一、溫度測量的基本概念

1、溫度定義：

溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。

攝氏溫標(biāo)（℃）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0度，水的沸點(diǎn)為100度，中間劃分100等份，每等分為攝氏1度，符號為℃。

華氏溫標(biāo)（℉）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，中間劃分180等份每等份為華氏1度符號為℉。

熱力學(xué)溫標(biāo)（符號T）又稱開爾文溫標(biāo)（符號K），或絕對溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動停止時的溫度為絕對零度。

國際溫標(biāo)：國際實(shí)用溫標(biāo)是一個國際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會通過的《1968年國際實(shí)用溫標(biāo)-1975年修訂版》，記為：IPTS-68（REV-75）。但由于IPTS-68溫度存在一定的不捉，國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議授權(quán)予1989年會議通過1990年國際ITS-90，ITS-90溫標(biāo)替代IPS-68。我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90國際溫標(biāo)。

1990年國際溫標(biāo)：

a、溫度單位：熱力學(xué)溫度是基本功手物理量，它的單位開爾文，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16，使用了與273.15K（冰點(diǎn)）的差值來表示溫度，因此現(xiàn)在仍保留這個方法。根據(jù)定義，攝氏度的大小等于開爾文，溫差亦可用攝氏度或開爾文來表示。國際溫標(biāo)ITS-90同時定義國際開爾文溫度（符號T90）和國際攝氏溫度（符號t90）。

b、國際溫標(biāo)ITS-90的通則：ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的即在全量程，任何于溫度采納時T的最佳估計值，與直接測量熱力學(xué)溫度相比T90的測量要方便的多，而且更為精密，并且有很高的復(fù)現(xiàn)性。

c、ITS-90的定義：

第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間，T90由3He和4He的蒸汽壓與溫度的關(guān)系式來定義。

第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)（24.5661K）之間T90是氦氣體溫度計來定義。

第三溫區(qū)為平蘅氫三相點(diǎn)（13.8033K）到銀的凝固點(diǎn)（961.78℃）之間，T90是由鉑電阻溫度計來定義，它使用一組規(guī)定的定義內(nèi)插法來分度。銀凝固點(diǎn)（961.78℃）以上的溫區(qū)，T90是按普朗克輻射定律來定義的，復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計。

二、溫度測量儀表的分類

溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表比較簡單、可靠、測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，需要一定的時間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測量元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。

三、傳感器的選用

國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

（一）、現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理選用傳感器，是在進(jìn)行某個量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型：要進(jìn)行一個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，那一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器的體積要求；測量方式為接觸式或非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，是進(jìn)口還是國產(chǎn)的，價格能否接受，還是自行研制。

2、靈敏度的選擇：通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好，因?yàn)橹挥徐`敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號才比較大有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度，因此要求傳感器本身具有很高的信躁比，盡量減少從外界引入的廠憂信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器，如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3、頻率響應(yīng)特性：傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲，希望延遲越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(diǎn)（穩(wěn)態(tài)、隨機(jī)等）響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。

4、線性范圍：傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。從理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值，傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)可以將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性，這會給測量帶來極大的方便。

5、穩(wěn)定性：傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p少環(huán)境影響。在某些要求傳感器能長期使用而又輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗(yàn)。