溫度計量儀表
一、 溫度概述
二、 溫標
三、 熱電偶
四、 熱電阻
五、 膨脹式溫度計
六、 溫度變送器
七、 指標式溫度顯示儀表
八、 電子自動平衡記錄儀
九、 數字溫度顯示儀表
一、 溫度概述
溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。測量溫度不能用簡單直觀方法，只能借助於某種物質隨溫度變化的特性。例如：
用體積受熱膨脹，用金屬受熱延長，或是用導體、半導體受熱電阻變化等來測量溫度。因而就有了各種各樣的溫度計。但這些溫度計只能在某一溫區範圍內測量溫度。
如工業用水銀溫度計的量限為(-50~600)℃，工業熱電阻溫度計由(-200~850)℃。
熱力學溫度
按熱力學原理所確定的溫度。
由熱力學第二定律和卡諾定理推論，可以定義乙個與測溫物質性質無關的溫度標尺。
熱力學溫標
熱力學溫度（符號為t）是基本的物理量，其單位為開爾文（符號偉為k），定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16。
開爾文 開爾文是熱力學溫度單位，定義為水三相點熱力學溫度的 1/273.16。符號為k
攝氏溫度
攝氏溫度t與熱力學溫度t之間的數值關係為：
攝氏度 攝氏度是攝氏溫度的單位，符號為℃。它的大小等於開爾文。
熱力學溫度、攝氏溫度及華氏溫度的關係式
攝氏溫度與熱力學溫度的關係式為：
在乙個標準大氣壓，冰的融點與水沸點是兩個點，攝氏溫度在冰的融點為0℃，華氏溫度為32。在水沸點攝氏溫度為100℃，華氏溫度為212。
所以華氏溫度與攝氏溫度的關係式為：
溫度的概念及單位
溫度是表示物體冷熱程度的乙個物理量。為了表示溫度的數值，需要建立溫標，也就是衡量溫度的標尺。早年出現的經驗溫標，如：
華氏溫標、攝氏溫標、列氏溫標等，因不符合統一溫度標準，已陸續不被人們所採用。
當前，採用的1990國際溫標（its-90）。該溫標中規定了熱力學溫度是基本溫度，符號是t；其單位是開爾文，符號為k。開爾文等於水三相點熱力學溫度的1/273。
16。同時還可以使用攝氏溫度，以符號t表示（t90）。
攝氏溫度的單位為攝氏度，用℃表示。攝氏溫度的分度值與開氏溫度的分度值相同，即1℃=1k（與原始攝氏溫標定義下的攝氏度不同）。
國際實用溫標刻度的劃分以水三相點的熱力學溫度（t=273.16k=0.01℃）為定義固定點（起始點），也就是把從絕對零度到水三相點之間的溫度等分為273.
16份，每乙份叫做1k（以絕對零度為起點）。
攝氏溫度t與熱力學溫度t之間的數值關係為：
式中：t――攝氏溫度；
攝氏溫度的單位；
k――熱力學溫度單位；
t――熱力學溫度。
例：試計算50℃等於多少開爾文？
所以t=323.15k
例：試計算983.15k等於多少攝氏度？
二、 溫標
為了保證溫度量值的統一和準確而建立乙個用來衡量溫度的標準尺度，簡稱溫標。而把溫度計、固定點和內插方程叫做溫度標的三要素。如圖是表示固定點和內插方程之間的函式關係曲線。
現在我們使用的溫標是2023年國際溫標（its-90）。它是以定義固定點溫度指定值以及在這些固定點上分度過的標準儀器來實現熱力學溫標的，各固定點間的溫度是依據內插公式使標準儀器的示值與國際溫標的溫度值相聯絡。
注：固定點是物質不同相之間可復現的平衡溫度；定義固定點是指國際實用溫標中所規定的可復現的平衡溫度。
下表為its-90定義固定點
三、 熱電偶
（一） 原理和結構
熱電偶結構如圖所示，把兩根不同材料的勻質金屬絲（通常稱為熱電極）的一端接在一起，稱為測量端，在熱電極上套以由氧化鋁管製成的絕緣瓷管。熱電極的另一端用接線柱固定在端子板上，稱為參考端，如果使參考端保持恆定溫度（例如0℃或40℃），並接入乙個毫伏表，熱電偶的外部套以金屬或陶瓷製成的保護套管，安裝到溫度測點處（例如過熱蒸汽管道或鍋爐煙道中），即可測量出其中介質的溫度。
對於兩種金屬導體a、b組成的熱電偶迴路（如圖），當接點溫度分別為t和t0時（t>t0），其總熱電動勢的數學表示式如下：
式中eab(t,t0)— 熱電偶迴路的總熱電動勢(mv)
eab(t)— 熱電偶測量端的電動勢(mv)
eab(t0)— 熱電偶參考端的電動勢(mv)
t— 熱電偶測量端溫度(℃)
t0— 熱電偶參考端溫度(℃)
為了準確測量溫度，還要掌握熱電偶的測量規律。以下介紹熱電偶在實際測溫時應用的四個基本定律。
1) 均質導體定律。由一種均質導體組成的閉合迴路，不論導體截面、長度以及各處溫度分布如何，均不會產生熱電動勢。
2) 中間導體定律。在熱電偶迴路中，串接入第三種導體，只要該導體兩端溫度相同，則熱電偶迴路的總熱電動勢與所串接的中間導體（即第三種導體）無關。
3) 中間溫度定律。熱電偶在接點溫度為t ，t0時的熱電動勢等於該熱電偶在接點溫度為t，tn 和t, t0時相應的熱電動勢的代數和（如圖）。
根據中間溫度定律，只要有了熱電偶參考端為0℃時的熱電勢和溫度的關係（即熱電偶分度表），熱電偶就可以在任意參考端溫度下使用。
例：用k型（鎳鉻-鎳矽）熱電偶測量某處溫度時
(1) 已知參考端溫度tn=30℃，測得熱電偶的熱電動勢e(t,tn)為21.356mv，求測量端實際溫度t。
由k型熱電偶分度表查得：
e(tn, 0)= e(30, 0)=1.203mv
e(t, 0)= e(t,tn)+ e(tn, 0)= 21.356+1.203=22.559 mv
再查k型熱電偶分度表得知t=545℃
(2) 已知測量端實際溫度t=550℃，參考端溫度tn=20℃，求用直流電位差計測量熱電偶的熱電動勢時，其示值應該是多少？
e(t, 0)= e(550, 0)=22.772 mv
e(tn, 0)= e(20, 0)=0.798 mv
e(t,tn)= e(t, 0)- e(tn, 0)=22.772-.798=21.974 mv
經計算得直流電位差計的指示值為21.974 mv
4) 連線導體定律。在熱電偶迴路中，如果熱電極a、b分別與連線導線a`、b`相連線，接點溫度分別為t、tn、t0（如圖），則迴路的熱電動勢將等於熱電偶的熱電動勢eab (t,tn)與連線導線a`、b`在溫度為tn、t0時熱電動勢ea`b` (tn,t0)的代數和。即：
eab b`a` (t,tn, t0)= eab (t,tn)+ ea`b` (tn,t0)
根據連線導體定律，在現場實際測溫時，於熱電偶迴路中引入與熱電偶具有相同熱電性質的補償導線，相當於把熱電偶延長而又不影響熱電偶的熱電動勢。從而使熱電偶的參考端遠離熱源並引到環境溫度較低且穩定的地方。
（二） 熱電偶的種類。
r型：鉑銠13-鉑熱電偶
s型：鉑銠10-鉑熱電偶
b型：鉑銠30-鉑銠6熱電偶
k型：鎳鉻-鎳矽（鎳鋁）熱電偶
t型：銅-康銅熱電偶
j型：鐵-康銅熱電偶
e型：鎳鉻-康銅熱電偶
我國現已規定今後國產熱電偶按上述標準化分度表生產。
（三） 熱電偶的補償導線和參考端溫度補償器
熱電偶的補償導線的作用是把熱電偶的參考端延長到距熱電偶較遠且溫度較穩定的地方，這樣可以減小因熱電偶參考端溫度不穩定帶來的測量誤差。為此要求補償導線在一定範圍內（0~100℃）其熱電特性和熱電偶相同。對於較精確的測量，只用補償導線延長熱電偶參考端的方法還不能使熱電偶參考端溫度達到穩定。
可使用參考端溫度補償裝置對參考端溫度進行補正。
熱電偶的補償導線和參考端溫度補償裝置都應和熱電偶配套使用。無論選錯或接反，都會帶來測量誤差。
例：如圖所示，熱電偶為k型，ab為對應補償導線，cc為銅導線，g為顯示儀表，t0=20℃為補償器處溫度，t=400℃為被測溫度，tn=50℃為熱電偶與補償導線連線處溫度，若補償導線極性接錯，顯示儀表示值多大？
解：k型熱電偶配用的補償導線是銅-康銅線，若補償導線極性接錯，則：
換算為溫度t表=341.8 ℃,即為儀表示值。比被測溫度低58.2 ℃
（四） 熱電偶的檢定jjg351-1996《工作用廉金屬熱電偶》
標準器：一等、二等標準鉑銠10-鉑熱電偶各一支。測量範圍（-30~300）℃的二等標準水銀溫度計一組，也可選用二等標準鉑電阻溫度計。
電測裝置可選用準確度不低於0.02級的低電勢直流電位差計一套（或具有同等準確度的其它裝置）。
檢定方法：雙極比較法
（五） 熱電偶檢定計算
● 300℃以下熱電動勢誤差δet用下式計算：
其中：● 300℃以上熱電動勢誤差δe用下式計算：
檢定時，如參考端溫度未處於0℃，可用下式計算參考端溫度為0℃時的熱電動勢。
● 例項計算
例1：在1000℃附近測得二等標準鉑銠10-鉑、被檢ⅱ級鎳鉻-鎳矽熱電偶的熱電動勢平均值，分別是為9.445mv、為40.
486mv，水銀溫度計測得的參考端溫度t1為20℃，標準熱電偶證書中1000℃的熱電動勢為9.581mv，求被檢熱電偶在1000℃時的誤差。
解：先從s型（鉑銠10-鉑）、k型（鎳鉻-鎳矽）熱電偶分度表中查得20℃時熱電動勢e標（20,0）為0.113mv、e被（20,0）為0.798mv
則：e標（t,0）=9.445+0.113=9.558mv
e被（t,0）=40.486+0.798=41.284mv
從熱電偶微分熱電動勢表中查得1000℃時，標準與被檢熱電偶的微分熱電動勢為
:0.012mv/℃、:0.039mv/℃
從k型（鎳鉻-鎳矽）熱電偶分度表中查得1000℃時熱電動勢為41.269mv
則有：換算為溫度：2.3℃
則該熱電偶在1000℃時的示值誤差為2.3℃，其修正值為-2.3℃。
例2：用k型（鎳鉻-鎳矽）熱電偶熱電偶測量主蒸汽溫度，已知熱電偶參考端溫度、tn=30℃，查該熱電偶分度表得e（30,0）=1.203mv，測得的熱電勢為21.
903mv，求主蒸汽實際溫度。
解：參考端溫度不為0℃時，計算如下：
e（t,0）=e(t, tn)+ e(tn,0)= e(t,30)+ e(30,0)
=21.930+1.203=23.130mv
從k型(鎳鉻-鎳矽)熱電偶分度表中查得e（t,0）=23.130mv所對應的溫度為558.4℃。所以主蒸汽實際溫度為558.4℃。
四、 熱電阻
（一）原理和結構
熱電阻是利用導體或半導體的電阻隨溫度變化而變化的性質來測量溫度的。實驗證明：大多數金屬的電阻值隨著溫度的公升高而增加，而半導體的電阻值則隨著溫度的公升高而減小。
所以說導體和半導體的電阻值是溫度的函式。只在知道了這種函式關係，就可用電測儀表通過電阻值的測量，達到測量溫度的目的。
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