动力工程测试技术及仪器-第2章

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1、学习要求学习要求 掌握采用热电偶温度计、电阻温度计测温掌握采用热电偶温度计、电阻温度计测温的基本原理、测量方法、计算方法及有关电的基本原理、测量方法、计算方法及有关电路；熟悉几种常用的热电偶及电阻温度计；路；熟悉几种常用的热电偶及电阻温度计；能正确地选用温度计并了解温度计的标定方能正确地选用温度计并了解温度计的标定方法；了解几种其它形式温度计的原理。法；了解几种其它形式温度计的原理。第第2章章 温温 度度 测测 量量一、温度一、温度 温度是表征物件冷热程度的物理量。温度是表征物件冷热程度的物理量。物体温度的高低反物体温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小映了物体内部分子运动平均动能的大

2、小。 系统的热平衡充要条件：系统的热平衡充要条件：系统的温度相等。系统的温度相等。二、温度的测量二、温度的测量1. 测温的理论依据：测温的理论依据：系统的热平衡，物体具有相同的系统的热平衡，物体具有相同的温度，因此，可从一个物体的温度得知其它物体的温度，因此，可从一个物体的温度得知其它物体的温度。（例：温度。（例：“量体温量体温”）2. 测温的材料：测温的材料：已知一物体的某特性与温度变化之间已知一物体的某特性与温度变化之间的关系，就可用温度来分度其性质或状态的变化情的关系，就可用温度来分度其性质或状态的变化情况，是设计、制作温度计的依据。况，是设计、制作温度计的依据。3 .对测温的物质材料的

3、技术要求：对测温的物质材料的技术要求：物质的某一属性满足以下要求：物质的某一属性满足以下要求： 与温度要有很好的线性关系。与温度要有很好的线性关系。 好测量、分辨率高、灵敏度要符合要求。好测量、分辨率高、灵敏度要符合要求。 测量范围宽（在测量范围内保持线性关系）测量范围宽（在测量范围内保持线性关系） 较好的复现性和稳定性。较好的复现性和稳定性。 同时满足上述条件的物质不多，故不同的温度计有不同时满足上述条件的物质不多，故不同的温度计有不同的特点同的特点三、温标三、温标1. 温标温标：度量温度的“标尺”。对温度的零点及分度方法所作的一种规定。常用的有 “摄氏温标摄氏温标”、“华氏温标华氏温标”

4、、“热力学温标热力学温标” 。2. 温标的形成温标的形成1927年以前，实际系统的可测性质与热力学温度无一年以前，实际系统的可测性质与热力学温度无一个完善的表达式。可以认为，当时的个完善的表达式。可以认为，当时的“温度测量温度测量”的的含义不科学。含义不科学。直到直到1927年使用温度单位年使用温度单位开尔文以后，温度定义开尔文以后，温度定义的现代化才算完成。的现代化才算完成。3. 热力学温标（或称：绝对温标）热力学温标（或称：绝对温标）意义：建立在热力学基础上意义：建立在热力学基础上,体现出温度体现出温度仅与热量有关仅与热量有关,而与工质无关而与工质无关的理想温标。的理想温标。卡诺定理：卡诺

5、定理：温标的确定：温标的确定：开尔文温度规定水在标准大气压下的三开尔文温度规定水在标准大气压下的三相点温度为相点温度为273.16K；三相点到沸点之间分为；三相点到沸点之间分为100等份等份，每等份记为，每等份记为1K；将三相点以下；将三相点以下263.16K定为绝对零定为绝对零度，记为度，记为0K，符号：，符号：T 。1K等于水的三相点热力学等于水的三相点热力学温度的温度的1/273.16。热力学温标确定的温度为。热力学温标确定的温度为应用：应用：卡诺循环实际上是不存在的卡诺循环实际上是不存在的。热力学温标与理。热力学温标与理想气体温标是完全一致。用近似理想的惰性气体制作想气体温标是完全一致

6、。用近似理想的惰性气体制作定容式气体温度计，根据热力学第二定律确定其修正定容式气体温度计，根据热力学第二定律确定其修正值，用气体温度计来实现热力学温标。值，用气体温度计来实现热力学温标。1212QQTT4. 国际实用温标（简称：国际实用温标（简称：ITS-90）定义定义：依据物质的某些定义固定点所确定的温标，依据物质的某些定义固定点所确定的温标，定义固定点：水的三相点、氧和水的沸点、金和银定义固定点：水的三相点、氧和水的沸点、金和银的凝固点等等。的凝固点等等。意义：意义：提供一种易准确地复现，并且尽可能地接近提供一种易准确地复现，并且尽可能地接近热力学温标的实用温标热力学温标的实用温标应用：摄

7、氏温标与开尔文温标的关系为应用：摄氏温标与开尔文温标的关系为5. 温度表的分类和特点温度表的分类和特点 见见P21页页-22页表页表21和和22。273.15C)(16273.Tt一、热电偶测温原理一、热电偶测温原理2、热电势、热电势温差电势温差电势：导体两端温度不同而产生的一种电动势，方向由：导体两端温度不同而产生的一种电动势，方向由低温端指向高温端，与导体性质和温度有关。低温端指向高温端，与导体性质和温度有关。接触电势接触电势：两种不同材质的导体：两种不同材质的导体A和和B相接触时，由电子扩散相接触时，由电子扩散的速率不同，形成的一种电动势。的速率不同，形成的一种电动势。1、T测量端，又称

8、热端测量端，又称热端 T0参比端，又称冷端参比端，又称冷端 热电势，热电流；热电势，热电流； 1821年的赛贝克效应。年的赛贝克效应。温差电势的产生温差电势的产生8接触电势的产生接触电势的产生910tNNeKEATTAT ,TAd001温差电势表达式温差电势表达式BTAT)T(ABNNlneKTE接触电势表达式接触电势表达式回路总热电势表达式回路总热电势表达式 000000TfTfdtNNlneKEEEEETTBA)T ,T(A)T(AB)T ,T(B)T(AB)T ,T(AB)T(ABE0)T(ABE)T ,T(BE0)T ,T(AE0T0TAB 几点结论：几点结论：1.1. 热电偶回路性质

9、的大小只与材料的性质热电偶回路性质的大小只与材料的性质 及两端温度有关，与热电偶的长短、粗及两端温度有关，与热电偶的长短、粗 细无关。细无关。2. 2. 只有两种不同的性质的导体才能组成热只有两种不同的性质的导体才能组成热 电偶；当热电偶两端温度不同时，才会电偶；当热电偶两端温度不同时，才会 产生热电势。产生热电势。3. 3. 材料确定后，热电势的大小只与热电偶材料确定后，热电势的大小只与热电偶 两端温度有关。两端温度有关。二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律2、中间导体定律中间导体定律 由几种不同材料组成的闭合回路，当各材料的连接点由几种不同材料组成的闭合回路，当各材料的连接点温度相同时

10、，此回路的热电势为零。温度相同时，此回路的热电势为零。1、均质导体定律均质导体定律 任何一种均质导体组成的回路，不能产生热电势。任何一种均质导体组成的回路，不能产生热电势。 应用：可检验热电极材料的均质性。应用：可检验热电极材料的均质性。2.1 中间导体定律的推论中间导体定律的推论 1 1 在热电偶回路中接入第三种材料，只要其两端温度相同在热电偶回路中接入第三种材料，只要其两端温度相同，则对回路的热电势无影响。，则对回路的热电势无影响。 000000TfTfdtNNlneKEEEEETTBA)T ,T(A)T(AB)T ,T(B)T(AB)T ,T(AB给热电偶的应用给热电偶的应用及测量热电偶

11、的及测量热电偶的电信号带来极其电信号带来极其有利条件有利条件. .? ? ?2.2 中间导体定律的推论中间导体定律的推论 2 2： )T ,T(CB)T ,T(AC)T ,T(ABEEE000任意两种均质导体任意两种均质导体A、B，分别与均质材料，分别与均质材料C连接组成热连接组成热电偶回路，若热电势分别为电偶回路，若热电势分别为EAC(T,T0)和和ECB(T,T0)，则导体，则导体A、B组成的热电偶的热电势为：组成的热电偶的热电势为：3. 中间温度定律中间温度定律 )T ,T(AB)T ,T(AB)T ,T(ABEEE322131延长线接入点延长线接入点计算举例计算举例16三、热电偶参比端