温度计在石化中的应用

一、温度测量的基本概念

温度是表示物体冷热程度的物理量。 温度只能通过随温度变化的物体特性间接测量，测量物体温度值的比例称为温度比例。 规定温度读取开始点(零点)和测量温度的基本单位。 现在国际上常用的温度标准是华氏、摄氏、热力学温度标准和国际实用温度标准。

华氏温度标准( oF )在标准大气压下，冰的熔点分为32度，水的沸点分为212度，中间分为180等分，第一次规定为新闻氏1度，符号为off。

摄氏温度(℃)在标准大气压下，冰的熔点分为0度，水的沸点分为100度，中间分为100等分，第1分为报纸氏1度，符号规定为℃。

热力学温度坐标也称为开尔文温度坐标，或者也称为温度坐标，将分子运动停止时的温度规定为零度，将记号规定为k。

国际实用温度标准是国际协议性温度标准，接近热力学温度标准，再现精度高，使用方便。 现在国际通用的温度标准是1975年第15届国际权力大会上通过的“1968年国际实用温度标准-1975年修订版”，记载为IPTS-68(Rev-75 )。 但是，由于IPTS-68温度显示存在一定不足，国际计量委员会在18次国际计量大会第7号决议中1989年会议上通过了1990年国际温度标准ITS-90，用IPTS-68代替了ITS-90温度标准。 我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温度标准。

1990年国际温度标准( ITS-90 )介绍如下。

1 .温度单位

热力学温度(符号t )是基本功能的物理量，其单位为开尔文(符号k )，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。 在以往的温度基准的定义中，使用与273.15K (冰点以下)之间的差来表现温度，因此现在该方法还存在。

根据定义，摄氏的大小和开尔文一样，温度差也可以用摄氏和开尔文来表示。

国际温度标准ITS-90同时定义国际开尔文温度符号T90和国际摄氏温度符号T90

2 .国际温度标准ITS-90的通则

ITS-90是从0.65K向普朗克辐射定律用单色辐射实际可测量的zui高温。 ITS-90被设定为，在整个范围内，任何温度的T90值都非常接近采用温度坐标时t的zui佳推定值，与直接测定热力学温度相比，T90的测定非常方便，且具有精密、高的再现性。

3. ITS-90的定义

*温带在0.65K到5.00K之间，T90由3He和4hh的蒸汽压力和温度的关系式定义。

第二温区从3.0K到氖三相点24.5661K之间的T90用氦气温度计定义

第二温区是从平衡氢三相点13.8033K到银的凝固点961.78℃之间，T90由铂电阻温度计定义

银凝固点在961.78℃以上的温带，T90由普朗克辐射定律定义，再现设备为光学高温计

二、温度测量仪器的分类

温度测量仪器根据测温方式大致分为接触式和非接触式。 一般来说，接触式测温计的测温计比较简单可靠，测量精度高，但是测温元件和被测介质需要充分的热交换，达到热平衡需要时间，因此在存在测温延迟现象的同时，受到高温材料的限制，不能应用于高温测量。 非接触式仪表测温是以热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，没有测温上限的限制，没有破坏被测物体的温度场，反应速度一般也较快，但受物体发射率、测距、烟尘、水分等外在因素的影响，测量误差较大。

三、热电偶

热电偶是工业上zui常用的温度检测元件之一。 优势包括:

①测量精度高。 由于热电偶直接与被测对象接触，因此不受中间介质的影响。

②测量范围广。 通常的热电偶可以从-50~+1600℃继续测量，特定的特殊热电偶zui可以测量到-269℃(例如金铁镍钴合金)，zui可以测量到+2800℃(例如钨-铼)。

③结构简单，使用方便。 热电偶通常由两种不同的电线组成，且不受大小和开头限制，外面有保护套，使用方便。

1 .热电偶测温的基本原理

焊接两种不同材料的导体或半导体a和b，构成图2-1-1所示的闭环。 当导体a和b的两个执着点1和2之间存在温度差时，在两者之间产生电动势，在电路中产生大电流的现象被称为热电效应。 热电偶利用这个效果发挥作用。

2 .热电偶的种类和结构形成

(1)热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两类。 调用的标准热电偶是指国家标准规定了热电势与温度的关系、允许误差、统一的标准尺度的热电偶，有与其配套的显示器。 未标准化的热电偶不及使用范围或数量级标准化的热电偶，一般也没有统一的标度表，主要用于特殊情况下的测量。

标准化热电偶我国自1988年1月1日起，热电偶和热阻均按IEC国际标准生产，将s、b、e、k、r、j、t 7种标准化热电偶指定为中国统一设计型热电偶。

2热电偶的结构形式为了确保热电偶可靠且稳定地工作，其结构要求如下

①构成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固

②两个热电极应该相互绝缘，防止短路

③补偿导线与热电偶自由端的连接应简单可靠

④保护套必须保证热电极与有害介质充分隔离。

3 .热电偶冷端的温度补偿

热电偶的材料一般是贵重的(特别是采用贵金属时)，从测温点到仪表的距离较远，为了节约热电偶的材料，降低成本，通常使用补偿导线将热电偶的冷端(自由端)延长到温度比较稳定的控制室，并与仪表端子连接。 必须指出，热电偶补偿导线的作用只是将热电偶的冷端子移动到控制室的仪表端子，不能消除冷端子的温度变化对测温的影响，不能进行补偿。 因此，为了补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响，需要采用其他的修正方法。 使用热电偶补偿导线时，要注意形式一致，不能搞错极性，补偿导线和热电偶连接端的温度不得超过100℃。

四、热阻

热阻是中低温区zui中常用的温度检测器。 其主要特点是测量精度高，性能稳定。 其中铂电阻的测量度zui高，不仅广泛应用于工业测温，而且成为标准的标准仪器。

1 .测温电阻体的测温原理和材料

测温电阻体基于金属导体电阻值随温度的增加而增加的特性进行温度测定.

热电阻几乎都是纯金属材料制成的，现在大多使用zui的是铂和铜，除此之外，现在还开始用中值、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

2 .热阻的结构

(1)精通型热阻工业中常用的热阻感温元件(电阻体)的结构和特征如表2-1-11所示。 根据测温电阻体的测温原理，被测温度的变化直接通过测温电阻体的电阻值的变化来测量，因此测温电阻体的引线等各种引线电阻的变化对温度测量有影响。 为了消除导线电阻的影响，一般采用三线式或四线式，具体内容请参照本篇第三章*节

(2)护套测温电阻体是由感温元件(电阻体)、导线、绝缘材料、不锈钢套筒组合而成的坚固的体，如图2-1-7所示，外径较小，为φ2~φ8mm，zui较小。

与普通型热阻体相比，具有体积小、内部无气隙、热惯性上测量滞后小的优点②机械性能好、耐振动、耐冲击③能弯曲、安装容易④寿命长。

(3)端面热阻端面热阻感温元件用经过特殊处理的电阻线材卷绕，与温度计端面紧密接触，其结构如图2-1-8所示。 这与一般的轴向热电阻体相比，能够更准确且迅速地反映被测量端面的实际温度，适用于测量金属和其他工件的端面温度。

(4)隔爆型隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型的隔爆型热电阻体可以在Bla~B3c级区域用于有爆炸危险的场所的温度测量。

3 .测温电阻体系统的构成

测温电阻体系统一般由测温电阻体、连接线、显示器等构成。 需要注意以下两点

①测温电阻体和显示器的刻度必须一致

②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线式连接法。

(2)护套测温电阻体是由感温元件(电阻体)、导线、绝缘材料、不锈钢套筒组合而成的坚固的体，如图2-1-7所示，外径较小，为φ2~φ8mm，zui较小。

与普通型热阻体相比，具有体积小、内部无气隙、热惯性上测量滞后小的优点②机械性能好、耐振动、耐冲击③能弯曲、安装容易④寿命长。

(3)端面热阻端面热阻感温元件用经过特殊处理的电阻线材卷绕，与温度计端面紧密接触，其结构如图2-1-8所示。 这与一般的轴向热电阻体相比，能够更准确且迅速地反映被测量端面的实际温度，适用于测量金属和其他工件的端面温度。

(4)隔爆型热阻隔爆型热阻通过特殊结构的端子箱，其壳体内部的爆炸性混合气体受火花、电弧等的影响，电阻的断路修理必须改变电阻线的长度来影响电阻值，因此zui更换新的电阻，采用焊接修理时，焊接后必须通过检查后使用