温度测量仪表_百度百科
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温度测量仪表
温度测量仪表是测量物体冷热程度的。最早的温度测量仪表，是意大利人于1592年创造的。它是一个带细长颈的大玻璃泡，倒置在一个盛有葡萄酒的容器中，从其中抽出一部分空气，酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时，细颈内的酒面因玻璃泡内的空气而随之升降，因而酒面的高低就可以表示温度的高低，实际上这是一个没有刻度的指示器。
温度测量仪表发展过程
很早以前，人们在烧窑和冶锻时，通常是凭借火焰和被加热物体的颜色来判断温度的高低。据记载，1780年韦奇伍德根据瓷珠在高温下颜色的变化，来识别烧制陶瓷的温度，后来又有人根据陶土制的熔锥在高温下弯曲变形的程度，来识别温度。
1709年，德国的于首次创立，随后他又经过多年的分度研究，到1714年制成了以水的为32度、为212度、中间分为180度的，即至今仍沿用的。
1742年，瑞典的摄尔西乌斯制成另一种水银温度计，它以水的沸点为100度、冰点作为 0度。到1745年，瑞典的将这两个固定点颠倒过来，这种温度计就是至今仍沿用的摄氏温度计。
早在1735年，就有人尝试利用金属棒受热膨胀的原理，制造温度计，到18世纪末，出现了；1802年，查理斯定律确立之后，也随之得到改进和发展，其和测温范围都超过了水银温度计。
1821年，德国的塞贝克发现；同年，英国的戴维发现金属电阻随温度变化的规律，这以后就出现了和温度计。1876年，德国的西门子制造出第一支。
和是20世纪初，维思定律和定律出现以后，才真正得到实用。从60年代开始，由于和电子技术的发展，出现了利用各种新型光敏或热敏的辐射温度计(包括红外辐射温度计)，从而扩大了它的应用领域。[1]
温度测量仪表度量标准
各种温度计产生的同时就规定了各自的分度方法，也就出现了各种温标，如原始的、、温标和温标等 。为了统一温度的量值，以达到国际通用的目的，国际权度局最早规定以玻璃为基准仪表，统一用摄氏温标。后经数次改革，到1927年改用以为基础、以纯物质的为定义固定点的国际温标 ，以后又经多次修改完善。
国际现代通用的温标是1967年第13次国际权度大会通过的 ，1968年。它以13个纯物质的相变点，如氢，即氢的固、液、气三态共存点(-259．34℃)；水三相点(0.01℃)和金(1064.43℃)等，作为定义固定点来复现的。
中间插值在-259.34～630.74℃之间 ，用基准；在630.74～1064.43℃之间，用基准铂铑-铂热电偶；在1064.43℃以上用复现。
温度测量仪表分类
温度测量仪表的种类繁多，但可按作用原理，测量方法，测量范围作如下分类：
温度测量仪表按作用原理分类
温度的测量是借助于物体在温度变化时，它的某些性质随之变化的原理来实现的。但是，并不是任意选择某种物理性质的变化就可做成温度计。用于测温的物体的物理性质要求连续、单值的随温度变化，不与其它因素有关，而且复现性好，便于精确测量。
目前按作用原理制作的温度计主要有膨胀式温度计、压力式温度计、电阻温度计，热电偶高愠计和辐射高温计等几种。它们是分别利用物体的膨胀，压力、电阻、热电势和辐射性质随温度变化的原理制成的。
温度测量仪表按测量方法分类
温度测量时按感温元件是否直接接触被测温度场（或介质）而分成接触式温度测量仪表（膨胀式温度计，压力式温度计、电阻温度计和热电偶高温计属此类）和非接触式温度测量仪表（如辐射式高温计）两类。
接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。这种测温方法优点是直观可靠，缺点是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。
非接触测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他介质的影响，这种测温方法一般测温误差较大。
温度测量仪表按测量温度范围分类
通常将测量温度在600℃以下的温度测量仪表叫温度计，如膨胀式温度计，压力式温度计和电阻温度计等。测量温度在600℃以上的温度测量仪表通常叫高温计，如热电高温计和辐射高温计。
温度测量仪表常用温度测量仪表的结构组成
温度测量仪表水银温度计
水银温度计具有诸多优点：构造简单，使用方便，精确度较高，价格便宜，而且水银不沾玻璃，容易得到纯度很高的水银，保持液态的温度范围比较大（-38 ~ +356.66℃）。此外，在200℃以下水银的体膨胀和温度几乎成直线关系。水银温度计的测温范围一般是-30~ +600℃。因为水银在常压下的沸点为356.966℃，故不加压的水银温度计的测量上限只能到300℃，若充以加压的氮气，并采用热变形较小的石英玻璃管，测量上限可达600℃或更高。近来，国内已试制成功可测1200℃的高温水银温度计。其缺点是测量温度不够高、测量结果不能远传、不能记录。
水银温度计通常由装有液体的玻璃温包、毛细管、刻度标尺和玻璃外壳等部分组成，如下图所示。
图1 水银温度计
温度测量仪表热电偶温度计
用热电偶的热电性质制成的温度计称为热电偶纬度计。下图所示为最简单的热电偶温度计组成图。图中热电偶是感温元件，它是由两根不同材料的导体A和B焊连（或绞连）一端而成。导体未焊的两端通过连接导线接显示仪表而构成测温系统。测温时，将热电偶的焊接端与被测对象接触，利用热电偶的热电性质把被测对象的温度转换成相应的电信号，传送给显示仪表。
图2 热电偶温度计原理
热电偶温度计是目前工业上应用最广的测温仪表，在热处理生产上应用的测温仪表中，它也是为数最多的。用热电偶测温具有以下特点：
l 测温精确度较高。由于热电偶和被测对象之间容易实现良好的热接触，因而能较真实地反映被测对象的温度。
l 结构简单。将两个不同的导体连接一端后，予以绝缘和机械保护，就是一支可用的热电偶。可见热电偶结构简单，因而装配维修比较方便。
l 测温范围较宽。常用热电偶的测温范围是100 ~1600℃。一般金属材料的热处理温度都在此范围内，故能满足热处理的测温要求。用特殊材料制成的热电偶还可测量低至2K（-271℃）或高至2800℃的温度。
l 动态响应速度较快。热电偶可以制成体积很小的接点，因而热容量小，动态响应速度快。
l 信号可远传，便于集中检测和自动控制。
热电偶的品种和类型是很多的，其中以普通型热电偶应用最普遍。
在实际测温中，仅有两个热电极的热电偶是少见的。一支普通的热电偶通常是由热电极，绝缘管、保护套管和接线盒四部分组成。如下图所示。
图3 热电偶温度计
（1）热电极
热电极是热电偶的核心部分。普通型热电偶的热电极，通常都加工成丝状，焊其一端而成。丝状热电极的直径主要由材料的价格、机械强度以及热电偶的用途和测温范围等因素决定。热电偶热端常采用焊接方法连接。焊点的形式有点焊，对焊、绞状点焊等，为了减小传热误差，焊点的尺寸应尽量小，通常不超过热电极直径的两倍。
（2）绝缘管
绝缘管又称绝缘子，开有通孔套在热电极上，作隔离两根电极和隔离电极与金属保护套管之用，否则会因短路使热电势损耗而引起测量误差。绝缘管通常用耐高温的绝缘材料如陶瓷、石英、氧化铝、氧化镁等材料制成，截面有圆形或椭圆形，开有单孔，双孔、四孔等形式。
（3）保护管
套有绝缘管的热电极装在一端封闭的保护管内。保护管的作用是防止或减小各种有害气体、有害物质对热电极的直接浸蚀和高温火焰或气流的直接冲刷；防止导电介质与热电极的直接接触：此外，还有固定和支撑热电极的作用。因此，热电偶的保护管对延长热电极的使用寿命以及保证测量精度起重要的作用。
（4）接线盒
接线盒是热电偶冷端和连接导线（补偿导线）相连接的地方。它用铝合金铸造而成。在接线盒内，热电偶冷端预先均分别用螺钉紧固在接线柱上，接线时，连接导线由出线孔引入接线盒内，打开接线盒，用螺钉将导线紧固在两个注有正负标记的接线柱上，然后盖上接线盒。为防止有害气体进入热电偶保护管内部，普通式接线盒的出线孔和盖子均闲垫片和垫圈予以密封。接线盒按密封程度不同，有普通式，密封式（或防溅式），防水式、防爆式和隔爆式等类型。
热电偶温度计有不同的类型，在不同的场合可以选用不同的类型，以满足使用要求。
温度测量仪表辐射式高温计
辐射式高温计是利用物体的热辐射现象来测量物体温度的仪表。这种温度计和热电阻，热电偶及膨胀式温度计最显著的区别在于辐射式高温计在测温时，不和测量对象直接接触，属于非接触式测温仪表。辐射式高温计的主要特点为：
（1）测温时不会破坏被测介质的温度场，这一点对于测量小温度场的温度尤具特殊意义。
（2）从理论上讲，仪表的测温上限是不受限制的。而接触式测温仪表，因受感温元件或保护管材料的限制，不能测量高温。
（3）由于是热辐射传热，不存在感温元件和被测对象达到热平衡的问题，因而传热速度快，热惯性小。
（4）输出信号可以很大，故仪表的灵敏度高。
（5）因为不和被测物体接触，辐射式高温计适用于测量有强烈腐蚀性介质的温度和运动物体的温度。
（6）由于是非接触仪表，影响测量结果的因素比较复杂。因此，一般工业上用的辐射式高温计，测量误差比较接触式温度计要大。
辐射式高温计在热处理生产中常用来测量高温盐炉，离子氮化炉和感应加热工件的温度。目前，这类仪表有四种常见类型，即全辐射高温计，光学高温计，光电高温计和光电比色高温计。
辐射高温计是根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系设计制造的，用辐射感温器作为一次仪表，电子电位差计作为二次仪表，它属于透镜聚焦式感温器，具有铝合金外壳，前部是物镜，壳体内装有热电堆补偿光栏，在靠紧热电堆的视场光栏上有一块调档板，档板的作用是调节照射到热电堆上的辐射能量，使产品具有统一的分度值，在可拆卸的后盖板上装有目镜，借以观察被测物体的影像。
辐射感温器把被测物体的辐射能，经过透镜聚焦在热敏元件上，热敏元件把辐射能转变为电参数，由已知的热电势与物体温度之间的关系通过二次仪表测出热电势，显示出温度值，这个温度值须用物体的全辐射黑体系数予以校正或用铂铑10—铂热电偶直接插入高温盐浴炉中配以直流电位差计测量温度，然后与仪表显示温度对比，用以校准高温计测量温度的准确程度。
下图是一个辐射高温计实物图。
图4 辐射式高温计
温度测量仪表温度测量仪表的选用
正确选择和使用温度测量仪表是实现对温度参数进行正确、有效测控的首要前提。下面是一些研究人员根据自己以往在计量第一线的设计、安装、调试经验。
温度测量仪表仪表功能的选择
如果我们需要随时了解温度的变化趋势，就应该选择具有记录功能的仪表；如果温度变化对安全生产、产品质量有重大影响的话，我们一定要选择具有报警功能的仪表；对于一般只需要监视温度的情况下，我们用指示类测温仪观察温度值就行了；在需要对温度参数进行随时调节时，设计温度测控系统来对温度进行控制。
温度测量仪表仪表精度的选择
精度的选择，一般要考虑生产工艺过程对温度仪表的要求以及温度参数对生产的重要程度；在需要对温度参数进行控制的情况下，我们还要考虑仪表的精度与整个测控系统的匹配问题。
温度测量仪表仪表量程的选择
量程选择既要考虑到正常的生产情况，又要考虑在故障情况下温度的变化范围。
温度测量仪表其它注意事项
进行现场中低温测量时，宜选择双金属温度计，同时要注意其刻度盘直径和径向；有振动的地方，不宜选用工业玻璃棒式温度计；测温点较高或现场环境不好时，宜选择压力式温度计，但与温包相连的毛细管的长度不能超过20m；热电阻、热电偶的选择要考虑它们的测量范围、响应速度、分度号、使用安全等方面；对于需要对温度参数进行控制时，需要设计一个测控系统，同时要考虑敏感元件、变送器、执行器、显示仪表等之间的匹配、安全等问题。[2]
陈特夫编．测温仪表与感应加热装置：机械工业出版社，1985
吴文生． 工业测温仪表的选择和使用： 工业计量，2003
中国汽车工程学会（SAE-Chin...
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电子测试仪如何测试温度
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什么是热电阻
电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度变化而变化的，即温场温度升高时，一般温度区间：-200℃～650℃。
一般Pt100使用较多， 型号：C Cu50分度号|铜热电阻 -50～150℃C Cu100分度号|铜热电阻 -50～150℃P Pt10、Pt100分度号|铂热电阻 云母元件，热电阻的阻值增加，温场温度降低时，热电阻的阻值减小。
热电阻一般采用线性良好的铂丝制作而成，又叫铂热电阻或铜热电阻。
适用于中低温区的温度测量
采纳率：39%
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。详情请参考：
电流经过发热的电阻
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