第2章温度测量温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。通常把长度、时间、质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵量”，叠加原理不再适用，例如把两瓶90℃的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为180℃。从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志，温度高的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体其内部分子的平均动能亦小。热力学的第零定律指出：具有相同温度的两个物体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个物体处手热平衡状态，则这两个物体也处手热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待测物体的温度和这些基准温度进行比较，得到待测物体的温度。$2.1概述2.1.1温标现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某些物性（诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等）随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间。1.经验温标根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。(1)华氏温标1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1F”。按照华氏温标，则水的冰点为32F，沸点为212F。(2)摄氏温标1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分每一份称为1摄氏度。记作1℃。摄氏温度和华氏温度的关系T F =t℃ +32 (2-1)式中T一一华氏温度值；t一摄氏温度值。除华氏和摄氏外，还有一些类似经验温标如列氏、兰氏等，这里不再一一列举。经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、下限（如摄氏为0℃、100℃）。超过了这个温区，摄氏将不能进行温度标定。另外，经验温标主观地认为其规定的温标具有很大的局限性，很快就不能适应工业和科技等领域的测温需要。2.热力学温标
第 2 章 温度测量 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量 和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。通常把长度、时间、 质量等基准物理量称作“外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的两个物体连接起来， 其总长度为原来的单个物体长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵量”，叠加原理不 再适用，例如把两瓶 90℃的水倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为 180℃。 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志，温度高 的物体，其内部分子平均动能大；温度低的物体其内部分子的平均动能亦小。热力学的第零 定律指出：具有相同温度的两个物体，它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别与第三个 物体处于热平衡状态，则这两个物体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处于同一温度。 据此，如果我们能用可复现的手段建立一系列基准温度值，就可把其它待测物体的温度和这 些基准温度进行比较，得到待测物体的温度。 §2.1 概述 2．1．1 温标 现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系，但由于目前尚难以直接测量 物体内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模 量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量 值的准 确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 随着温度测量技术的发展，温标也经历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐进过程。 从早期建立的一些经验温标，发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具 有较高精度的国际实用温标，其间经历了几百年时间。 1.经验温标 根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温 标。 (1)华氏温标 1714 年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯 化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的 100 度，把水银温度计从 0 度到 l00 度按水银的体积膨胀距离分成 100 份，每一份为 1 华氏度，记作“1℉”。按照华 氏温标，则水的冰点为 32℉，沸点为 212℉。 (2)摄氏温标 1740 年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为 0 度，水的沸点规 定为 100 度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作 100 等分， 每一份称为 1 摄氏度。记作 1℃。 摄氏温度和华氏温度的关系 T ℉ = t℃ + 32 (2-1) 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值。 除华氏和摄氏外，还有一些类似经验温标如列氏、兰氏等，这里不再一一列举。 经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、下限(如摄氏为 0℃、 l00℃)。超过了这个温区，摄氏将不能进行温度标定。另外，经验温标主观地认为其规定的 温标具有很大的局限性，很快就不能适应工业和科技等领域的测温需要。 2.热力学温标
1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnotcycle)为基础建立的热力学温标，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度一一绝对零度（是在实验中无法达到的理论温度，而低于0K的温度不可能存在）与水的三相点温度分为273.16份，每份为1K（Kelvin）。热力学温度的单位为“K”。3.绝对气体温标从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律：PV=RT (2-2)式中P一一一定质量的气体的压强：V一一该气体的体积：R——普适常数；T——热力学温度。当气体的体积为恒定（定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有：T2/Ti=P2/P1这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点（水的三相点）来作参考点，则两种温标在数值上将完全相同。理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。由手在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正（诸如真实气体与理想气体之偏差修正，容器的膨胀系数修正，又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难：因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国际实用温标。4.国际实用温标和国际温标经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使各国均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上温度量值的统一。第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。为和IPTS一68温标相区别，用表示ITS一90温标。ITS一90基本内容为：（1）重申国际实用温标单位仍为K，1K等于水的三相点时温度值的1/273.16：（2）把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把绝对零度修订为-273.15℃：这样国际摄氏温度（℃）和国际实用温度（K）在实际应用中，为书写方便，通常直接用分别代表和；（3）规定把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器如下：?0.65一5.0K，用3He和4He蒸汽温度计②3.0一24.5561K，用3He和4He定容气体温度计③13.803K一961.78℃，用铂电阻温度计：961.78℃以上，用光学或光电高温计；我国从1991年7月1日起开始对各级标准温度计进行改值，整个工业测温仪表的改值在1993年年底前全部完成，并从1994年元旦开始全面推行ITS一90新温标。2.1.2标定对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点（恒温）作标准值，把被标定温度计（或传感器）依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值（或传感器的输出），并根据国际温标规定的内
1848 年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立的热力学温标，是 一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为 了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度（是在实验 中无法达到的理论温度，而低于 0 K 的温度不可能存在）与水的三相点温度分为 273．16 份，每份为 1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。 3. 绝对气体温标 从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律： PV=RT (2-2) 式中 P——一定质量的气体的压强； V——该气体的体积； R——普适常数； T——热力学温度。 当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有： T2 /T1 =P2 /P1 这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若 选用同一固定点(水的三相点)来作参考点，则两种温标在数值上将完全相同。 理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。 由于在用气体温度计测量温度时，要对其读数进行许多修正(诸如真实气体与理想气体之偏 差修正，容器的膨胀系数修正,又需依据许多高精度、高难度的精确测量；因此直接用气体 温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难；因而在 各国科技工作者的不懈努力和推动下，导致产生和建立了协议性的国际实用温标。 4.国际实用温标和国际温标 经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽可能地接近热力学温标，复现精 度要高，且使用于复现温标的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使各国 均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上温度量值的统一。 第一个国际温标是 1927 年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在 1948、 1960、1968 年经多次修订，形成了近 20 多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS 一 68)。 1989 年 7 月第 77 届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称 ITS 一 90。为和 IPTS 一 68 温标相区别，用表示 ITS 一 90 温标。ITS 一 90 基本内容为： （1） 重申国际实用温标单位仍为 K，1 K 等于水的三相点时温度值的 1/273.16； （2） 把水的三相点时温度值定义为 0.01℃（摄氏度）， 同时相应把绝对零度修订为 -273.15℃；这样国际摄氏温度（℃）和国际实用温度（K）在实际应用中，为书写方便，通 常直接用分别代表和； （3） 规定把整个温标分成 4 个温区，其相应的标准仪器如下； ①0.65—5.0K，用 3He 和 4He 蒸汽温度计； ②3.0—24.5561K，用 3He 和 4He 定容气体温度计； ③13.803K—961.78℃，用铂电阻温度计； ④961.78℃以上，用光学或光电高温计； 我国从 1991 年 7 月 1 日起开始对各级标准温度计进行改值，整个工业测温仪表的改值 在 1993 年年底前全部完成，并从 1994 年元旦开始全面推行 ITS 一 90 新温标。 2.1.2 标定 对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。标准值法就是用适当的方法建立起 一系列国际温标定义的固定温度点(恒温)作标准值，把被标定温度计(或传感器)依次置于这 些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值(或传感器的输出)，并根据国际温标规定的内
插公式对温度计（传感器）的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定：被定后的温度计可作为标准温度计来测温度。更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计（传感器）与已被标定好的更高-级精度的温度计（传感器），紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选择的若于温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，就成了对被标定温度计的标定。世界各国根据国际温标规定建立自已国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省（直辖市、自治区）市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比（修正）、标定，据此进行温度标准的传递，从而保证温度标准的准确与统一。2.1.3测温方法分类及其特点根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。接触式温度测量的特点是感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡，此时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计就可据此测出被测对象的温度。因此，接触式测温一方面有测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低等优点，另一方面也存在由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差：被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀式、热阻式、热电式等多种形式。非接触式温度测量特点是感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。因此，非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。两类测温方法的主要特点如表所示。方式接触式非接触式测量感温元件要与被测对象良好接触：感温元件需准确知道被测对象表面发射率：被测对条件象的辐射能充分照射到检测元件上的加入几乎不改变对象的温度：被测温度不超过感温元件能承受的上限温度；被测对象不对感温元件产生腐蚀测量特别适合1200C以下、热容大、无腐蚀性原理上测量范围可以从超低温到极高温，范围对象的连续在线测温，对高于1300℃以上但1000℃以下，测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度的温度测量较困难精度工业用表通常带为1.0、0.5、0.2及0.1级，通带为1.0、1.5、2.5级实验室用表可达0.01级响应慢，通常为几十秒到几分钟快，通常为2～3秒钟速度其它整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻特点护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被烦、价格品贵：仪表读数通常只反映被测测物体实际温度：可方便地组成多路集中物体表现温度（需进一步转换）：不易组成测量与控制系统测温、控温一体化的温度控制装置32.2热膨胀式温度计根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀（包括液体和固体膨胀）式，热阻（包括金属热电阻和半导体热电阻）式、热电（包括热电偶和PN结）式等多种形式
插公式对温度计(传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定；被定后的温度计 可作为标准温度计来测温度。 更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计(传感器)与已被标定好的更高一 级精度的温度计(传感器)，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所 选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重 复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，就成了对被 标定温度计的标定。 世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准，并定期和国际标准相对比，以保证其 精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省(直辖市、自治区)市县计 量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比(修正)、标定，据此进行温度标准的传递， 从而保证温度标准的准确与统一。 2.1.3 测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。 接触式温度测量的特点是感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最 后达到热平衡，此时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计就可据此测出被测 对象的温度。因此，接触式测温一方面有测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对 较低等优点，另一方面也存在由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平 衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温 元件性能和寿命等缺点。根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀式、热阻式、热电 式等多种形式。 非接触式温度测量特点是感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热 辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。因此，非接触式测温具有不改变被测物体的 温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度 等优点。两类测温方法的主要特点如表所示。 方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2～3秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2～3秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度 慢，通常为几十秒到几分钟 快，通常为2～3秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置 §2.2 热膨胀式温度计 根据测温转换的原理，接触式测温又可分为膨胀 (包括液体和固体膨胀) 式，热阻 (包 括金属热电阻和半导体热电阻) 式、热电(包括热电偶和 PN 结)式等多种形式
膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。一般膨胀式温度测量大都在-5℃0～550℃范围内，用于那些温度测量或控制精度要求较低，不需自动记录的场合。膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。2.2.1.玻璃温度计玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9℃、测温上限为538℃。对于较低温度测量，可以用其它有机液体（如酒精下限为-62℃，甲苯下限为-90℃，而戊烷则可达-201℃)。玻璃温度计具有结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易破损，测温值难自动远传记录等特点。玻璃温度计按使用方式又可分全浸式和局浸式两大类。全浸式即是把玻璃温度计液柱全部浸没在被测介质中。此种方式特点是测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸式为温度计液柱部分（固定长度）浸入被测介质中，部分暴露在空气中。此种方式特点是读数容易，但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。2.2.2压力温度计压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。压力温度计的典型结构示意图如图所示。个一外壳L身C细管温包弹黄管它由充有感温介质的感温包、传递压力元件（毛细管）及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构、指针和读数盘组成。测温时将其温包置入被测介质中，温包内的感温介质（为气体或液体或蒸发液体)因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减，压力的变化经毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。这类压力温度计其毛细管细而长（规格为1一60m）它的作用主要是传递压力，长度愈长，则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐腐蚀性较差等特点。压力温度计测温范围下限能达-100℃以下，上限最高可达600℃，常用于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测量。2.2.3双金属温度计固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即（2-4）式中L=L[1+k(4-10)] (2-4)
膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。一 般膨胀式温度测量大都在-5℃0～550℃范围内，用于那些温度测量或控制精度要求较低，不 需自动记录的场合。 膨胀式温度计种类很多，按膨胀基体可分成液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式 压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。 2.2.1.玻璃温度计 玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。水银是玻璃温度计最常用的液体， 其凝固点为-38.9℃、测温上限为 538℃。对于较低温度测量，可以用其它有机液体(如酒精 下限为-62℃，甲苯下限为-90℃，而戊烷则可达-20l℃)。玻璃温度计具有结构简单，制作容 易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源，易破损，测 温值难自动远传记录等特点。 玻璃温度计按使用方式又可分全浸式和局浸式两大类。全浸式即是把玻璃温度计液柱全 部浸没在被测介质中。此种方式特点是测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。局浸 式为温度计液柱部分(固定长度)浸入被测介质中，部分暴露在空气中。此种方式特点是读数 容易，但测量误差较大，即使采取修正措施其误差比全浸式仍要大好几倍或更多。 2.2.2 压力温度计 压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确 定函数关系的原理实现其测温功能的。压力温度计的典型结构示意图如图所示。 它由充有感温介质的感温包、传递压力元件(毛细管)及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机 构、指针和读数盘组成。测温时将其温包置入被测介质中，温包内的感温介质(为气体或液 体或蒸发液体)因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减，压力的变化经 毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。 这类压力温度计其毛细管细而长(规格为 1—60m)它的作用主要是传递压力，长度愈长， 则使温度计响应愈慢，在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。 压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐 腐蚀性较差等特点。压力温度计测温范围下限能达-100℃以下，上限最高可达 600℃，常用 于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测量。 2.2.3 双金属温度计 固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即 （2-4） 式中 （2-4）
IF一固体在温度美1时的长度：t.Lo0——固体在温度“0时的长度；tok-O一固体在温度1之间的平均线膨胀系数。基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。如图所示。td+Bx-在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属A（例如因瓦合金）却几乎不变。致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差越大，引起的弯曲角度也越大。其关系可用下式表示：x= G(I / d)·N (2-5)式中X-一双金属片自由端的位移，mm；1—双金属片的长度，mm；d—双金属片的厚度，mm；△t—双金属片的温度变化，℃;G弯曲率(将长度为100mm，厚度为1mm的线状双金属片的一端固定，当温度变化1℃(1K)时，另一端的位移称为弯曲率)，取决于头金属片的材质，通常为(5～14)X10-6/K。目前实际采用的双金属材料及测温范围：100℃以下，通常采用黄铜与34%镍钢：150℃以下，通常采用黄铜与因瓦合金：250℃以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与34%~42%镍钢。双金属温度计不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作简单温度控制装置（尤其是开关的“通一断"控制)。双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为-80℃一600℃，精度等级通常为1.5级左右。由于其测温范围和前两种温度计大致相同，且可作恒温控制，可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问题。所以在测温和控温精度不高的场合，双金属温度计应用范围不断扩大。双金属片常制成
——固体在温度 时的长度； ——固体在温度 时的长度； ——固体在温度 ， 之间的平均线膨胀系数。 基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一 起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。当温度变化时，因双金属片的两种不同 材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。如图 所示。 在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属 B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的 金属 A（例如因瓦合金）却几乎不变。致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差越 大，引起的弯曲角度也越大。其关系可用下式表示： (2-5) 式中 x——双金属片自由端的位移，mm； l——双金属片的长度，mm； d——双金属片的厚度，mm； ——双金属片的温度变化，℃； G——弯曲率(将长度为 100mm，厚度为 1mm 的线状双金属片的一端固定，当温度变化 1℃ (1K)时，另一端的位移称为弯曲率)，取决于头金属片的材质，通常为(5～14)×10-6／K 。 目前实际采用的双金属材料及测温范围：100℃以下，通常采用黄铜与 34％镍钢；150℃以 下，通常采用黄铜与因瓦合金；250℃以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与 34％~42％ 镍钢。双金属温度计不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作简单温度控制装置(尤其是 开关的“通—断”控制)。 双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致 为-80℃—600℃，精度等级通常为 1.5 级左右。由于其测温范围和前两种温度计大致相同， 且可作恒温控制，可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问 题。所以在测温和控温精度不高的场合，双金属温度计应用范围不断扩大。双金属片常制成