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溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來(lái)說(shuō)接觸式測(cè)溫儀表比較簡(jiǎn)單、可靠,測(cè)量準(zhǔn)確度較高;但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換,需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡,所以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象,同時(shí)受耐高溫材料的限制,不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。非接觸式儀表測(cè)溫是通過(guò)熱輻射原理來(lái)測(cè)量溫度的,測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸,測(cè)溫范圍廣,不受測(cè)溫上限的限制,也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng),反應(yīng)速度一般也比較快;但受到物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響,其測(cè)量誤差較大。
二、溫度和溫標(biāo)
1.溫度
溫度是表示物體冷熱程度的物理量,自然界中的許多現(xiàn)象都與溫度有關(guān),在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,會(huì)遇到大量有關(guān)溫度測(cè)量和控制的問(wèn)題。
在火電廠中,溫度測(cè)量對(duì)于保證生產(chǎn)過(guò)程的安全和經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的意義。例如,鍋爐過(guò)熱器的溫度非常接近過(guò)熱器鋼管的極限耐熱溫度,如果溫度控制不好,會(huì)燒壞過(guò)熱器;在機(jī)組啟、停過(guò)程中,需要嚴(yán)格控制汽輪機(jī)汽缸和鍋爐汽包壁的溫度,如果溫度變化太快,汽缸和汽包會(huì)由于熱應(yīng)力過(guò)大而損壞;又如,蒸汽溫度、給水溫度、鍋爐排煙溫度等過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使生產(chǎn)效率降低,導(dǎo)致多消耗燃料,而這些都離不開(kāi)對(duì)溫度的測(cè)量。
溫度概念的建立是以熱平衡為基礎(chǔ)的。例如;將兩個(gè)冷熱程度不同的物體相互接觸,它們之間會(huì)產(chǎn)生熱量交換,熱量將從熱的物體向冷的物體傳遞,直到兩個(gè)物體的冷熱程度一致,即達(dá)到熱平衡為止。對(duì)處于熱平衡狀態(tài)的兩個(gè)物體就稱它們的溫度相同,而稱原來(lái)的冷物體溫度低,熱物體的溫度高。從微觀上看,溫度標(biāo)志著物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。
2.溫標(biāo)
用來(lái)衡量溫度高低的標(biāo)尺叫做溫度標(biāo)尺,簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。溫標(biāo)是用數(shù)值表示溫度的一整套規(guī)則,它確定了溫度的單位。
溫標(biāo)有其自身的演變和發(fā)展過(guò)程。早期的溫標(biāo)是依據(jù)某些物質(zhì)的有關(guān)特性建立的。例如早的攝氏溫標(biāo)是建立在利用水銀的熱脹冷縮性質(zhì)制成的玻璃管水銀溫度計(jì)的基礎(chǔ)上的溫標(biāo),它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)溫度為0℃,沸點(diǎn)為100℃,兩點(diǎn)間按水銀柱高度等分成100份,每份代表且記。類似這樣的溫標(biāo)不止一個(gè),它們的共同點(diǎn)是依賴于測(cè)溫物質(zhì)的具體性質(zhì),使溫標(biāo)具有隨意性和局限性。當(dāng)用同一種溫標(biāo)確定某一溫度的數(shù)值時(shí),隨著測(cè)溫物質(zhì)性質(zhì)的差別(例如成分稍有變動(dòng)),則會(huì)得到不同的結(jié)果。采用不同的溫標(biāo)則結(jié)果會(huì)更加不一致。
人們需要建立一個(gè)不依賴任何物質(zhì)的具體性質(zhì)的、客觀的溫標(biāo),并把溫標(biāo)統(tǒng)一起來(lái)。熱力學(xué)溫標(biāo)就是這樣的理想溫標(biāo),它又稱為溫標(biāo)。該溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)卡諾循環(huán)理論基礎(chǔ)上的溫標(biāo),其理論基礎(chǔ)是:高溫?zé)嵩矗═1)與低溫?zé)嵩矗═2)的溫度之比,等于在這兩個(gè)熱源之間運(yùn)轉(zhuǎn)的卡諾熱機(jī)吸熱量(Q1)與放熱量(Q2)值之比,即 ??梢?jiàn)溫度與物質(zhì)的任何性質(zhì)均無(wú)關(guān)系,而只與熱量有關(guān)。因此,以此為基礎(chǔ)的溫標(biāo)就擺脫了對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的依賴,克服了分度的任意性,是一種客觀的溫標(biāo)。由熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定的溫度稱為熱力學(xué)溫度,并以符號(hào) “T” 表示。它定義標(biāo)準(zhǔn)條件下水的三相點(diǎn) (水蒸氣、水、冰共存點(diǎn))的溫度值為273.16開(kāi)爾文,開(kāi)爾文(簡(jiǎn)稱開(kāi))是溫度的單位,符號(hào)為K,IK相當(dāng)于水三相點(diǎn)溫度的1/273.16。
熱力學(xué)溫標(biāo)的出現(xiàn)對(duì)溫標(biāo)的統(tǒng)一具有十分重要的意義。但由于卡諾循環(huán)是理想循循環(huán)環(huán),卡諾熱機(jī)實(shí)際上并不存在,因此熱力學(xué)溫標(biāo)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。為此,人類一直在研究、尋求一種既準(zhǔn)確、又易行的統(tǒng)一的溫標(biāo)。目前*普遍采用的溫標(biāo)就是人類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究、不斷發(fā)展與修正而成的。溫標(biāo)要求具備以下條件: 數(shù)值上盡可能接近熱力學(xué)溫度,差值應(yīng)在當(dāng)前技術(shù)所能達(dá)到的準(zhǔn)確度極限之內(nèi);②復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度高,各國(guó)均能以很高的準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo),確保溫度量值的統(tǒng)一;③用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)使甩方便、性能穩(wěn)定。由此可見(jiàn),滿足上述條件的溫標(biāo)將是熱力學(xué)溫標(biāo)的再現(xiàn),同時(shí)又易于實(shí)現(xiàn),因此是性能理想的溫標(biāo)。早的溫標(biāo)是在1927年第七屆計(jì)量大會(huì)上決定采用的,以后隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,先后又對(duì)溫標(biāo)作了幾次重大修正。作修改的原因主要是溫標(biāo)的基本內(nèi)容發(fā)生了變化,具體說(shuō)是內(nèi)插儀器 (溫度計(jì))、固定點(diǎn)和內(nèi)插公式有改變。1990年前世界各國(guó)(包括我國(guó))均采用1968年實(shí)用溫標(biāo) (代號(hào)IPTS-1968),經(jīng)多年實(shí)踐,逐漸發(fā)現(xiàn)了它的一系列缺陷,根據(jù)第18屆計(jì)量大會(huì)及第77屆計(jì)量委員會(huì)的決議,建議在1990年起在*范圍開(kāi)始實(shí)行新的"1990溫標(biāo)(ITS-1990)。我國(guó)也決定從1991年7月1日起實(shí)行該溫標(biāo)。
1990溫標(biāo)的主要內(nèi)容為:
(1)溫度的表示與單位。1990溫標(biāo)同時(shí)定義開(kāi)爾文溫度(符號(hào)為T90)和攝氏溫度(符號(hào)為t90),它們的單位分別是開(kāi)爾文(K)和攝氏度(℃)。溫度單位用二者皆可。兩種溫度的數(shù)量關(guān)系為t90/℃=T90/K-273.15
(2)1990溫標(biāo)的通則。該溫標(biāo)的適用溫度為0.65K到根據(jù)普朗克輻射定律使用單色輻射方法實(shí)際能測(cè)得的高溫度。
把整個(gè)溫度范圍分成若干個(gè)溫區(qū)、分溫區(qū),在不同的溫區(qū)內(nèi)用不同的內(nèi)插儀表或關(guān)系式定義溫度T90(或t90),使用各自的定義(溫度)固定點(diǎn)及規(guī)定的內(nèi)插方法進(jìn)行分度。
(3)1990溫標(biāo)的定義。整個(gè)溫度范圍分成四個(gè)溫區(qū),它們有各自的定義方法。某些溫區(qū)有重疊,重疊區(qū)的T90有差異。
0.65K到5.0K之間,T90由3He和4He的蒸氣壓力與溫度的關(guān)系式來(lái)定義(3He和4He為He的同位素)。
由3.0K到氖的三相點(diǎn)(24.5561K)之間,T90是用氖氣體溫度計(jì)來(lái)定義的。它使用三個(gè)定義固定點(diǎn)并利用規(guī)定的內(nèi)插方法來(lái)分度。這三個(gè)定義固定點(diǎn)是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn),并具有給定值。
平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀凝固點(diǎn)(961.78℃)之間,T90是用鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義的,它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)并利用規(guī)定的內(nèi)插方法分度。
銀凝固點(diǎn)(961.78℃)以上,T90借助于一個(gè)定義固定點(diǎn)和普朗克輻射定律來(lái)定義。所用儀器為光學(xué)或光電高溫計(jì)。
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