测温仪表三大类

本文从测温的物理依据来描述测温仪表的工作原理和特点,并将目前常用种类繁多的测温仪表归为三大类。

在这里,大家暂不对温度这个与冷热相关的参数下一确切的定义,因为从不同角度出发可得出不同的定义,历史上也确实有不少人对温度参数定义过。在人类各种活动中,却实实在在遇到与冷热有关的现象,如热胀冷缩或冷胀热缩现象,当水在4℃以上是热胀冷缩,而在4℃以下是冷胀热缩。人们掌握了物质与冷热相关的规律后,总结了各种与温度T相关的公式。当然,有的冷热现象目前尚未被总结成公式的形式,如人的情绪与冷热季节的关系。顾名思义,?温度传感器是测量温度的一种的仪器或工具。人们根据现已被总结出的与温度T有关的公式,通过技术手段,研究的适用于某一公式的工具。由于测温公式是从不同的物理现象中总结出来的,因而,测温仪表的工作原理也是各种各样的,涉及不同的物理分支。这种情况决定了测温原理的多样性,也决定了它的应用上的局限性,也进而导致测温技术应用的重要性。

以下,按不同的工作原理讨论测温仪表。

热膨胀类温度计

被选定的用做测温的介质,当它所处的温度变化时,它的几何尺寸,主要是体积或面积将发生变化。利用这种原

理制成的温度计,大家统称为膨胀式温度计。按所用介质的汽、液、固不同状态,又细分成气体式、液体式和固体式三大类。

(1)气体膨胀式温度计。

由于气体的体积与压力P有关,所以在制作这类温度计时,还必须考虑压力的因素。这类温度计的代表是作为基准温度计的气体温度计和工业用的压力式温度计。所用的公式为

P路V=R路T(1)

式中P为气体的压力;V为气体的体积;R与气体的种类(分子量)和质量以及气体普适恒量有关,当所选的气体被认为是理想气体,R是常量。这种温度计有定容式和定压式两种。定容式是恒定装气体的容积,通过测量压P来确定温度T。定压式是通过恒定气体的压力,通过测定气体的容积变化来确定温度T的变化。精密型气体温度计是国际温标中规定的实现热力学第二定律的基准仪器。

工业用的压力式温度计通常是做成定容式,通过测量气体的压力来测定温度的。较多地用于锅炉的温度测量。

(2)液体膨胀式温度计

这种温度计根据选用的介质不同而有种类繁多的品种,结构形式也很多。所用公式为

Vt=V0(1α路Δt)(2)

式中Vt为温度为T时的体积;Vo为原始体积i;Δt为变化的温度;α为膨胀系数;T=toΔt;to为体积为Vo时的温度。这种温度计中很常见的是玻璃水银温度计。另外还有酒精等有机液体温度计。在工业用温度计中,液体温度计的精度是较高的。

(3)固体膨胀式温度计

当两种热膨胀系数不同的材料,尤其是热膨胀系数相差较大的金属,被固定在一起时,在温度变化的情况下,就会产生弯曲。通过机械机构将弯曲转变成转角,则转角的大小就表示温度变化的大小。这就是双金属温度计。这种温度计的特点是抗振性能好。通过不同的金属材料的选配,可使温度计具有不同的测温范围。这种温度计的精度不很高,但稳定可靠。应用较多。

热电类温度计

许多纯金属、合金和半导体的某些电性能,会随着所处温度的变化而发生变化。人们利用这些变化来测量温度。属于这一类的温度仪表有热电偶、热电阻、热敏电阻温度计和半导体温度计。

(1)热电偶

两种不同的金属或合金的一端连接在一起(称热端)时,即构成热电偶。敞开的两个端点(称冷端)之间就可能产生电动热E。将热端作为测温端,而通常将冷端置于0℃或用补偿导线和电测仪器将冷端补偿到0℃。E和被测温度t之间的关系与热电偶类别和被测温区间有关。以常用的铂铑类热电偶为例,E和t的关系,当冷端为0℃时,如(3)式:式中,i=1,2,3…;ai、bi、ci、di及i的具体

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