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1、熱工儀表及測量技術(shù)溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中一個非常重要的參數(shù)。物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)。許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，需要測量溫度和控制溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對溫度的測量越來越普遍，而且對溫度測量的準確度也有更高的要求。第一節(jié)概述一、溫度溫度是表征物體冷熱程度的物理量;溫度是描述系統(tǒng)不同自由度能量分布狀況的物理量;溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。溫度的宏觀概念是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。任意兩個冷熱程度不同的物體相互接觸，它們之間必然會發(fā)生熱交換現(xiàn)象，熱量要從溫度高的物體傳向溫
2、度低的物體，直到兩物體之間的溫度完全一致時，這種熱傳遞現(xiàn)象才能停止。溫度的微觀概念表明：物體溫度的高低標志著組成物體的大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度，即對其分子平均動能大小的一種量度。顯然物體的物理化學(xué)特性與溫度密切相關(guān)。溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨著冷熱程度不同而變化的特性間接測量。雖然有不少物體的某些性質(zhì)或狀態(tài)（如電阻、體積、電勢等）會隨溫度的變化而變化，但并不是所有的物質(zhì)都可制作成溫度計。選作溫度計的物質(zhì)，其性質(zhì)必須滿足以下條件：物質(zhì)的某一屬性G僅與溫度
3、T有關(guān)，即G=G(T)，且必須是單調(diào)函數(shù)，最好是線性的。隨溫度變化的屬性應(yīng)是容易測量的，且輸出信號較強，以保證儀表的靈敏度和測量精確度。應(yīng)有較寬的測量范圍。有較好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。二、溫標為了定量地描述溫度高低，必須建立溫度標尺，即溫標。溫標是溫度數(shù)值化的標尺，它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點和測量溫度的基本單位。各種溫度計的刻度數(shù)值均由溫標確定。歷史上提出過多種溫標，如早期經(jīng)驗溫標（攝氏溫標和華氏溫標），理論上熱力學(xué)溫標，當前世界通用的國際溫標。1、攝氏溫標所用標準儀器是水銀玻璃溫度計。分度方法是規(guī)定在標準大氣壓力下，水
4、的冰點為零度，沸點為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應(yīng)每份溫度定義為1攝氏度，單位為℃。2、華氏溫標標準大氣壓力下，水的冰點為32度，沸點是212度，分為180等份，每份溫度定義為華氏1度，攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為類似的經(jīng)驗溫標還有蘭氏、列氏等。經(jīng)驗溫標的缺點在于它的局限性和隨意性。3、熱力學(xué)溫標熱力學(xué)溫標是英國物理學(xué)家開爾文(Kelvin)于1848年以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)所引出的與測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標。熱力學(xué)溫標是以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)。卡諾定律指出，一個工作于恒溫?zé)嵩磁c恒溫冷源之間的可逆熱機，其效率只與
5、熱源和冷源的溫度有關(guān)。假設(shè)熱機從溫度為T2的熱源獲得的熱量為Q2，放給溫度為T1的冷源的熱量為Q1，則有開爾文引出此溫標后，于1854年建議用一個固定點來確定此溫標。人們發(fā)現(xiàn)水的三相點(273.16K)的穩(wěn)定性能長期維持在0.1mK范圍內(nèi)。因此，1954年第10屆國際計量大會決定采用水的三相點作為熱力學(xué)溫際的基本固定點。此溫標的表達式為：這種溫標的最大特點是與選用的測溫介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，克服了經(jīng)驗溫標隨測溫介質(zhì)而變的缺陷，故稱它為科學(xué)的溫標或絕對熱力學(xué)溫標。由此而得的溫度稱為熱力學(xué)溫度。從此所有的溫度測量都以熱力學(xué)溫
6、標作為基準。4、國際實用溫標為了使用方便，國際上經(jīng)協(xié)商，決定建立一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標，這就是國際溫標的由來。具備的條件：盡可能接近熱力學(xué)溫標；復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標，確保溫度量值的統(tǒng)一；用于復(fù)現(xiàn)溫標的標準溫度計，使用方便，性能穩(wěn)定。國際實用溫標是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標的，簡稱IPTS-68，它是由1968年國際權(quán)度會議通過的。這個溫標經(jīng)過20多年使用，發(fā)現(xiàn)了一些問題，已無法滿足現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展對溫度測量的要求。國際計量委員會決定用1990年國際溫標（ITS-90）代替IP
7、TS-68。在1990年國際溫標中指出，熱力學(xué)溫標是基本物理量。單位開爾文，符號為K。它規(guī)定水的三相點熱力學(xué)溫度為273.16K，定義開爾文一度等于水三相點熱力學(xué)溫度的1/273.16。在ITS-90中同時使用國際開爾文溫度（符號為T90）和國際攝氏溫度（符號為t90），其關(guān)系為t90=T90－273.15T90單位為開爾文（K），t90單位為攝氏度（℃）。這里所說的攝氏度符合國際實用溫標（ITS-90）的規(guī)定。ITS-90的一些規(guī)定如下：由0.65K到4He臨界點（~5.2K）溫度范圍為一溫度段，在此溫度段內(nèi)用
8、3He和4He周期壓力與溫度的關(guān)系來確定溫度。由4He沸點（~4.2K）到氖三相點（~24.6K）溫度范圍內(nèi)，T90的確定采用在三個規(guī)定溫度點分度過的3He或4He氣體溫度計內(nèi)插。這三個點分別是氖三相點（~24.6K）、平衡氫三相點（~13.8K）和4He正常沸點（~4.2K）。由平衡氫三相點（~13.8K）到銀凝固點（~962℃），這個溫度段內(nèi)，標準儀器應(yīng)用鉑電阻溫度計
