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【2017年整理】B-第二章 温度测量.doc 61页
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第二章 温度测量
一，温度及温标
1，温度（Temperature）
（1）温度的基本概念
温度1：通俗说，是物体状态函数，是表示物体冷、热程度的物理量。
温度2：微观说，温度是对分子平均动能大小的一种度量，其高低标志着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，温度是物体大量分子热运动的共同表现。温度含有统计意义，对于单个分子，温度是无意义的。
温度3：温度反应了热平衡。温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的。物体或空间区域与邻近物体或空间区域是否存在热流（能量交换）及流动方向，描述这种行为的量称为温度。若无热量流动，则称该物体或空间在这个温度下达到了热力学平衡。
（2）温度的测量
设计与制作温度计的理论基础：
如果已知一个物体的某些性质或状态随温度变化的定量关系，就可以通过该物体的性质或状态的变化情况来获知温度。
当两个物体处于一个系统中而达到热平衡时，二者就具有相同的温度。因而可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度。
自然界中有很多物质，其性质或状态，如电阻、热电势、体积、长度、辐射功率等，都与温度有关，但并不是所有物质都可作为感温元件，测温物质的选择必须满足以下条件：
A，物质的某一属性G仅与温度T有关，即，其函数关系必须是单调的，且最好是线性的。
B，随温度变换的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量的准确度。
C，应有较宽的测量范围。
D，应有较好的复现性和稳定性。
完全满足上述条件的物质是难以找到的，一般只能在一定的范围内近似满足，因此由不同材料和结构形式制成的温度计各有优缺点。
2，温标（Temperature Scale）
温度的数值表示方法叫温标。温标是温度数值化的标尺，它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的测量单位。各种测温仪表的分度值就是由温标决定的。温标就是温度的标识。
（2）建立温标三要素
选择温度固定点；
选择测温物质，确定它随温度变换的属性及测温属性；
规定测温属性随温度变化的规律。
（3）常用温标
借助于某种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。它主要指摄氏温标和华氏温标。这两种温标都是根据液体受热后体积膨胀的性质建立起来的。
A，摄氏温标
原始的摄氏温标的建立是选择装在玻璃毛细管中的液体作为测温物质。随着温度的变化，毛细管中液体的长短反映了液体体积膨胀这一测温属性。
选择1.Pa下水的冰点温度作为下限（0OC）、水的沸点作为上限100OC，并且认为在两点之间液柱的长短与温度的关系是线性的，在0--100OC之间均分100等分，每一等分为1摄氏度，单位符号为OC。摄氏温标虽不是国际统一规定的温标，但我国目前还在继续使用。
摄氏温标特点：易复现，但不确定，不能外推，缺乏理论基础。
B，华氏温标（Fahrenheit）
华氏温标的建立与摄氏温标类似。华氏以实验室所能达到的最低温度（水+纯水+氯液或冰+盐）为0 OF，实际为-17.8OC，以它的体温口或腋下为100OF，实际为37.8OC，创建了首个温标。
后来规定在1.Pa下水的冰点为32 OF。水的沸点为212 OF，中间划分为180等分，每一等分为华氏度，单位符号为OF。
华氏温标已淘汰，不再使用。华氏和摄氏的关系为：
可见：-40=-40。
摄氏温标和华氏温标在测温学的发展中起过重要的作用，但存在明显缺点：
温度测量依赖于选用的测温物质，且应用范围受制作温度计的材料和工作物质的限制；
温标的定义具有较大的随机性。虽然它们都选用冰点温度和沸点温度作为固定点，但基本单位不同，所确定的温度数值也就不同，不能严格保证世界各国所采用的基本测温单位完全一致。
假设温度与工作物质的关系为线性，而实际情况并非如此，从而造成中间温度的测量差异。
热力学温标
热力学温标又称绝对温标或开尔文温标，单位为K。热力学温标是以热力学第二定律(热只能从热处传递到冷处)为基础的一种理论温标，也是理想气体温标。已被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。其特点是不与某一特定的温度计联系，且与测温物质无关，是由卡诺定理推导出来的，所以热力学温标是一种纯理论的理想温标，无法直接实现。
规定一个绝对零度-273.15，低于零度的温度不可能存在，绝对零度下原子停止运动，0k是不会向外界放出热量的状态。绝对零度是自然界的所能达到的最低温度。
在热力学中从理论上证明，热力学温标与理想气体温标完全一致。所以经常借助气体温度计经示值修正后来复现热力学温标，但设备复杂、价格昂贵，不适用于实际应用。
国际实用温标
为了使用方便，国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现、各国通用，又能体现热力学温度的温标，这就是国际实用温标，
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1)&&gas-temperature probe
烟气温度测枪
2)&&smoke temperature measurement
烟气温度测量
Compared with normal control,three characteristics of regenerative combustion control are emphatically introduced,i e smoke temperature measurement,automatic changeover control and smoke-air flow ratio control.
介绍蓄热式加热炉自动燃烧控制的关键技术及其应用,重点介绍蓄热式燃烧控制与常规控制相比的三个特点:烟气温度测量、自动换向控制、烟空比控制。
3)&&smoke temperature
Experiment of effects of supply and exhaust air on smoke temperature
送排风对中庭烟气温度影响的实验研究
Comparison of calculation models for smoke temperature in fire of
大空间建筑火灾中烟气温度计算模型的比较
Influence of supplying wind on smoke temperature
送风对中庭烟气温度的影响
4)&&gas temperature
Its main function is through tracking variable signals of the inlet gas temperature , choosing a control point of the VI curve and controlling the output of voltage operated devices in each electric field, the corona power output could be completely used for the purpose of the dust collection.
介绍一种用于混烧高炉煤气(BFG)的火电厂锅炉电除尘器的控制方法其主要功能是跟踪入口烟气温度的变化量信号,选取一个VI曲线的工作点,通过控制各电场电压控制器的输出,使电场输出的电晕功率趋向全部用于收尘功能上,能消除剧烈的火花放电、电弧放电和反电晕而造成电晕功率损耗或输出电晕功率不足的现象,达到在当前工况下最大的除尘效
Equivalent gray absorption coefficient is effected by many factors,among which gas temperature distribution is the most important one.
当量灰吸收系数是考虑了许多影响因素的综合参数,其中,烟气温度对当量灰吸收系数的影响最大。
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针对电站锅炉烟气温度测量中存在的显示数据动态误差问题 ,通过分析测量系统的动态模型及其频率响应特性 ,提出了烟温测量数值补偿方案和计算模型。
5)&&fume temperature
6)&&flue gas temperature
The analysis and solutions of desulfurization efficiency and stabilization control of flue gas temperature in flue gas desulfurization project
烟气脱硫工程中脱硫率、烟气温度稳定性控制的分析及解决方法
The correlation between the air flow rate variation at furnace inlet and combustion state in the furnace,as well as the flue gas temperature at furnace outlet has been analysed.
对入炉风量变化与炉内燃烧状况及炉膛出口烟气温度的相关性进行了数值分析,据此对缺氧与非缺氧燃烧状况下入炉风量变化对炉膛出口烟气温度的影响规律进行了研究,并通过实例对分析结果进行了例证。
A new flue gas temperature measuring technique, i.
介绍了一种新的炉膛烟气温度测量技术———声学测温法 ,并将它和几种传统的测量技术进行了比较 ,阐述了声学测温法确定炉内温度场在实现锅炉控制和运行最优化方面的技术优势。
补充资料：温度测量
&&&&　　使用测温仪表对物体的温度进行定量的测量。测量温度时，总是选择一种在一定温度范围内随温度变化的物理量作为温度的标志，根据所依据的物理定律，由该物理量的数值显示被测物体的温度。　　　　目前，温度测量的方法已达数十种之多。根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，测量方法可以归纳成下列几类。　　　　膨胀测温法 　采用几何量(体积、长度)作为温度的标志。最常见的是利用液体的体积变化来指示温度的玻璃液体温度计。还有双金属温度计和定压气体温度计等。　　　　玻璃液体温度计 　这种温度计由温泡、玻璃毛细管和刻度标尺等组成。从结构上可分三种：棒式温度计的标尺直接刻在厚壁毛细管上：内标式温度计的标尺封在玻璃套管中；外标式温度计的标尺则固定在玻璃毛细管之外。温泡和毛细管中装有某种液体。最常用的液体为汞、酒精和甲苯等。温度变化时毛细管内液面直接指示出温度。　　　　精密温度计几乎都采用汞作测温媒质。玻璃汞温度计的测量范围为－30～600°C；用汞铊合金代替汞,测温下限可延伸到－60°C；某些有机液体的测温下限可低达－150°C。这类温度计的主要缺点是:测温范围较小；玻璃有热滞现象（玻璃膨胀后不易恢复原状）；露出液柱要进行温度修正等。　　　　双金属温度计 　把两种线膨胀系数不同的金属组合在一起，一端固定，当温度变化时，因两种金属的伸长率不同,另一端产生位移,带动指针偏转以指示温度。工业用双金属温度计由测温杆(包括感温元件和保护管)和表盘（包括指针、刻度盘和玻璃护面）组成。测温范围为-80～600°C。它适用于工业上精度要求不高时的温度测量。　　　　定压气体温度计 　对一定质量的气体保持其压强不变，采用体积作为温度的标志。它只用于测量热力学温度（见热力学温标），很少用于实际的温度测量。　　　　压力测温法 　采用压强作为温度的标志。属于这一类的温度计有工业用压力表式温度计、定容式气体温度计和低温下的蒸气压温度计三种。　　　　压力表式温度计 　其密闭系统由温泡、连接毛细管和压力计弹簧组成，在密闭系统中充有某种媒质。当温泡受热时，其中所增加的压力由毛细管传到压力计弹簧。弹簧的弹性形变使指针偏转以指示温度。温泡中的工作媒质有三种：气体、蒸气和液体。①气体媒质温度计如用氮气作媒质，最高可测到500～550°C；用氢气作媒质，最低可测到-120°C。②蒸气媒质温度计常用某些低沸点的液体如氯乙烷、氯甲烷、乙醚作媒质。温泡的一部分容积中放这种液体，其余部分中充满它们的饱和蒸气。③液体媒质一般用水银。　　　　这类温度计适用于工业上测量精度要求不高的温度测量。　　　　定容气体温度计 　保持一定质量某种气体的体积不变，用其压强变化来指示温度。这种温度计通常由温泡、连接毛细管、隔离室和精密压力计等组成。它是测量热力学温度的主要手段。1968年国际实用温标的大多数定义固定点的指定值都是根据这种温度计的测定结果来确定的。它在温标的建立和研究中起着重要的作用，而很少用于一般测量。　　　　蒸气压温度计 　用于低温测量。它是根据化学纯物质的饱和蒸气压与温度有确定关系的原理来测定温度的一种温度计。它由温泡、连接毛细管和精密气压计等组成，工作媒质有氧、氮、氖、氢和氦。充氧的温度计使用范围为54.361～94K,氮为63～84K,氖为24.6～40K,氢为13.81～30K,氦为0.2～5.2K。蒸气压温度计的测温精度高，装置较为复杂，但比气体温度计简单，在测温学实验中常用作标准温度计。　　　　电学测温法 　采用某些随温度变化的电学量作为温度的标志。属于这一类的温度计主要有热电偶温度计、电阻温度计和半导体热敏电阻温度计。　　　　热电偶温度计 　是一种在工业上使用极广泛的测温仪器。热电偶由两种不同材料的金属丝组成。两种丝材的一端焊接在一起，形成工作端，置于被测温度处；另一端称为自由端，与测量仪表相连，形成一个封闭回路。当工作端与自由端的温度不同时，回路中就会出现热电动势（见温差电现象）。当自由端温度固定时(如 0°C)，热电偶产生的电动势就由工作端的温度决定。热电偶的种类有数十种之多。有的热电偶能测高达 3000°C的高温，有的热电偶能测量接近绝对零度的低温。　　　　电阻温度计 　根据导体电阻随温度的变化规律来测量温度。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件。主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计。低温下还使用铑铁、碳和锗电阻温度计。　　　　精密铂电阻温度计目前是测量准确度最高的温度计，最高准确度可达万分之一摄氏度。在-273.34～630.74°C范围内，它是复现国际实用温标的基准温度计。中国还广泛使用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型温度计。　　　　半导体热敏电阻温度计 　利用半导体器件的电阻随温度变化的规律来测定温度，其灵敏度很高。主要用于低精度测量。　　　　磁学测温法 　根据顺磁物质的磁化率与温度的关系（见顺磁性）来测量温度。磁温度计主要用于低温范围，在超低温（小于1K）测量中，是一种重要的测温手段。　　　　声学测温法 　采用声速作为温度标志，根据理想气体中声速的二次方与开尔文温度成正比的原理来测量温度。通常用声干涉仪来测量声速。这种仪表称为声学温度计。主要用于低温下热力学温度的测定。　　　　频率测温法 　采用频率作为温度标志，根据某些物体的固有频率随温度变化的原理来测量温度。这种温度计叫频率温度计。在各种物理量的测量中，频率(时间)的测量准确度最高（相对误差可小到1×10-14）,近些年来频率温度计受到人们的重视，发展很快。石英晶体温度计的分辨率可小到万分之一摄氏度或更小，还可以数字化，故得到广泛使用。此外，核磁四极共振温度计也是以频率作为温度标志的温度计。例如氯酸钾中Cl的?舱衿德仕嫖露缺浠???也煌?丛吹穆人峒囟季哂邢嗤?钠德?-温度关系。　　　　辐射测温法
物体在任何温度下都会发出热辐射(红外线或可见光),辐射测温法采用光谱辐射度（即光谱辐射亮度）或辐射出射度（即辐射通量密度）作为温度标志。它主要依据以下两定律。　　　　黑体辐射的普朗克定律：　　　　
，　　式中L(T,λ)为光谱辐射度，λ为辐射的波长，с1、с2分别为第一和第二辐射常数。　　　　黑体辐射的斯忒藩－玻耳兹曼定律（全辐射定律）：　　M＝σT4，　　式中M为黑体的辐射出射度,σ为斯忒藩-玻耳兹曼常数。　　　　常见的辐射温度计可分为以光谱辐射度为温度标志的光学高温计和光电高温计；以辐射出射度为温度标志的全辐射温度计以及比色高温计三种（见高温计）。　　　　黑体辐射定律仅适用于黑体。然而，绝大多数测温对象并非黑体，这就产生了把黑体辐射定律应用于实际测温的困难。基尔霍夫定律指出，在相同温度下，实际物体的热辐射总小于黑体辐射。它们之间有下述关系　　　　
，　　式中L(T，λ)为非黑体的光谱辐射度；ε(λ)为非黑体的光谱发射率（黑度系数）；L0(T，λ)为黑体的光谱辐射度。　　　　以A表示L(T，λ)。显然，具有热辐射A的决不限于某一物体。光谱发射率较高和温度较低以及光谱发射率较低和温度较高的许多物体都可能发出同样的热辐射 A，即出现下式　　　　
，　　可见，同一热辐射可以对应于各种物体的许多不同温度T1、T2、T3、......。为解决这一困难,定出唯一的一个温度，在测温学中引入了假定温度的概念。假定温度包括亮度温度、 辐射温度、色温度等。　　
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