物化温标、温度测量及控制.pptVIP

温标、温度测量及控制 一、温标 温度数值的表示方法称为温标。 即：为度量物体温度高低而对温度零点和分度方法 所做的一种规定，是温度的单位制。 测量任一物理量须满足以下条件： (1)定义物理量的单位。例如长度单位为米。 (2)规定物理量单位的大小。 (3)可复现的测量工具。例如尺子。 2、热力学温标 1848年由开尔文根据理想热机的卡诺循环提出。设 理想热机在两个热源Q1和Q2间工作，两个热源的温度分 别为T1和T2。则理想热机循环一周后的热机效率为： (1)自由端恒温法 定义：εAB(0)＝0，这时：EAB(t)＝εAB(t)，即 EAB(t)随温度的变化呈现线性变化，作出EAB(t)与t 的关系图即工作曲线。 将工作端放入热源中，测出回路电势值，查 工作曲线即可得到热源的温度值。 （2）自由端温度校正法 将自由端置于室温下，工作端放入热源中， 测出回路电势值，查工作曲线即可得到热源与室 温的温度差值。即： t查＝t热源－t室温 t热源＝t查＋t室温 在与电势测量仪 进行连接时，须引入 第三种导体，第三种 导体对回路电势的影 响称为中间导体定律： 即：引入第三种导体 C时，只要第三种导体 C两端温度相同，对回路总电势无影响。该定律 称为中间导体定律。 对热电偶温度计的要求：物理、化学性能 稳定、热电性能好、电阻温度系数小、导热率 高、热容小、有良好的机械加工性能、价廉。 常用的热电偶温度计： (1)镍铬～镍硅(铝) 测量温度：0～1100℃，短时间使用，最 高可到1300℃。电势变化为：0～45.108mV(0～ 1100℃)。分度号为EU－2。 3、电阻温度计 利用金属或半导体本身的电阻和温度的关 系制成的温度计。 金属：具有正的温度系数。常用的有：铂、 铜、镍。特别是铂具有良好的低温特性。在低温 区用作标准温度计。 物体辐射的能量E与波长λ、温度T之间遵循 普朗克公式： 但要测量辐射能量的绝对值是比较困难的， 如能测定两个温度下辐射能量的比值，从某一已 知温度也可以求算出另一温度来。 例如，测定金点温度TAu和某一温度T时，黑 体辐射波长λ的辐射能量ETAu和ET，就可求出待 测温度T来。 优点：价廉、操作简便、高稳定度(如介质 为高纯度的，其相变温度不必另行精确测定)。 缺点：恒温温度不能随意调节、不能长时间 使用、恒温对象必须浸没于恒温介质中。 2、恒温槽 组成：槽体、加热器(冷冻机)、继电器、 感温元件、搅拌器、温度计。 工作原理示意图： 感温元件之一：导电表结构示意图： 在断续式二位置控制中，被控对象的温度总 是在设定值附近上下波动不止，这称为振荡。将 振荡的幅度和周期记录下来，可以判断控温性能 的优劣。 下图为几种典型的控温曲线： 工作曲线： 线路连接图为： 线路连接图为： 由于通常室温变化较大，因此，在精密测温时，通常采用自由端恒温法，在温度测量精度要求不高的测量中，可采用自由端温度校正法。 热电偶温度计的优点：①灵敏度较高：±0.01℃，若将热电偶组成热电偶堆，灵敏度可达±0.0001℃。②复现性好。③量程宽。④非电量变换。 (2)铂铑(10％)～铂 测量温度：0～1300℃，短时间使用，最高可到1600℃。电势变化为：0～16.771mV(0～1600℃)。分度号为LB－3。 半导体：具有负的温度系数。半导体本身的电阻与温度间是非线性关系，但当温度变化很小时，可以看作是线性关系，常用做温差温度计。 电阻温度计的标定同热电偶温度计。 4、精密数字温差计 利用铂电阻测量温度差的电子仪器，只能测量温度差，不能测量温度绝对值。 精度：0.001℃；测量范围±19.999。 5、光学高温计 对高温测量，接触式温度计的应用受到很大的限制，在金点以上，一般均利用黑体辐射时辐射能量或辐射波长与温度之间的函数关系，设计出各种光学温度计。 式中，ε是物体的辐射系数，它因物体的材料 表面性状而异，绝对黑体的ε绝对＝1，C1、C2均为常数。 对应于不同的温度，可以得到一条条能量～波长分布曲线，如图所示： 式中，C2＝0.014388 m.K。 三、温度的控