仪器分类常规仪器——温度计

夏天不但生机勃勃而且大家感觉身处火炉一般，热得要命。冬天不但白雪飘飘而且大家感觉犹如处在冰窖，冻得哆嗦。感冒的时候用手触摸额头会发现烫手。这三个情景都涉及到一个

冬天，不仅下着雪，每个人都感觉自己在冰窖里，冻得瑟瑟发抖。

感冒时，用手摸额头会发现很烫。

所有三个场景都涉及一个物理变量，即—— 温度。那么温度是多少呢？我们用什么设备来检测温度？检测温度的设备有哪些？今天就让我来告诉你吧。

温度的定义：

描述系统不同自由度之间能量分布的基本物理量，是决定一个系统是否与其他系统处于热平衡、反映物质冷热程度的宏观性质。

当两个冷热程度不同的物体接触时，就会发生热传导和热交换。热交换完成后，两个物体处于热平衡状态，温度相同。

因此，温度的概念是在热平衡的基础上建立的

温度的表示方法：

摄氏度温标：是在标准大气压下将纯水的冰熔点定为0度，将纯水的沸点定为100度的温标。 0度到100度之间分为100等份，每份分为1摄氏度，符号为。

华氏温标：是规定在标准大气压下，纯水的冰熔点为32度，纯水的沸点为212度的温标。中间分为180等份，每份分为1华氏度，符号为。

转换为摄氏度温标：C=(F-32)*5/9 F=(C*9/5)+32

热力学温标：又称开尔文温标，规定分子运动停止时的温度绝对为零，符号K。

转换为摄氏度温标：K=C+273.16

温度检测方法：

接触式测温

温度敏感元件与被测物体接触。热交换后，两者温度相同。

(1)膨胀温度计(2)热电效应测量

(3)电阻温度计(4)其他原理的温度计

非接触式测温

温度敏感元件不与被测物体接触，而是通过辐射能进行热量交换，根据辐射能的大小计算出被测物体的温度。

(1)辐射温度计(2)光电温度计

(3) 比色温度计(4) 红外温度计

1. 接触式测温

1、膨胀式温度计（双金属温度计）是由两片膨胀系数不同的金属片叠装焊接而成的测温元件。可用于气体、液体和蒸汽的温度测量。

双金属温度计

测量原理：双金属片一端为固定端，另一端为自由端。

当t=t时。此时，两金属片A、B保持平行，使整个金属处于水平位置；

当tt。当两个金属片受热时，由于两个金属片的膨胀系数不同，使得两个金属片的自由端发生弯曲变形。弯曲程度与温度成正比。金属A变形较大，金属B变形较小，使得整个金属呈弧形。

双金属片的自由端旋转，使细轴上的指针改变角度，在表盘上指示相应的温度。

根据双金属温度计的原理，双金属温度计感温元件的形状可分为平面螺旋型和直线螺旋型两大类。

双金属形状

示意图

仪器分类常规仪器——温度计

双金属温度计特点：

响应快、体积小、线性好、相对稳定；

现场显示温度直观、方便、安全可靠、无需电源；

有轴向、径向、万向等多种结构形式，可满足不同的安装要求；

抽芯温度计可以在不关闭温度探头的情况下在短时间内进行维护或更换。

安装方便、价格便宜、使用寿命长。

热电效应测量通常也称为热电偶测量。测量原理是：热电偶温度计是两种不同导体或半导体的组合。两种不同成分的材料导体形成一个闭环。当两端存在温度梯度时，会有电流通过时，两端之间存在电动势——热电动势。这种现象称为热电效应。注：热电偶温度计测量范围宽，可测量-270至1800的介质温度。

热电偶温度计原理

双金属温度计

根据热电动势与温度的函数关系，制作热电偶分度表。分度表是自由端温度为0时得到的。不同的热电偶有不同的分度表。不同材质的热电偶分度表也不同。下图为K型热电偶分度表。

热电偶的相关知识稍后会专门文章讲解。

K型热电偶分度台

电阻温度计利用物质温度变化时，其电阻也发生变化的特性来测量温度。 T变化R变化

注：电阻温度计一般适用于测量-200~600范围内的物质温度。

热电阻温度计大多具有正温度系数的热电阻，温度T，电阻值R也跟着（常用的金属材料一般是铂电阻和铜电阻）。

3.1 铂（Pt）电阻器

电阻率较大，R-T关系呈非线性，但测量范围宽，精度高。铂电阻的分度号有：Pt10、Pt100、Pt1000，其中以Pt100最为常用。计算公式：Rt=R*(1+*t)

注：Rt——热敏电阻在温度t环境下的阻值； R——热敏电阻在0度环境下的阻值

——热敏电阻的电阻温度系数（Pt100的约为0.00385）； t-温差t-0。

3.2 铜（Cu）电阻器

电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻系数也较大；材质易于提纯，价格相对便宜；测量范围-50~150，稳定性好； 150以上测量时易发生氧化；工业上常用的铜电阻分度号有Cu50和Cu100

电阻与温度的关系

3.3 半导体热敏电阻大多数具有负温度系数。温度每升高1C，电阻值下降约2%-6%。

热敏电阻是一种传感器电阻器，其电阻随着温度的变化而变化。根据温度系数不同，分为正温度系数热敏电阻（PTC热敏电阻，PositiveTemperatureCoefficient热敏电阻）和负温度系数热敏电阻（NTC热敏电阻，NegativeTemperatureCoefficientThermistor）。正温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而减小。它们都是半导体器件。

非接触式辐射测温仪的原理与红外测温仪类似。每个人在看到它的真实形式时都知道这个温度计。这就是我们平时使用的体温枪和电子体温计。温度计

测量原理：任何温度超过绝对零的物体都会以电磁波的形式向周围辐射能量。这种电磁波是由物体内部分子和原子内的带电粒子振动产生的。传播与物体本身温度相关的热能的辐射部分称为热辐射。能够检测被测物体的热辐射能量，进而确定被测物体温度的仪器通常称为辐射温度计。

热辐射的最大热效应发生在红外波段。红外线是一种人眼不可见的光，位于可见光中红光之外，故称为红外线。其波长范围大致在0.75~1000m的光谱范围内。

2、光电温度计

光电高温计通俗的理解是它利用光敏传感器加上电子电路来自动进行亮度比较。它是在光学高温计的基础上发展起来的一种能自动连续工作的温度测量仪器。

光电高温计是基于光谱辐射亮度的原理。它采用光电器件作为仪器的传感部件，代替人眼感受辐射源的亮度变化，并将其转换成与亮度成正比的电信号。该信号对应于被测量的物体。温度。随着材料性能的提高以及光电探测元件、光谱滤光片、单色仪等材料的技术进步，现在光电高温计已经可以做得非常精确。

3.比色温度计

通过测量被测物体在两个不同指定波长下的光谱辐射亮度之比来测量温度的仪器。也称为色温计。由于实际物体的光谱发射率受环境影响较大，同一物体的E1和E2之比变化很小，从而减少了黑度变化、灰尘吸收和散射的影响。另外，比色温度计测量的温度比全辐射温度计和亮度温度计更接近真实温度，且测温精度高、响应速度快，可用于测量小目标的温度。目前，比色温度计已广泛应用于冶金、水泥、玻璃等工业部门，测量回转窑中铁水、钢水、矿渣、水泥的温度。

比色温度计