《温度测量技术》PPT课件.ppt

热工测试技术8/26/2024第第4 4章章 温度及温度场测试技术温度及温度场测试技术 4.1 4.1 基本概念基本概念4.1.1 4.1.1 温度的概念温度的概念温度的概念温度的概念 温温度度是是表表征征物物体体冷冷热热程程度度的的状状态态参参数数，，而而物物体体的的冷冷热热程程度度又又是是由物体内部分子热运动的激烈程度，即分子的平均能作所决定由物体内部分子热运动的激烈程度，即分子的平均能作所决定 严严格格地地说说，，温温度度是是物物体体分分子子运运动动平平均均动动能能大大小小的的标标志志只只有有从从热热力力学学第第零零定定律律出出发发，，才才能能得得到到温温度度和和绝绝对对温温度度的的概概念念以以及及计计量量温温度的方法度的方法 热热力力学学第第零零定定律律- -热热平平衡衡定定律律：：如如果果两两个个热热力力学学系系统统中中的的每每一一个个都都与与三三个个热热力力学学系系统统处处于于热热平平衡衡，，则则它它们们也也必必定定处处于于热热平平衡衡从从热热力力学学第第零零定定律律出出发发，，我我们们可可以以知知道道，，处处在在相相互互热热平平衡衡状状态态的的物物体体必必然然具具有有某某一一共共同同的的物物理理性性质质。

表表征征这这个个物理性质的量就是温度物理性质的量就是温度 温温度度概概念念的的建建立立和和温温度度的的定定量量测测量量都都是是以以热热平平衡衡现现象象为为基基础础的的温温度度决决定定一一系系统统是是否否与与其其它它系系统统处处于于热热平平衡衡的的宏宏观观性性质质，，其其特特征征在在于一切于一切互为热平衡的系统互为热平衡的系统都具有都具有相同的温度相同的温度8/26/2024 什么叫什么叫热平衡热平衡？假设两个热力学系统，原告各自处在一？假设两个热力学系统，原告各自处在一定的平衡态，现在让它们定的平衡态，现在让它们互相接触互相接触，经过一段时间后两个系，经过一段时间后两个系统的状态不再发生变化，达到一个共同的统的状态不再发生变化，达到一个共同的平衡平衡态，这种平衡态，这种平衡态是两个系统发生传热的条件下达到的，所以叫热平衡态是两个系统发生传热的条件下达到的，所以叫热平衡 （（4-14-1）） 绝对温度概念绝对温度概念作了经典解释。

式中，作了经典解释式中，ββ是体系的绝对温是体系的绝对温度的度量，度的度量，k k是玻尔兹曼常数，是玻尔兹曼常数，f f为自由度，为体系的平均能为自由度，为体系的平均能量，量，E E0 0为基态能通常体系的绝对温度为正，为基态能通常体系的绝对温度为正，β>0β>0，或，或k>0k>0由式（由式（4-14-1）可知，对于绝对温度为）可知，对于绝对温度为T T的体系，数值的体系，数值kTkT大致等大致等于体系在每个自由度上的平均能量（超过基态能的能量）于体系在每个自由度上的平均能量（超过基态能的能量）T T与体系的平均能量有关，而不是和体系中某个粒子的能量有与体系的平均能量有关，而不是和体系中某个粒子的能量有关8/26/20244.1.2 4.1.2 温标温标温标温标 ““温标温标””---“---“温度标尺温度标尺””：：为了确定温度的数值，首先要建为了确定温度的数值，首先要建立一个衡量温度的标度，温标规定了温度的读数立一个衡量温度的标度，温标规定了温度的读数起点（零点）起点（零点）和测和测量温度的量温度的基本单位基本单位 1 1、摄氏温标、摄氏温标 摄摄氏氏温温标标和和华华氏氏温温标标都都市市是是根根据据水水银银受受热热后后体体积积膨膨胀胀的的性性质质建建立立起起来来的的。

摄摄氏氏温温标标规规定定标标准准大大气气压压下下纯纯水水的的冰冰融融点点为为0 0度度，，水水沸沸点点为为100100度，度，中间等分中间等分100100格，每格为摄氏格，每格为摄氏1 1度，符号为度，符号为℃ 2 2、华氏温标、华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为冰融点为32度，水沸点为度，水沸点为212度，度，中间等分中间等分180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号为度，符号为0F，，它与摄氏温标的它与摄氏温标的关系如下式所示：关系如下式所示： （（4-2）） 式中式中 C 和和 F 分别代表摄氏和华氏的温度值分别代表摄氏和华氏的温度值8/26/2024 由由于于没没有有一一种种物物质质的的物物理理性性质质与与温温度度呈呈线线性性关关系系，，所所以以测测得得温温度度的的数数值值都都与与温温度度计计所所采采用用的的物物质质性性质质有有关关，，如如与与水水银银纯纯度度、、玻玻璃璃管管材材料料等等因因素素有有关关，，这这样样就就不不能能保保证证世世界界各各国国所所采采用用的的基基本本测测温温单单位（度）完全一致。

位（度）完全一致3 3、热力学温标、热力学温标 热热力力学学温温标标又又称称开开氏氏温温标标（（K））或或绝绝对对温温标标，，它它是是根根据据卡卡诺诺循循环建立起来的，在卡诺循环中：环建立起来的，在卡诺循环中： 上上式式表表示示工工质质在在温温度度T1时时吸吸收收热热量量Q1，，而而在在温温度度T2时时向向低低温温热热源源放放出出热热量量Q2，，如如果果指指定定了了一一个个定定点点T2的的数数值值，，就就可可以以由由热热量量的的比比例例求求得得未未知知量量T1，，由由于于上上述述方方程程式式与与工工质质本本身身的的种种类类和和性性质质无无关关，，因而避免了分度的因而避免了分度的“任意性任意性” 但但是是卡卡诺诺循循环环实实际际上上是是不不存存在在的的，，实实践践中中要要用用这这原原理理建建立立温温标标是是不不可可能能的的，，人人们们发发现现理理想想气气体体的的压压力力P、、体体积积V和和温温度度T之之间间有有如如下的关系：下的关系：8/26/2024 理理想想气气体体温温标标与与热热力力学学温温标标是是互互相相一一致致的的（（只只要要选选择择同同样样的的定定点点和和原原位位）），，可可借借助助于于气气体体温温度度计计来来实实现现热热力力学学温温标标（（对对于于一一定定质质量量的的气气体体，，当当体体积积保保持持不不变变时时，，压压力力就就与与温温度度成成正正比比，，这这样样就就可可以以按按气气体体压压力力的的变变化化来来测测量量温温度度，，这这种种温温度度计计叫叫做做气气体体定定容容温温度度计计，，也可制做定压温度计）。

也可制做定压温度计）由由于于理理想想气气体体是是不不存存在在的的，，我我们们可可以以用用某某些些在在性性质质上上接接近近理理想想气气体体的的真真实实气气体体（（氢氢、、氦氦和和氨氨））来来作作温温度度计计，，并并根根据据热热力力学学第第二二定定律律得得出出对对这这种种气气体体温温度度计计的的读读数数修修正正值值，，这这就就在在实实践践中中制制定定了了热热力力学学温标然然而而，，气气体体温温度度计计本本身身非非常常复复杂杂笨笨重重，，读读数数又又非非常常迟迟缓缓，，同同时时由由于于受受到到容容器器本本身身耐耐热热性性和和气气密密性性的的限限制制，，测测量量上上限限只只能能达达到到1500℃左左右右，，因因此此用用气气体体温温度度计计来来复复现现热热力力学学温温标标是是不不方方便便的的，，在在工工业业上上更是不可能的更是不可能的8/26/2024 为为了了克克服服气气体体温温度度计计的的缺缺点点，，便便于于温温度度的的实实际际测测量量，，于于是是就就采采用用了了协协议议性性的的国国际际实实用用温温标标它它自自19271927年年开开始始建建立立，，几几经经修修改改，，最最近近一一次次定定名名为为19901990年年国国际际实实用用温温标标（（ITS-90ITS-90）），，它它于于19901990年年元元旦旦开开始始实实施施。

19901990年年国国际际实实用用温温标标, ,代代号号为为（（ITS-90ITS-90）它不仅与热力学温标相接近，而且复现准确度高，使用方便它不仅与热力学温标相接近，而且复现准确度高，使用方便4 4、国际实用温标、国际实用温标ITS-90ITS-90简介简介 （一）温度及其表示方法（一）温度及其表示方法 最最新新的的是是19901990年年国国际际实实用用温温标标（（ITS-90ITS-90）），，它它于于19901990年年元元旦旦开开始始实实施施国国际际实实用用温温标标规规定定以以热热力力学学温温度度为为基基本本温温度度，，符符号号为为T90T90，，单单位位为为开开尔尔文文，，符符号号为为K K，，它规定它规定水三相点热力学温度为水三相点热力学温度为273.16K273.16K，，定义定义1K1K等于水三相点温度的等于水三相点温度的1/273.161/273.16 国际实用开尔文温度和摄氏温度的关系为国际实用开尔文温度和摄氏温度的关系为 t=t=（（T90-273.15T90-273.15））℃℃（（4-54-5））（（二）国际实用温标二）国际实用温标ITS-90的主要内容是：的主要内容是： ①①用用1717个个定定义义基基准准点点，，它它包包括括1414个个高高纯纯物物质质的的三三相相点点、、熔熔点点和和凝凝固固点点以以及及3 3个用蒸汽温度计或气体温度计测定的温度点。

从而保证了基准温度的客观性个用蒸汽温度计或气体温度计测定的温度点从而保证了基准温度的客观性8/26/2024②②规定了不同温度区域内复现热力学温标的基准仪器规定了不同温度区域内复现热力学温标的基准仪器 例例如如，，从从0.65K0.65K到到5.0K5.0K之之间间采采用用3He3He或或 4He4He蒸蒸汽汽压压温温度度计计作作为为内内插插仪仪器器；；从从3.0K3.0K到到24.5561K24.5561K之之间间采采用用3He3He或或 4He4He定定容容气气体体温温度度计计作作为为内内插插仪仪器器；；从从13.8033K13.8033K到到1234.93K1234.93K之之间间采采用用铂铂电电阻阻温温度度计计作作为为内内插插仪仪器器；；961.78K961.78K以以上上的的温温区区采采用用的的内内插插仪仪器器用用光光电电（（光光学学））高高温温计③③建建立立了了基基准准仪仪器器的的示示值值与与国国际际温温标标温温度度之之间间关关系系的的插插补补公公式式和和偏偏差函数，从而使连续测温成为可能差函数，从而使连续测温成为可能对国际实用温标对国际实用温标ITS-90ITS-90的进一步了解，可参阅有关的专门资料。

的进一步了解，可参阅有关的专门资料5 5、温度标准的传递、温度标准的传递 温温标标的的传传递递一一般般说说包包括括两两个个方方面面，，一一是是生生产产中中对对各各测测温温仪仪表表的的分分度度，，把把标标准准传传递递到到测测温温仪仪表表；；其其次次是是对对使使用用中中或或修修理理后后的的测测温温仪仪表的检定，通过检定才能保证仪表的准确可靠表的检定，通过检定才能保证仪表的准确可靠 国国际际实实用用温温标标有有关关的的基基准准仪仪器器都都是是由由国国家家规规定定的的机机构构（（中中国国计计量科学研究院）保存，并通过省市计量机构传递下去为了把温度量科学研究院）保存，并通过省市计量机构传递下去为了把温度8/26/2024的的正正确确数数值值传传递递到到实实用用的的测测量量仪仪表表，，需需要要按按某某一一个个传传递递系系统统进进行行，，其传递关系如下：其传递关系如下： 温度基准仪器传递系统框温度基准仪器传递系统框 8/26/20244.1.3 温度测量的机理与方法温度测量的机理与方法 温温度度不不能能直直接接加加以以测测量量，，只只能能借借助助于于冷冷热热不不同同的的物物体体之之间间的的热热交交换换，，以以及及物物体体的的某某些些物物理理性性质质随随冷冷热热程程度度不不同同而而变变化化的的特特性性来来加加以以间间接接测测量量。

物物质质的的某某些些物物理理量量，，如如体体积积、、密密度度、、硬硬度度、、粘粘度度、、弹弹性性模模数数、、破破坏坏强强度度、、导导电电率率、、导导热热率率、、热热容容量量、、热热电电势势、、热热电电阻阻和和辐辐射射强强度度等等均均随随温温度度变变化化而而变变化化而而且且，，在在一一定定条条件件下下，，这这些些物物理理量量的的每每一一个个数数值值都都对对应应着着一一定定的的温温度度如如果果事事先先知知道道它它偏偏与与温温度度的的对对应应关关系系，，那那么么，，便便可可通通过过测测量量这这些些物物理理量量来来达达到到测测温温的的目目的的同同时时，，并并且且是是至至关关重重要要的的一一点点是是希希望望用用以以判判断断物物体体温温度度变变化化的的那那一一物物理理性性质质能能连连续续地地单单值值地地随随温温度度变变化化而而变变化化，，与与其其它它因因素素无无关关，，并并且且便便于于精确测量选择这一物理性质的工作是件复杂而困难的工作精确测量选择这一物理性质的工作是件复杂而困难的工作1、较为成熟的测温方法、较为成熟的测温方法（一）利用物体热胀冷缩的物理性质测量温度一）利用物体热胀冷缩的物理性质测量温度。

利利用用固固体体的的热热胀胀冷冷缩缩现现象象制制成成的的双双金金属属片片温温度度计计和和利利用用液液体体的的热热胀胀冷冷缩缩现现象象制制成成的的玻玻璃璃受受水水银银温温度度计计和和酒酒精精温温度度计计这这类类温温度度计计结结构构简简单单，，价价格格低低廉廉，，温温度度测测量量范范围围常常用用于于-200~700℃之之间间利利用用气气体体的的热热膨膨胀胀冷冷缩缩现现象象制制成成的的压压力力表表式式温温度度计计，，具具有有结结构构简简单单，，具具有有防爆性，防震性，可运距离传示但准确度较低，滞后性较大，防爆性，防震性，可运距离传示但准确度较低，滞后性较大，8/26/2024常用测量范围常用测量范围0~300℃之间二）利用物体的热电效应测量物体的温度二）利用物体的热电效应测量物体的温度 两两种种不不同同的的金金属属导导体体组组成成闭闭合合回回路路时时，，当当两两接接点点温温度度不不同同时时，，回回路路内内就就产产生生热热电电势势，，利利用用物物体体的的这这种种热热电电性性质质，，将将感感受受到到的的被被测测物物体体的的温温度度转转换换或或热热电电势势作作为为信信号号输输出出如如热热电电偶偶温温度度计计，，它它测测量量准准确确度度高高，，能能远远距距离离传传送送，，常常用用于于测测量量-100℃~1800℃范范围围内内的的温温度，是目前温度测量中应用最广泛的温度计之一。

度，是目前温度测量中应用最广泛的温度计之一三）利用物体的导电率随温度变化而变化来测量温度三）利用物体的导电率随温度变化而变化来测量温度 电阻温度计就是利用这一性质达到测温后的目的电阻温度计就是利用这一性质达到测温后的目的四）利用物质的辐射强度随温度变化而变化来测量温度四）利用物质的辐射强度随温度变化而变化来测量温度2、正在研究发展的测温方法、正在研究发展的测温方法（一）利用某些物质的（一）利用某些物质的介电常数介电常数在某个范围在某个范围与温度相关与温度相关测量温度测量温度二）利用载流（二）利用载流电子的布朗运动电子的布朗运动产生的产生的随机电压随机电压测量物体的温度测量物体的温度三）利用压电石英的（三）利用压电石英的自然振动频率自然振动频率与与温度温度有关来测量温度有关来测量温度 石石英英温温度度计计就就是是利利用用这这一一性性质质达达到到测测温温的的目目的的，，实实验验发发现现，，石石英英的的共共振振频频率率与与温温度度有有关关在在±250℃的的温温度度范范围围内内，，石石英英的的共共振振频频率率以以1000HZ/K随随温温度度呈呈成成线线性性变变化化所所以以石石英英温温度度计计，，即即可可用用于于高高精度的温度测量，又可作为标准温度计进行温度基准传递，也精度的温度测量，又可作为标准温度计进行温度基准传递，也8/26/2024可在现场稳态条件下进行精密测温和控温。

可在现场稳态条件下进行精密测温和控温四四））利利用用物物质质的的磁磁化化强强度度与与所所施施加加磁磁场场的的比比值值与与温温度度成成反反比比来来测测量温度 顺顺磁磁温温度度计计是是基基于于顺顺磁磁盐盐的的磁磁化化率率与与热热力力学学温温度度有有关关的的原原理理研研制制而而成成的的使使用用方方法法是是在在互互感感电电桥桥的的线线圈圈之之间间放放置置一一个个合合适适的的材材料料样样品品，，样样品品与与所所关关心心的的介介质质有有很很好好的的热热接接触触，，在在达达到到4.2K温温度度时时很很有效，并用于太空中的测量有效，并用于太空中的测量五）利用（五）利用声速与气体静态温度的热力学关系式声速与气体静态温度的热力学关系式来测量温度来测量温度 声声速速温温度度计计基基于于这这一一原原理理用用于于测测量量流流体体或或固固体体表表面面温温度度，，传传统统上上用用于于低低温温2.5~30K的的温温度度测测量量目目前前发发展展至至用用于于高高达达1000℃的的温温度度测测量量，，用用于于探探测测海海洋洋温温度度变变化化，，通通过过接接收收跨跨海海洋洋盆盆地地传传播播的的低低频频声声音，于音，于100HZ来测量温度。

来测量温度 此此外外还还有有其其它它的的测测温温方方法法，，如如超超声声波波技技术术、、激激光光技技术术、、射射流流技技术术、、微微波波技技术术、、热热成成象象测测量量技技术术，，液液品品技技术术等等等等用用于于测测量量温温度度本本课课程程主主要要着着重重介介绍绍以以热热电电偶偶温温度度计计为为代代表表的的接接触触式式温温度度计计和和用用辐辐射射学学方方法法测测量量温温度度的的的的温温度度计计，，并并重重点点介介绍绍用用接接触触式式感感温温元元件件测测量量温温度度的的技术手段与方法技术手段与方法8/26/20243、以测温方法分类的温度计、以测温方法分类的温度计根据温度计测温方法的不同，可把温度计分为两类根据温度计测温方法的不同，可把温度计分为两类：：（（一一））接接触触式式测测温温：：测测温温要要求求感感温温元元件件浸浸入入被被测测介介质质或或以以被被测测物物体体直直接接接接触触的的测测温温方方法法如如水水银银玻玻管管温温度度计计、、热热电电偶偶及及热热电电阻阻温温度度计计等等接接触触式式测测温温时时，，从从根根本本上上说说，，温温度度计计指指示示的的温温度度只只是是感感温温元元件件本本身身的的温温度度。

例例如如热热电电偶偶所所测测到到的的温温度度只只是是其其热热接接点点的的温温度度通通常常，，人人们们将将感感温温部部的的温温度度就就当当做做被被测测对对象象的的温温度度例例如如，，水水银银温温度度计计指指示示100100℃时时，，只只表表明明温温度度计计感感温温包包的的温温度度为为100100℃，，然然而而我我们们需需要要的的却却是是被被测测对对象象的的温温度度，，于于是是就就有有这这样样一一个个问问题题，，被被测测温温度度能能否否用用温温度度计计的的指指示示温温度度来来表表示示呢呢？？根根据据达达到到热热平平衡衡的的诸诸物物体体具具有有相相同同温温度度的的原原理理，，只只要要温温度度计计与与被被测测介介质质之之间间的的热热交交换换达达到到平平衡衡，，则则温温度度计计的的示示值值便便可可以以用用表表示示被被测测温温度度不不过过在在工工程程测测量量中中，，这这不不过过是是一一种种近近似似绝绝大大多多数数情情况况下下，，接接触触式式感感温温元元件件与与被被测测介介质质之之间间一一是是来来不不及及达达到到热热平平衡衡因因为为被被介介质质的的温温度度是是随随时时间间变变化化的的，，二二是是被被测测介介质质不不单单与与感感温温元元件件进进行行热热交交换换，，还还与与其其它它部部件件进进行行热热交交换换，，因因而而此此时时的的“热热平平衡衡”是是近近似似的的。

所所以以必必须须从从方方法法和和手手段段上上解解决决用用接接触触式式感感温元件测温的误差问题温元件测温的误差问题二）非接触式测温：（二）非接触式测温： 8/26/2024非非接接触触式式测测温温感感温温元元件件与与被被测测对对象象还还有有直直接接接接触触用用这这种种方方法法测测温温时时，，不不会会破破坏坏被被测测对对象象的的温温度度场场，，进进而而消消除除了了由由接接触触被被测测介介质质带带来来的一系列造成温度场畸变的因素，可实现远距离测量的一系列造成温度场畸变的因素，可实现远距离测量4、以输出量性质分类的测温方法、以输出量性质分类的测温方法 在在温温度度测测量量中中，，为为了了达达到到测测量量的的目目的的，，需需要要对对温温度度量量进进行行测测温温变变换换，，所所谓谓测测量量变变换换就就是是将将一一个个物物理理量量的的大大小小去去反反映映另另一一个个与与之之有有函数关系的理量的大小目前常见的温度测量变换分为以下函数关系的理量的大小目前常见的温度测量变换分为以下三类：三类：（一）温度的力学测量方法（一）温度的力学测量方法 将将温温度度信信号号变变为为水水银银玻玻管管温温度度计计或或酒酒精精温温度度计计的的液液柱柱位位移移；；将将温温度度信信号号变变成成金金属属片片的的膨膨胀胀位位移移的的双双金金属属片片温温度度计计；；将将温温度度信信号号变变成成介介质质膨膨胀胀的的压压力力式式温温度度计计等等。

这这种种将将温温度度变变化化的的输输入入量量变变换换成成力力学学量量：：位位移移、、线线位位移移、、角角位位移移等等力力学学量量输输出出称称之之谓谓温温度度和和力力学学测测量量方法二）温度的电学测量方法（二）温度的电学测量方法 将将温温度度信信号号变变为为热热电电偶偶温温度度计计的的热热电电势势输输出出，，将将温温度度信信号号变变换换成成测测定定热热电电阻阻值值的的电电阻阻温温度度计计等等这这种种将将温温度度变变化化的的输输入入量量变变换换成成电学量：热电势、热电阻等电学量输出称之谓温度的电学量：热电势、热电阻等电学量输出称之谓温度的电学测量方法电学测量方法8/26/2024（三）温度的光学测量方法（三）温度的光学测量方法 工工业业测测量量中中将将温温度度信信号号变变为为光光学学量量输输出出测测量量气气体体发发射射或或吸吸收收辐辐射射能能的的光光谱谱法法；；利利用用黑黑体体辐辐射射定定律律来来测测量量不不透透明明表表面面温温度度的的光光测测高高温温法法如如红红外外热热象象仪仪在在测测量量物物体体的的表表面面温温度度时时，，就就是是利利用用“自自然然界界中中的的一一切切物物体体，，只只要要其其温温度度高高于于绝绝对对零零度度时时，，就就总总会会用用外外发发射射辐辐射射能能”的的原原理理。

收收集集并并探探测测这这些些辐辐射射能能，，将将输输入入的的温温度度信信号号变变成成输输出出的的光光学学量量，，最最后后获获得得被被测测物物体体的的温温度度示示值值利利用用光光线线在在通通过过不不均均匀匀折折射射率率场场会会发发生生弯弯曲曲的的原原理理，，将将温温度度场场的的信信号号变变为为光光线线在在空空间间变变化化的的位位置置来来测测量量及及推推算算温温度度场场变变化化的的折折射射率率法法等等等等这这种种将将温温度度变变化化的的输输入入量量变变换换成成光光学学量量做做为为输输出出量量的的方方法法称称之之谓谓温温度度的的光光学学测测量量方法  4.2 4.2 温度测量的力学方法温度测量的力学方法4.2.1 4.2.1 玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计 测测量量特特点点是是测测量量准准确确、、读读数数直直观观、、结结构构简简单单、、价价格格低低廉廉、、使使用用方方便便，，因因此此应应用用十十分分广广泛泛其其不不足足之之处处在在于于易易碎碎、、输输出出信信号号不不能能远远传和自动记录传和自动记录8/26/2024 液体介质采用水银是因为水银不易氧化变液体介质采用水银是因为水银不易氧化变质，容易获得很高的测量精度，在相当大的温质，容易获得很高的测量精度，在相当大的温度范围内度范围内-38～～356℃保持液态，特别是在保持液态，特别是在200℃以下，以下，-38～～356℃ 其膨胀系数几乎和温度成其膨胀系数几乎和温度成线性关系，所以水银玻管温度计可作为精线性关系，所以水银玻管温度计可作为精密的标准温度计用于精密测量之用。

密的标准温度计用于精密测量之用 玻璃管液体温度计在使用时应注意因玻璃玻璃管液体温度计在使用时应注意因玻璃的热胀冷缩引起的零点漂移定期校验零的热胀冷缩引起的零点漂移定期校验零点位置，避免由此带来的测量误差点位置，避免由此带来的测量误差 4.2.2 4.2.2 双金属温度计双金属温度计 双金属温度计抗震性能好、双金属温度计抗震性能好、坚固耐用，但精度较低，一坚固耐用，但精度较低，一般等级为般等级为1 1～～2.52.5级常用于级常用于工业生产中测温范围为工业生产中测温范围为-60-60～～500℃500℃左右8/26/20244.2.3 4.2.3 压力式温度计压力式温度计充以充以氮气氮气压力式压力式温度计其测温上温度计其测温上限可达限可达500℃，，压力与温度的关压力与温度的关系系近似线性近似线性；若；若封闭系统中充进封闭系统中充进液体，称之为充液体，称之为充液式压力式温度液式压力式温度计充液采用的计充液采用的液体常用液体常用二甲苯、二甲苯、甲醇或丙酮甲醇或丙酮等测温范围一般为测温范围一般为-40～～550℃，，压压力力与与温温度度的的关关系系呈呈非非线线性性关关系系。

压压力力式式温温度度计计精精度度较较低低，，但但使使用用简简便便，，而而且且抗抗震震动动常常用用在在对对温温度度波波动动范范围围不不大大的的场场合做监测使用合做监测使用8/26/20244.3 温度测量的电学方法温度测量的电学方法 将将输输入入的的温温度度信信号号变变换换电电学学量量信信号号输输出出称称之之谓谓温温度度的的电电学学测测量量方方法法常常用用的的电电阻阻温温度度计计与与热热电电偶偶温温度度计计温温度度测测量量的的电电学学方方法法的的典典型型代表4.3.1 4.3.1 热电偶温度计热电偶温度计 目目前前最最广广泛泛使使用用的的接接触触式式测测量量温温度度的的方方法法之之一一是是用用热热电电偶偶温温度度计计测测量量温温度度与与其其它它温温度度计计相相比比它它有有足足够够的的测测量量精精度度，，较较好好的的动动态态响响应应，，工工作作可可靠靠，，便便于于远远距距离离多多点点测测量量和和自自动动记记录录，，它它结结构构简简单单、、维维护护方方便便、、价价格格便便宜宜，，在在工工业业测测量量中中，，已已有有不不同同型型号号的的定定型型热热电电偶偶产产品品可可供供选选用用；；在在实实验验室室和和一一些些研研究究中中，，可可根根据据不不同同的的需需要要，，自自行行制制作作一一些些特特殊殊尺尺寸寸和和结结构构的的热热电电偶偶，，因因此此，，热热电电偶偶温温度度计计是是一一种种应应用用面宽、比较理想和方便的测温仪器。

面宽、比较理想和方便的测温仪器1、热电偶测温原理、热电偶测温原理两两种种不不同同的的导导体体A和和B，，把把它它们们组组成成一一个个闭闭合合回回路路时时，，就就构构成成了了一一个个热热电电偶偶如如图图4-5（（a））所所示示导导体体A和和B称称为为热热电电极极当当两两个个接接点点的的温温度度不不同同时时，，即即T≠T0，，回回路路中中将将产产生生热热电电势势如如图图4-5（（b）），，就就是是最最基基本本的的热热电电偶偶测测温温线线路路研研究究表表明明，，热热电电势势是是由由接接触触电电势势和和温温差差电势电势组成8/26/2024图图4-5 4-5 热电效应示意图热电效应示意图8/26/2024（一）接触电势（一）接触电势 （二）温差电势（二）温差电势8/26/2024接触电势接触电势 一些物质，其外围电子从外部能源吸收了足够的能量以后，可以脱离一些物质，其外围电子从外部能源吸收了足够的能量以后，可以脱离原子核的影响而变成自由电子，这些自由电子可以继续从外界吸收能量它原子核的影响而变成自由电子，这些自由电子可以继续从外界吸收能量。

它们的作用，通常可以假定为类似于理想气体的分子的作用们的作用，通常可以假定为类似于理想气体的分子的作用 不相同的金属材料，即使它们处于相同的温度下，其中自由电子的能量不相同的金属材料，即使它们处于相同的温度下，其中自由电子的能量和密度也不相同因此，当两种金属材料和密度也不相同因此，当两种金属材料A A和和B B相互接触时，自由电子会穿过相互接触时，自由电子会穿过中间分界面而扩散假定金属中间分界面而扩散假定金属A A中的自由电子的能量与密度比金属中的自由电子的能量与密度比金属B B中的高，中的高，那么，金属那么，金属A A中的自由电子就通过界面向金属中的自由电子就通过界面向金属B B扩散扩散的结果使得在界面扩散扩散的结果使得在界面处金属处金属A A的电位变正，金属的电位变正，金属B B的电位变负，从而在界面处建立起一个电场这的电位变负，从而在界面处建立起一个电场这个电场的方向正好对抗这一扩散过程的进行所以，当接点处的温度一定时，个电场的方向正好对抗这一扩散过程的进行所以，当接点处的温度一定时，也就是说，当自由电子的能量一定时，这一扩散过程会达到平衡此时，在也就是说，当自由电子的能量一定时，这一扩散过程会达到平衡。

此时，在接点处所建立起来的电势称为接点处所建立起来的电势称为接触电势接触电势8/26/2024温差电势温差电势若导体若导体A A和和B B都是都是均质导体均质导体，今取导体，今取导体A A为例，将其径向尺寸加以为例，将其径向尺寸加以放大由于导体放大由于导体 A A 两端的温度不同，因此在导体两端的温度不同，因此在导体 A A 内存在有温内存在有温度梯度其两端的温差为度梯度其两端的温差为dTdT 且且 T T＞＞T T0 0温度较高处比温度较低处温度较高处比温度较低处的自由电子扩散的速率大的自由电子扩散的速率大，因此，因此温度较高温度较高的一边因的一边因失去电子而带失去电子而带正电正电，，温度较低温度较低的一边因的一边因得到电子而带负电得到电子而带负电，从而在高、低温端，从而在高、低温端之间形成一个从高温端指向低温端的之间形成一个从高温端指向低温端的静电场静电场电子的迁移力电子的迁移力和和静静电场力电场力达到平衡时所形成的电位差叫达到平衡时所形成的电位差叫温差电势温差电势温差电势的方向温差电势的方向是由低温端指向高温端，其大小与导体两端温度和性质有关是由低温端指向高温端，其大小与导体两端温度和性质有关。

8/26/2024（三）热电偶回路的总热电势（三）热电偶回路的总热电势 图图4-8热电偶回路热电势分布图热电偶回路热电势分布图在整个闭合回路中，两端接在整个闭合回路中，两端接点温度为点温度为T T和和T T0 0且T T＞＞T T0 0，， ＞＞ 热电偶回路的总热电势为热电偶回路的总热电势为8/26/2024①①热热电电偶偶回回路路热热电电势势的的大大小小，，只只与与组组成成热热电电偶偶的的材材料料性性质质和和材材料料两两端端接接点点处处的的温温度度有有关关，，而而与与热热电电偶偶的的几几何何尺尺寸寸和和中中间间各各点点的的温温度度分分布布无无关关当当热热电电偶偶两两接接点点处处的的温温度度相相同同时时，，回回路路中中总总的的热热电电势势等等于零②②只只有有用用两两种种均均匀匀的的不不同同性性质质的的导导体体才才能能构构成成热热电电偶偶单单一一的的相相同材料组成的闭合回路中不会产生热电势同材料组成的闭合回路中不会产生热电势③③对对于于已已确确定定的的两两种种材材料料所所构构成成的的热热电电偶偶，，如如果果保保持持其其一一端端的的温温度度固固定定不不变变，，即即保保持持T T0 0= =常常数数（（实实用用中中，，一一般般常常取取T T0 0=0℃=0℃）），，则则E EABAB（（T T，，T T0 0））的数值将是的数值将是T T的单值函数的单值函数。

因因此此，，可可以以用用测测量量E EABAB（（T T，，T T0 0））的的方方法法来来测测量量温温度度T T的的数数值值，，这这就就是是利利用用热热电电偶偶测测温温的的基基本本原原理理这这时时，，应应该该预预先先知知道道不不同同的的T T所所对对应应的的E EABAB（（T T，，T T0 0））的的数数值值在在实实际际工工作作中中，，E EABAB（（T T，，T T0 0））数数值值并并不不是是用用式式（（4-104-10））来来计计算算的的，，而而是是通通过过所所谓谓标标定定（（或或称称校校准准））的的方方法法实实际际测测出出的的将将这这些些数数值值制制成成热热电电偶偶的的分分度度表表，，以以供供查查用用热热电电偶偶测测量量温温度度时时，，放放置置在在被被测测温温度度为为T T 的的物物体体上上的的接接点点称称之之为为热热电电偶偶的的热热端端或或测测量量端端而而热热电电偶偶的的处处于于恒恒定定温温度度T T0 0下下的的另另一一端端，，称称之之为为热热电电偶的冷端或参考端偶的冷端或参考端8/26/2024两点重要结论：两点重要结论：第一，第一，至少要有两种均匀的金属材料，才能构成热电偶。

至少要有两种均匀的金属材料，才能构成热电偶第第二二，，当当热热电电偶偶两两接接点点处处的的温温度度相相同同时时，，回回路路中中总总的的热热电电势势等等于于零零2、热电偶基本定律及其应用、热电偶基本定律及其应用（一）均值导体定律（一）均值导体定律任任何何一一种种均均值值导导体体组组成成的的闭闭合合回回路路，，不不论论其其各各处处的的截截面面如如何何，，不不论其是否存在温度梯度，都不可能产生热电势论其是否存在温度梯度，都不可能产生热电势利用该定律可检验热电极材料的均匀性利用该定律可检验热电极材料的均匀性 （二）中间导体定律（二）中间导体定律 为为了了测测量量热热电电势势，，必必须须在在热热电电偶偶回回路路中中接接入入测测量量仪仪表表及及其其引引线线，，图图中中用用导导体体C来来代代表表那那么么，，这这种种接接入入，，对对回回路路的的热热电电势势有有无无影影响响呢？呢？ 在热电偶测量回路中，在热电偶测量回路中，当接入第三种导体当接入第三种导体时，只要被接入的时，只要被接入的中间导体两端的温度相等中间导体两端的温度相等，则对回路的热电势，则对回路的热电势没有影响没有影响这一原理称为中间导体定律。

理称为中间导体定律8/26/2024图图4-9 4-9 加有中间导体的热电偶回路加有中间导体的热电偶回路 中间导体定律是当使用热电偶测温时，可以在回路中接中间导体定律是当使用热电偶测温时，可以在回路中接入测量仪表的理论根据入测量仪表的理论根据 8/26/2024（三）连接导体定律（三）连接导体定律在在热热电电偶偶回回路路，，如如果果两两个个热热电电极极A A和和B B分分别别与与另另外外两两个个连连接接导导线线A′A′和和B′B′相相接接，，相相接接处处的的温温度度为为TnTn，，如如图图所所示示现现在在讨讨论论这这一一回回路路中中总总的的热热电电势势的的值值该该值值用用符符号号来来表表示示在在这这一一个个闭闭合合回回路路中中，，总总的的热热电电势势是是由由各各接接点点的的接接触触电电势势和和各各导导线线的的温温差差电势所构成的即：电势所构成的即： 加有连接导体的热电偶回路加有连接导体的热电偶回路 8/26/2024（四）中间温度定律（四）中间温度定律如如图图所所示示，，两两种种不不同同的的材材料料组组成成的的热热电电偶偶回回路路，，在在两两接接点点温温度度为为T1和和T2时时，，其其热热电电势势为为 ，，在在接接点点为为T2和和T3时时，，其其热热电电势势为为 ，，则则在在接接点点T1和和T3时时，，该该热热电电偶偶的的热热电电势势为前二者之和，即为前二者之和，即 8/26/2024一定律是用热电偶测温时采用补偿导线的理论依据。

一定律是用热电偶测温时采用补偿导线的理论依据3、中间温度定律、中间温度定律 热电偶回路中，如果热电偶回路中，如果A和和A′′为同一种导体，为同一种导体，B和和B′′也是同一种导也是同一种导体，这时构成了连接导体定律的一种特殊情况体，这时构成了连接导体定律的一种特殊情况一个热电偶在两接点温度为一个热电偶在两接点温度为T T和和T T0时，热电势时，热电势E EAB（（T T，，T T0 0））等于该热等于该热电偶在电偶在T T和和T Tn与与T T0 0之间相应的热电势之间相应的热电势E EAB（（T T，，T T0 0）和）和E EAB（（Tn，，T T0 0））和和的代数和的代数和Tn 称为中间温度，这就是中间温度定律此定律是制称为中间温度，这就是中间温度定律此定律是制定和使用分度表的理论依据定和使用分度表的理论依据三、热电偶的材料及其结构三、热电偶的材料及其结构1 1、热电偶材料、热电偶材料从从原原理理上上讲讲，，任任意意两两种种不不同同的的导导体体（（或或半半导导体体））材材料料都都可可以以构构成成势势电电偶偶但但在在生生产产实实际际中中，，广广泛泛使使用用的的热热电电偶偶并并不不多多，，这这是是由由于于在在测测温时，对测温热电偶有一定要求，从而限制了某些材料的使用。

温时，对测温热电偶有一定要求，从而限制了某些材料的使用 一一般般说说来来，，对对于于制制造造热热电电偶偶的的材材料料有有以以下下几几方方面面的的要要求求：：配配制制成成热热电电偶偶应应有有较较高高的的热热电电势势，，而而且且性性能能稳稳定定；；能能在在一一定定的的工工作作条条件件下下长长期期工工作作，，有有足足够够的的机机械械强强度度；；便便于于加加工工及及价价格格便便宜宜等等，，常常用用的的热热电电偶代号，分度号和测温范围见表，常用热电偶允许偏差见表偶代号，分度号和测温范围见表，常用热电偶允许偏差见表8/26/2024表表4-1 常用热电偶代号、分度号和温度测量范围常用热电偶代号、分度号和温度测量范围名称名称热电极材料热电极材料等等分分度度号号100℃100℃时的时的热电热电势势/ /mvmv使用温度使用温度/℃/℃温度测温度测量范围量范围（（℃℃）） 正极正极识别识别负负极极级级长长期期短短期期铂铑铂铑10-10-铂铂稍硬稍硬柔柔软软ⅠS S0.6450.64513001300160016000 0 1601600 0铂铑铂铑30-30-铂铂铑铑6 6较硬较硬教教软软ⅡB B0.0330.03316001600180018000 01801800 0镍铬镍铬- -镍硅镍硅不亲不亲磁磁稍稍亲亲ⅡK K4.0954.09511001100130013000 01301300 0镍铬镍铬- -康铜康铜色暗色暗银银白白ⅡE E6.3176.317600600800800200+900200+900铜铜- -康铜康铜红色红色银银白白ⅡT T4.2774.277350350400400- -200~+30200~+300 08/26/2024（二）热电偶的基本结构（二）热电偶的基本结构1、、工工业业上上常常用用的的为为铠铠装装热热电电偶偶，，也也称称为为套套管管热热电电偶偶。

它它由由热热电电极极、、绝绝缘缘材材料料和和金金属属套套管管三三者者组组合合加加工工而而成成图图4-12是是工工业业用用普普通通型型铠铠装装热热电电偶偶结结构构图图1-热热电电偶偶测测量量器器；；2-热热电电极极；；3-绝绝缘缘管管；； 4-保保护护管；管；5-接线盒接线盒8/26/20242 2、、自制的热电偶自制的热电偶----- “裸丝裸丝”热电偶用用每每一一极极热热电电偶偶丝丝的的外外面面都都涂涂上上了了薄薄薄薄的的绝绝缘缘漆漆热热电电偶偶丝丝，，将将其其制制作成不同规格或型号的热电偶作成不同规格或型号的热电偶热热电电偶偶的的测测量量端端可可用用电电弧弧焊焊、、乙乙炔炔焊焊、、盐盐溶溶氧氧化化焊焊，，水水银银焊焊和和对对接接焊等办法焊接而成焊等办法焊接而成a a））点焊；（点焊；（b b））对焊；）（对焊；）（c c））绞状点焊绞状点焊8/26/20244 4、热电偶测量线路及静态标定、热电偶测量线路及静态标定（一）热电偶测温线路（一）热电偶测温线路 如图所示，它由如图所示，它由热电偶热电偶、、补偿导线补偿导线、、连接导线连接导线和和二次仪表二次仪表组组成。

成T T表示被测温度，称为测量端温度，表示被测温度，称为测量端温度，T1T1表示接线端温度，称为表示接线端温度，称为测量端温度，测量端温度，T0T0为参考端温度为参考端温度A A、、B B为热电偶热电极，为热电偶热电极，A′A′，，B′B′为为补偿导线，补偿导线，C C为连接导线为连接导线 8/26/2024（二）热电偶测温时参考端温度（二）热电偶测温时参考端温度 热热电电偶偶分分度度表表和和根根据据分分度度表表刻刻度度的的二二次次仪仪表表都都是是以以参参考考端端温温度度保保持持在在0℃为为条条件件的的一一般般实实验验室室作作精精密密测测温温时时，，通通常常将将参参考考端端保保持持在在0℃然然而而，，在在工工程程测测量量时时，，参参考考端端要要保保持持0℃0℃是是困困难难的的这这时时，，必须采取参考端温度修正或补偿等方法必须采取参考端温度修正或补偿等方法 在在一一个个标标准准大大气气压压下下，，冰冰和和纯纯水水的的平平衡衡温温度度为为0℃在在实实验验室室中中，，通通常常用用碎碎冰冰与与蒸蒸馏馏水水混混合合放放在在保保温温瓶瓶中中，，并并使使它它们们达达到到热热平平衡衡为为了了减减少少环环境境传传热热的的影影响响，，应应使使水水面面略略低低于于冰冰屑屑面面。

插插入入玻玻璃璃试试管管中中的的参参考考端端，，其其插插入入深深度度一一般般应应大大于于140140毫毫米米而而且且试试管管宜宜壁壁薄薄且且直直径径小小这这样样实实现现的的冰冰点点平平衡衡温温度度约约为为-0.06℃对对于于热热电电偶偶测测温温可可以以认为参考端处于认为参考端处于0℃0℃热热电电偶偶参参考考端端插插入入试试管管中中的的方方法法有有两两种种：：一一种种是是两两个个参参考考端端分分别别插插入入两两根根试试管管底底部部，，并并与与少少量量清清洁洁的的水水银银相相接接触触然然后后，，分分别别用用铜铜导导线线引引出出接接往往显显示示仪仪表表根根据据中中间间导导体体定定律律，，（（b b））与与（（c c））的的线线路路等等效另另一一种种方方法法如如图图4-164-16所所示示两两个个参参考考端端插插入入同同一一根根试试管管底底部部，，并并与与水水银银相相接接触触由由于于铜铜导导线线两两端端均均为为室室温温t1，，所所以以图图4-164-16（（b b））与与（（c c））的线路等效的线路等效8/26/20248/26/20248/26/2024（三）补偿导线的作用（三）补偿导线的作用 在在工工程程测测量量中中，，冷冷接接点点往往往往要要远远离离测测量量端端。

此此时时，，势势必必要要把把构构成成热热电电偶偶的的两两根根热热电电极极加加长长到到所所需需的的长长度度从从热热电电偶偶连连接接导导体体定定律律可可知知，，将将热热电电偶偶的的两两根根热热电电极极延延长长可可采采用用与与热热电电偶偶的的的的热热电电性性能能相相似似的的材材料料作作为为连连接接导导线线我我们们把把这这种种连连接接导导线线称称为为“补补偿偿导导线线”用用补补偿偿导导线线连连接接在在热热电电偶偶电电极极和和冷冷端端之之间间不不会会影影响响测测量量结结果果补补偿偿导导线线从从本本质质上上看看，，也也是是热热电电偶偶，，但但它它们们由由于于远远离离测测量量端端，，在在与与热热电电偶偶相相连连接接处处的的温温度度下下，，其其工工作作温温度度不不会会超超过过100100150℃150℃在在使使用用补补偿偿导导线线时时，，必必须须注注意意，，不不能能超超过过规规定定的的使使用用温温度度范范围围，，否否则则会会给给测测量量带带来来较较大大误误差差此此外外，，在在使使用用时时，，应应格外注意补偿导线不能将极性接错，二要保证接点牢固可靠格外注意补偿导线不能将极性接错，二要保证接点牢固可靠。

常用的补偿导线规格及性能见表常用的补偿导线规格及性能见表4-5，，4-68/26/2024表表4-5 4-5 标准型热电偶用补偿导线的型号规定标准型热电偶用补偿导线的型号规定补偿导线的型号SCSCKCKCKXKXEXEXJXJXTXTX所配热电偶分所配热电偶分度号度号S SK KK KE EJ JT T（四）热电偶的静态标定（四）热电偶的静态标定热热电电偶偶的的标标定定就就是是将将制制成成的的热热电电偶偶进进行行分分度度，，其其方方法法就就是是将将制制成成的的热热电电偶偶的的参参考考端端恒恒定定为为0℃0℃，，改改变变热热接接点点的的温温度度，，用用适适当当精精度度的的仪仪表表测测量量出出该该热热电电偶偶所所产产生生的的热热电电势势的的数数值值，，从从而而得得到到热热电电势势与与温温度度的的关关系系，，编编制制成成表表，，以以备备查查用用在在实实验验室室较较常常用用的的标定方法是标定方法是比较法8/26/2024比比较较法法标标定定时时，，需需要要精精度度和和等等级级都都比比被被标标定定的的热热电电偶偶高高几几个个等等级级的的标标准准温温度度计计，，不不同同的的温温度度范范围围，，有有不不同同的的温温度度均均匀匀，，稳稳定定，，又又可可根据需要调节的精密恒温热源。

根据需要调节的精密恒温热源如如100℃100℃以以下下，，采采用用恒恒温温水水浴浴，，与与标标准准水水银银温温度度计计进进行行比比较较；；300℃300℃以以下下，，采采用用恒恒温温油油浴浴，，与与标标准准水水银银温温度度计计进进行行比比较较；；300~1300℃300~1300℃，，采采用用管管式式电电炉炉，，与与标标准准铂铂铑铑- -铂铂热热电电偶偶进进行行比比较较；；1300~2000℃1300~2000℃，，采采用钼丝炉用钼丝炉，与，与一等或二等光学高温计一等或二等光学高温计进行比较；进行比较； 在在高高温温下下进进行行标标定定时时，，为为了了防防止止热热电电偶偶氧氧化化，，要要将将炉炉内内先先抽抽成成真空，真空，然后充入然后充入惰性气体惰性气体标定时，应把被标定的热电偶与作为标准用的热电偶的热接点置标定时，应把被标定的热电偶与作为标准用的热电偶的热接点置于炉内同一点上，以保证二者所处的温度相同于炉内同一点上，以保证二者所处的温度相同 8/26/20248/26/20244.4 4.4 用接触式感温元件测量温度的技术用接触式感温元件测量温度的技术4.4.1 4.4.1 用接触式感温元件测量温度的一般问题用接触式感温元件测量温度的一般问题用接触式感温元件测量温度的一般问题用接触式感温元件测量温度的一般问题1、概述、概述（一）（一）什么是接触式测温？什么是接触式测温？ （二）（二）接触式测量所得到的温度是被测对象的真实温度吗？接触式测量所得到的温度是被测对象的真实温度吗？2、、 影响接触式温度测量的各种因素影响接触式温度测量的各种因素 将一支将一支热电偶热电偶插入气体流的管道中，按一般想法，气体将对插入气体流的管道中，按一般想法，气体将对热电偶测量端加热，使热电偶的测量端温度上升，当气流与热电热电偶测量端加热，使热电偶的测量端温度上升，当气流与热电偶测量端的热量交换达到动平衡时，热电偶所指示的测量端温度偶测量端的热量交换达到动平衡时，热电偶所指示的测量端温度即为气流的温度。

然而，实际问题并不那么简单，由于温度计与即为气流的温度然而，实际问题并不那么简单，由于温度计与被测物体的被测物体的““接触接触””感温元件感温元件与与被测对象被测对象的的复杂换热现象复杂换热现象使使接接触式温度计触式温度计只能给出只能给出流体流体或或固体固体中某处中某处温度的近似值温度的近似值，使，使示值温示值温度偏离真实温度度偏离真实温度 由于由于“接触接触”—测温带来一系列问题：测温带来一系列问题：（一）（一）温度场发生畸变；温度场发生畸变；（二）（二）速度场被破坏；速度场被破坏；（三）（三）换热状态复杂换热状态复杂8/26/20248/26/2024①①通过支杆与安装传感器的壁面发生热传导；通过支杆与安装传感器的壁面发生热传导；②②测量端与可见表面发生辐射换热；测量端与可见表面发生辐射换热；③③与气流进行对流及辐射换热；与气流进行对流及辐射换热；④④高速气流中，测量端由于滞止作用，受到气动加热高速气流中，测量端由于滞止作用，受到气动加热另另外外，，热热电电偶偶的的套套管管、、支支杆杆也也将将参参与与与与气气流流的的热热交交换换，，这这种种热热交交换换，，又又将将影影响响测测量量端端。

而而且且，，测测量量端端的的形形状状也也并并非非是是理理论论分分析析中中常用的基本形状常用的基本形状 由由于于上上述述种种种种原原因因，，使使温温度度测测量量误误差差作作精精密密分分析析相相当当困困难难，，目目前前只只能能对对误误差差分分析析做做数数量量级级的的估估计计，，指指出出减减小小误误差差的的基基本本途途径径从从而而对对测测量量误误差差，，进进行行修修正正或或采采取取相相应应的的措措施施，，使使其其减减小小到到允允许许的范围二、用接触式感温元件测量温度的误差二、用接触式感温元件测量温度的误差二、用接触式感温元件测量温度的误差二、用接触式感温元件测量温度的误差（一）传热学方面的原因（一）传热学方面的原因（二）气动力原因（二）气动力原因（三）被测温度随时间变化的原因（三）被测温度随时间变化的原因（四）化学原因（四）化学原因8/26/2024测量液体温度测量液体温度的困难一般要比测量的困难一般要比测量气体气体温度温度小得多小得多，这是因为：，这是因为：A A、、液体的液体的流速流速与气体相比一般较与气体相比一般较低低，，速度误差速度误差可不予考虑；可不予考虑；B B、、液体的液体的放热系数放热系数一般很大，与气体相比，常比气体大一至二个一般很大，与气体相比，常比气体大一至二个数量级（如气体强制对流换热系数数量级（如气体强制对流换热系数h h，，一般在一般在2020～～100W/m100W/m2 2℃℃；；而水而水的强制对流换热系数的强制对流换热系数h h，，一般在一般在1000-15000 W/m1000-15000 W/m2 2℃℃），），使液体的使液体的传传热误差与动态误差远不如气体那么严重。

热误差与动态误差远不如气体那么严重 影影响响固固体体壁壁面面温温度度测测量量的的原原因因纯纯粹粹是是传传热热学学方方面面的的原原因因接接触触””破破坏坏了了固固体体壁壁面面原原有有的的传传热热状状况况，，造造成成温温度度场场畸畸变变，，带带来来测测量量误差本本节节主主要要是是以以热热电电偶偶测测量量气气流流温温度度为为分分析析对对象象分分析析物物理理过过程程建建立立物物理理模模型型及及建建立立相相应应的的数数学学模模型型，，由由定定性性分分析析转转入入定定量量计计算算，，才能有效地找出减小、修正测温误差的正确途径才能有效地找出减小、修正测温误差的正确途径8/26/20244.4.2 4.4.2 一维问题的能量平衡方程一维问题的能量平衡方程1 1、接触式温度计的物理模型建立和简化、接触式温度计的物理模型建立和简化将将一一对对相相同同直直径径的的，，对对焊焊的的、、裸裸露露的的热热偶偶丝丝置置于于气气流流中中，，取取热热偶偶丝丝的的轴轴线线为为x x轴轴由由于于偶偶丝丝的的直直径径很很小小，，可可以以认认为为在在偶偶丝丝截截面面上上的的温温度度都都是是均均匀匀的的因因此此，，热热偶偶丝丝轴轴线线上上的的温温度度分分布布只只是是x x的的函函数数。

从从热热偶偶丝丝上上取取温温度度为为T T、、长长度度为为dxdx的的微微元元体体，，分分析它的换热状况：析它的换热状况：图图4-19 4-19 细长杆的能量平衡物理模型细长杆的能量平衡物理模型8/26/2024（一）单位时间通过热传导流入微元体的导热量：（一）单位时间通过热传导流入微元体的导热量：（二）单位时间通过对流传入微元体的热量：（二）单位时间通过对流传入微元体的热量：（三）微元体辐射换热的热量：（三）微元体辐射换热的热量：（四）单位时间微元体内能的变化量：（四）单位时间微元体内能的变化量：8/26/20242 2、热电偶测量端的能量平衡方程式、热电偶测量端的能量平衡方程式、热电偶测量端的能量平衡方程式、热电偶测量端的能量平衡方程式由微元体能量平衡关系式有：由微元体能量平衡关系式有： 微元温度升高吸收的热量微元温度升高吸收的热量=通过导热流出的热量通过导热流出的热量+通过对流传入的热通过对流传入的热量－量－辐射损失的热量辐射损失的热量 8/26/2024只要测量端存在着导热现象：只要测量端存在着导热现象： 只要测量端存在着辐射换热，只要测量端存在着辐射换热， 只要测量端温度随时间变化，只要测量端温度随时间变化， 热电偶温度计测量端的温度热电偶温度计测量端的温度 不等于气流的真实温不等于气流的真实温度度 。

存在着测温误差存在着测温误差8/26/20243、热电偶的对流换热系数、热电偶的对流换热系数h是一个相当复杂的参数是一个相当复杂的参数h=f（（热偶结构、物性、尺寸，被测介质的流态、物性等热偶结构、物性、尺寸，被测介质的流态、物性等）） 常用的热电偶的对流换热系数常用的热电偶的对流换热系数无因次准则方程：无因次准则方程：（一）气流与对焊偶丝垂直（一）气流与对焊偶丝垂直 定性尺寸定性尺寸：：偶丝直径偶丝直径d 定性温度：定性温度：气流总温气流总温 使用范围使用范围 温度：温度：15℃-1627℃15℃-1627℃8/26/2024（二）（二）气流与对焊偶丝平行气流与对焊偶丝平行定性尺寸：定性尺寸：偶丝直径偶丝直径d d ；；定性温度：定性温度：气流总温气流总温 温度：温度：T=16-538℃（（三）三）气流绕球型测量端气流绕球型测量端 定性尺寸：定性尺寸：测量端直径测量端直径 ；；定性温度：定性温度：气流总温气流总温 8/26/2024（二）典型的露头型铠装热电偶类型（二）典型的露头型铠装热电偶类型气流与偶丝垂直的典型热电偶（尺寸单位㎜）8/26/20244.4.3 4.4.3 气流温度测量误差分析气流温度测量误差分析1 1、共性误差、共性误差 传热误差传热误差是热电偶测温的是热电偶测温的共性共性问题。

问题 传传热热误误差差中中的的导导热热误误差差、、辐辐射射误误差差是是同同时时出出现现的的，，此此时时二二者者是是处处于于相相同同的的数数量量级级还还是是其其中中一一项项的的影影响响大大大大大大于于另另外外一一项项，，只只有有做做具具体体的的分分析析后后，，再再决决定定取取舍舍如如在在对对低低速速气气流流的的温温度度测测量量时时，，若若气气流流温温度度 ℃℃，，辐辐射射损损失失对对测测量量端端的的影影响响与与导导热热相相比比，，居居次次要要地地位位，，因因而而可可忽忽略略辐辐射射因因素素；；而而当当 ℃℃以以上上时时，，就就不不能能不考虑辐射换热的影响不考虑辐射换热的影响2 2、个性误差、个性误差 动动态态，，气气动动，，化化学学因因素素为为热热电电偶偶测测温温的的个个性性问问题题马马赫赫数数M<0.2，，可可认认为为该该气气流流为为低低速速气气流流低低速速气气流流一一般般认认为为无无气气动动加加热热，，即即无无速速度度误误差差若若被被测测气气流流中中不不存存在在着着引引起起化化学学反反应应的的条条件件，，则则不不会会产产生生化化学学原原因因误误差差；；若若被被测测气气体体温温度度不不随随时时间间变变化化，，不不会会产产生生动动态误差。

态误差3 3、气流温度测量误差分析、气流温度测量误差分析 热工测试中所遇到的气流常常是无化学反应条件的气流热工测试中所遇到的气流常常是无化学反应条件的气流8/26/20248/26/20244.4.4 4.4.4 低速气流的温度测量低速气流的温度测量低速气流的温度测量低速气流的温度测量低速：低速： M<0.2，， 1、、 温度计的导热对测量的影响；温度计的导热对测量的影响；2、温度计的辐射换热对测量的影响；、温度计的辐射换热对测量的影响；3、、同时考虑导热、对流、辐射时的分析方法同时考虑导热、对流、辐射时的分析方法‘五五五五 高速气流的温度测量高速气流的温度测量高速气流的温度测量高速气流的温度测量高速气流的测量特点：高速气流的测量特点： 1、、气气体体流流速速比比较较高高，，h值值很很大大，，对对流流换换热热比比较较强强烈烈，，对对于于高高速速常常温温的的气气流流来来说说，，此此时时虽虽仍仍存存在在着着导导、、辐辐等等误误差差，，但但与与速速度度误误差差相相比居次要地位比居次要地位2、低速气流，由于忽略气动力因素的影响，认为气流的滞止温度，、低速气流，由于忽略气动力因素的影响，认为气流的滞止温度，又称总温，又称总温，8/26/2024静温静温T T与总温的作用：与总温的作用：T 静温：静温：计算主流的参数如计算主流的参数如总温：总温： 发动机或热力机械的工况计算中则需要测总温。

发动机或热力机械的工况计算中则需要测总温 8/26/2024。