温度表 原理： 两种不同的金属或合金焊接在一起，构成一个闭合回路，回路中将会产生电动势，两焊点的温度差异越大，电动势越高。 如令焊点1维持在已知温度下，焊点2的温度可借助于回路的电动势来确定。 气象上使用的热电偶材料几乎都是铜，或锰铜—康铜。有三条优点。 2.2.2 热电偶温度表（续） 通常在气象学专门研究工作中，当需要温度表有非常小的时间常数并能远距离读数和记录时，热电偶用得最多。 缺点是，如果要求温度绝对值，就需要在热电偶冷结点有一个常温容器和供测量电动势装置用的附属仪表。 热电偶最合适于测量温度差。 2.2.3 金属电阻温度表 温度变化小时，纯金属电阻的增加正比于温度变化，关系为：