温度计量技术的发展与应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 温度计量技术的发展与应用 摘 要：随着近代工业、农业生 产的不断发展与进步，尤其是冶金、化 学工业的飞速l 展，其对温度计量的 要求也越来越高。但近 10 年来温度计 量技术的发展不太引人注目，未出现较 为突出的突破性技术进展，一方面是由 于 ITS-90 的实施解决了较多传统的温 标问题，且需要一个实施稳定期；另一 方面是由于温度测量技术发展较早，相 对工作生产的其他参数更加成熟，可基 本解决仪表及方法等问题，因此，该文 主要针对如何将 ITS-90 更方便、准确 地传递到工作用的温度计，并在温度计 量中融入高新信息技术，解决传统技术 难以实现的测温问题等内容进行综述分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 析。 中国论文网 /8/view-12916199.htm 关键词：温度计量 ITS-90 技术 综述 中图分类号：TH811 文献标识 码：A 文章编号：1672-3791（2017） 03（a）-0074-02 1 研究背景 受各种客观因素、主观因素的影 响，近 10 年业温度计量技术的发展相 对缓慢，不仅没有较为引人注目的研究 成果，而且缺乏突破性的技术进展，甚 至连比较成熟的商品化新产品也为数不 多。纠其原因可能有两个方面：一方面 由于 ITS-90 实施解决了 90 温标提出的 主要问题，而新的国际温标的实施需要 一个相对较长的稳定期，针对温标的研 究仍然在探索中。ITS-90 于 20 世纪 90 年代开始实施，其所定义的温度范围从 0.65 K 向上直至应用普朗克辐射定律使 用单色辐射高温计实际可测得的最高温 度，并未设定上限。ITS-90 共采用 17 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 个定义固定点，仍然分为 4 个温区， 0.65 K 到 5.0 K 之间，T90 由 3He 和 4He 的蒸汽压与温度的关系式来定义。 由 3.0 K 到氖的三相点（24.55 61 K）之 间，T90 是使用 3 个定义固定点及规定 的内插方法用氦气体温度计来定义。平 衡氢三相点（13.803 3 K）到银凝固点 （961.78 ）之间，T90 是使用一组定 义固定点及规定的内插方法用铂电阻温 度计来定义。另一方面，在工业生产领 域，相对于流量、物位等参数，温度测 量的发展更早，而温度更是计量的基本 量之一，应用目前的仪表、方法可解决 生产中的大部分问题，因此，对温度计 量的研究重点更加侧重于如何将 ITS-90 更准确、方便地传递到工作用的温度计， 并实现温度计量与高新信息技术的融合， 更好地解决传统技术难以实现的测温问 题。 2 温度固定点研究进展 在国际温标中，固定点的确定标 准是以物质的相变过程为依据的，在物 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 质发生相变时会存在一个特定的温度， 一般情况下如固相与液相共存，凝固点 即其凝固时的温度，熔解点即为熔解时 的温度，而液态与蒸汽在标准大气压下 沸点共存，如，压强、温度固定，三相 点即固态、液态、汽态三相共存的温度。 但是现阶段温标定义点的固定点仍在不 断改进，除此之外，高温非定义固定点、 实用小型固定装置的发展也成为温度计 量研究的热点问题。 2.1 高温非定义固定点 ITS-90 中定义固定点温度最高的 是铜凝固点，为 1 084.62 ，高于该固 定点的温度温标采用辐射法外推定义。 尽管现阶段 CCT 补充了一系列温度更 高的纯金属相变点，称其为第二类固定 点，但其温度仍不够高，并且较难制成 定点辐射黑体，故很多国家将研究重点 放在金属-碳共晶点方面，以使可以在 铜点到 2 500 之间实现一系列定点黑 体。后续金属-碳共晶点可用于辐射温 度计的校准，可代替温灯作为传递标准 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 等；如果采用这些点后续温标的不确定 度可能会有所下降。 2.2 实用小型固定点装置 与 ITS-90 中国家计量标准实验 室所用的固定点装置相比，实用小型固 定点装置的温度不确定度相对较大，但 是与通常比较法校准所产生的不确定度 相比却远远小于前者。近年来中温范围 发展了水三相点、金属定点装置等一系 列小型固定点装置，其不确定度较小， 金属凝固点的不确定度优于 1 mK。还 有一些便携式的、小型固定点装置，主 要适用于工业现场对温度计进行周期性 检测；此外，这些装置上还配有控制装 置、显示装置及专用的计算机软件，提 高其适用性。 3 辐射测温技术的发展 由相关研究报道可知，红外线主 要来自于物质的热运动，由此可见，红 外辐射其物理本质为热辐射，因此，辐 射量主要由物体的温度、物体材料的性 质等参数决定的，即温度决定着热辐射 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 现象，黑体辐射的普遍规律可通过普朗 克公式描述出来，由普朗克公式可知， 黑体的单色辐射通量、波长、绝对温度 之间有直接相关性，因此，可通过普朗 克公式导出其他黑体辐射定律。商用隐 丝式光学高温计在 20 世纪初被制造出 来，其原理是热物体的光谱辐射亮度会 随着温度的升高而增强，目视即可观察 受测物体，观测其是否与被标定过的高 温计小灯泡亮度保持平衡来实现其温度 的测量。由于辐射高温计的这一工作原 理，其至今仍应用于实验室及工业现场 中，不过实验室所用的辐射高温计多用 准确度更高的光电高温计，工作现场则 多应用红外测温仪。 4 自动化系统中的温度检测仪表 工业温度计主要应用于工业生产， 而工业自动化控制系统通常需要包括温 度计量器具与其他参数检测器具。不过 在同一个系统中无论使用何种温度计， 均需将其输出信号转变成统一的电信号， 由此可见，在工业自动化控制系统中的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 温度计是某种意义的温度变送器，比如： 基于现场总线的控制系统主要应用热电 偶变送器、热电阻变送器或辐射温度变 送器等。一般情况下，自动化系统中的 温度检测仪表要具备数字化的特点，可 遵循不同总线类型规定的通信规则制度， 实现双向通信的功能；具备自动补偿、 自动校正等智能功能，此外一些特殊场 合还要具备现场模拟指示等。自动化系 统的温度检测仪器还要满足系统对电磁 兼容性的要求，且电源与信息要保持传 输的一致性。此外，还要满足系统要求 的其他特性与功能，现场总线技术是一 种数字式、串行、多点通信的数据总线， 其与现场装置和控制室内的自控装置通 过温度检测仪表实现与现场总线的连接， 而在系统中这些特性与功能可能比温度 测量的准确度意义更为重大。 总之，在人们日常生活、工业