测 控 基 础(5-1)温度

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1、第五章第五章 温度的测量与变送温度的测量与变送 温度是一个很重要的物理量，它是国际单位制中基本温度是一个很重要的物理量，它是国际单位制中基本物理量之一，也是工业生产中的主要工艺参数。物理量之一，也是工业生产中的主要工艺参数。 物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，大多数物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，大多数生产过程均是在一定温度范围内进行的。因此，温度的测生产过程均是在一定温度范围内进行的。因此，温度的测量是保证生产正常进行，确保产品质量和安全生产的关键量是保证生产正常进行，确保产品质量和安全生产的关键环节。环节。 一、温标一、温标 温度是表示物体冷热程度的物理量。温度是表示物体

2、冷热程度的物理量。用来量度物体温用来量度物体温度高低的标尺叫温度标尺，简称温标。它规定了温度的起度高低的标尺叫温度标尺，简称温标。它规定了温度的起点和测量温度的基本单位。点和测量温度的基本单位。各种温度计的分度值都是由温各种温度计的分度值都是由温标决定的。目前国际上用的较多的温标有摄氏温标和国际标决定的。目前国际上用的较多的温标有摄氏温标和国际实用温标，我国法定计量单位现已采用了这两种温标。实用温标，我国法定计量单位现已采用了这两种温标。1 1摄氏温标摄氏温标 摄氏温标是根据物体受热后体积膨胀的性质建立起来的，摄氏温标是根据物体受热后体积膨胀的性质建立起来的，一般用符号一般用符号t t表示，单

3、位是度，记作表示，单位是度，记作。规定在标准大气。规定在标准大气压下冰的熔点为零度（压下冰的熔点为零度（00），将水的沸点定为），将水的沸点定为100100。在在0 0100100之间划分之间划分100100等分，每一等分为等分，每一等分为1 1度（度（11）。）。摄氏温标是工程上通用的温度标尺。摄氏温标是工程上通用的温度标尺。2 2国际实用温标国际实用温标 国际温标是一个国际协议性温标。由英国物理学家开尔国际温标是一个国际协议性温标。由英国物理学家开尔文提出了热力学温标和绝对零度的概念。从绝对零度算起，文提出了热力学温标和绝对零度的概念。从绝对零度算起，水的冰点为水的冰点为273.15K 2

4、73.15K ，沸点为，沸点为373.15K 373.15K 。用符号。用符号T T表示，表示，单位是开尔文，记为单位是开尔文，记为K K。它与摄氏温度之间的关系为：。它与摄氏温度之间的关系为： t tT T273.15273.15 式中：式中：T T单位是开尔单位是开尔文，文，K K； t t单位是摄氏度，单位是摄氏度，。 温度的测量与变送（续）温度的测量与变送（续） 二、膨胀式温度计二、膨胀式温度计 基于物体受热膨胀的性质而制成的温度计叫做膨胀式温基于物体受热膨胀的性质而制成的温度计叫做膨胀式温度计。它又分为液体膨胀、气体膨胀和固体膨胀三大类。度计。它又分为液体膨胀、气体膨胀和固体膨胀三大

5、类。（一）玻璃管液体温度计（一）玻璃管液体温度计 液体膨胀式温度计中应用最广泛的是玻璃管液体温度计，液体膨胀式温度计中应用最广泛的是玻璃管液体温度计，其结构简单、使用方便、精确度高、价格低廉。其结构简单、使用方便、精确度高、价格低廉。1 1测温原理测温原理 当玻璃温包插入被测介质中，由于被测介质的温度变当玻璃温包插入被测介质中，由于被测介质的温度变化，使感温液体膨胀或收缩，因而沿毛细管上升或下降，化，使感温液体膨胀或收缩，因而沿毛细管上升或下降，由刻度标尺显示出温度的数值由刻度标尺显示出温度的数值。温度的测量与变送（续）温度的测量与变送（续）液体受热后体积膨胀和温度的关系可用下式表示：液体受热

6、后体积膨胀和温度的关系可用下式表示： V Vt tV Vt0t0( )(t t-t t0 0) ) 式中：式中：V Vt t液体在温度为液体在温度为tt时的体积；时的体积； V Vt0t0液体在温度为液体在温度为t t0 0时的体积；时的体积； 液体的体积膨胀系数；液体的体积膨胀系数； 盛液容器的体积膨胀系数。盛液容器的体积膨胀系数。 从式可以看出，从式可以看出，液体的膨胀系数液体的膨胀系数越大，温度计的灵越大，温度计的灵敏度就越高。敏度就越高。一般多常采用水银和酒精做工作液，其中一般多常采用水银和酒精做工作液，其中水银工作液较其它液体有许多优点，如不粘玻璃，不易水银工作液较其它液体有许多优点

7、，如不粘玻璃，不易氧化，容易提纯，线性较好等氧化，容易提纯，线性较好等 。玻璃管液体温度计（续）玻璃管液体温度计（续） 2 2结构与分类结构与分类 按结构可分为三种：棒状温度计、按结构可分为三种：棒状温度计、内标尺式温度计和外标尺式温度计。内标尺式温度计和外标尺式温度计。 棒状温度计如图（棒状温度计如图（a a）所示，它的标）所示，它的标尺直接刻在玻璃管的外表面上。尺直接刻在玻璃管的外表面上。 图（图（b b）是内标尺式温度计，它有）是内标尺式温度计，它有乳白色的玻璃片温度标尺，该标尺放乳白色的玻璃片温度标尺，该标尺放置在连通玻璃温包的毛细管后面，将置在连通玻璃温包的毛细管后面，将毛细管和标尺

8、一起套在玻璃管内，此毛细管和标尺一起套在玻璃管内，此温度计热惰性较大，但观测比较方便。温度计热惰性较大，但观测比较方便。外标尺式温度计是将连通玻璃温包的外标尺式温度计是将连通玻璃温包的毛细管固定在标尺板上，这种温度计毛细管固定在标尺板上，这种温度计多用来测量室温。多用来测量室温。玻璃管液体温度计（续）玻璃管液体温度计（续）水银玻璃管液体温度计水银玻璃管液体温度计 a）棒状；（）棒状；（b）内标尺式）内标尺式 1玻璃温包；玻璃温包；2毛细管；毛细管； 3刻度；刻度； 4玻璃外壳玻璃外壳 按用途分类又可分为：工按用途分类又可分为：工业、标准和实验室用三种。业、标准和实验室用三种。 标准玻璃温度计标

9、准玻璃温度计有棒状、有棒状、内标尺式的，其分度值为内标尺式的，其分度值为0.050.050.10.1；作为标准，用；作为标准，用于校验其它温度计。于校验其它温度计。 工业用温度计工业用温度计一般做成内一般做成内标尺式的，其尾部有直的、标尺式的，其尾部有直的、弯成弯成9090或或135 135 角，为了避角，为了避免工业用温度计在使用时被免工业用温度计在使用时被碰伤，在玻璃管外通常罩有碰伤，在玻璃管外通常罩有金属保护套管，在玻璃温包金属保护套管，在玻璃温包与金属套管壁之间填有良好与金属套管壁之间填有良好的导热物质。实验室用温度的导热物质。实验室用温度计形式和标准的相仿，精度计形式和标准的相仿，精

10、度也较高也较高玻璃管液体温度计（续）玻璃管液体温度计（续）工业用玻璃管液体温度计三、压力式温度计三、压力式温度计 压力式温度计压力式温度计是根据封闭容器中的液体、是根据封闭容器中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽压，受热后体气体或低沸点液体的饱和蒸汽压，受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用压力表来测量此变化，从而测得温度。压力表来测量此变化，从而测得温度。1 1测温原理测温原理 对一定质量的气体或液体，如果它的体积对一定质量的气体或液体，如果它的体积一定，则它的压力与温度之间的关系可用下一定，则它的压力与温度之间的关系可用下式表示：式表示： 00

11、()ttpptt温度的测量与变送（续）温度的测量与变送（续） 式中：式中：P Pt t气、液体在温度气、液体在温度t t时的压力；时的压力； P Pt0t0气、液体在温度气、液体在温度t t0 0时的压力；时的压力； 气、液体的体积膨胀系数；气、液体的体积膨胀系数； 气、液体的压缩系数。气、液体的压缩系数。 当密封系统的容积不变时，气体或液体的压力与温度当密封系统的容积不变时，气体或液体的压力与温度呈线性关系，呈线性关系，由此原理制成的压力式温度计的标尺应为由此原理制成的压力式温度计的标尺应为均匀刻度均匀刻度。蒸气的压力与温度之间也呈一定的函数关系。蒸气的压力与温度之间也呈一定的函数关系。这就