温标、温度测量及控制
温度和温标
温度和温标
温度是指物体内部分子的运动热度，是衡量物体热度高低的物理量。
在我们日常生活中，温度是非常重要的一个参考指标，我们可以通过测量温度来判断环境是否适宜生活或者工作，也可以根据温度来控制一些设备的工作情况。
而温度的测量则需要使用温度计，目前常见的温度计有家庭常用的水银温度计、电子温度计等。
通过测量不同物体的温度，我们可以得到不同温度值，这就需要用到温标。
温标是用来确定温度取值的量规，可以把温度值转化为人们可以理解和认识的数字表示。
常见的温标有摄氏度、华氏度和开氏度等多种。
其中，摄氏度和华氏度是我们最为常见的两种温标。
摄氏度是以水的冰点为0度，水的沸点为100度为基准来定义的温标，简称“度”。
而华氏度则是以水的冰点为32度，水的沸点为212度为基准来定义的温标。
两者在温度取值上存在一定区别，比如常见的体温计就是以摄氏度为单位显示体温。
除了摄氏度和华氏度之外，还有一种温标是开氏度。
开氏度是以绝对零度（理论上的温度最低点，所对应的温度为0度）为基准，将温度单位划分为相对大小相等的单位，是物理学中常用的温度单位。
总的来说，温度和温标是我们日常生活中不可或缺的物理指标，通过正确的测量以及正确使用温标，可以更好地控制环境和设备，维护我们的生活和工作环境。
温度的基本单位和测量方法
温度的基本单位和测量方法温度是一个物体或系统内部分子运动的一种表现形式。
它是物质内部分子的平均动能的度量，也可以理解为物体的热度高低。
温度的表示和测量对于科学、工程和日常生活都至关重要。
在本文中，我们将讨论温度的基本单位以及常用的测量方法。
一、温度的基本单位国际单位制（SI）中，温度的基本单位是开尔文（Kelvin，K）。
开尔文是绝对温标，它的零点是绝对零度，记作0K。
绝对零度是物质的温度最低限度，是所有分子运动的最低点，此时分子无动能。
摄氏度和华氏度是其他常用的温度单位。
摄氏度（Celsius，℃）是以水的冰点和沸点作为参照物。
在摄氏度下，水的冰点被定义为0℃，沸点被定义为100℃。
摄氏度与开尔文之间的换算关系为：K = ℃ + 273.15。
华氏度（Fahrenheit，℉）是以水的结冰点和沸点作为参照物。
在华氏度下，水的结冰点被定义为32℉，沸点被定义为212℉。
华氏度与开尔文之间的换算关系为：K = (℉ + 459.67) / 1.8。
除了这些常用的温度单位外，还有一些其他的温度单位，如兰氏度、列氏度等。
这些单位在特定的领域和条件下有其应用，但相对较少被普遍使用。
二、温度的测量方法1. 水银温度计水银温度计是一种常见的温度测量仪器，在日常生活和实验室使用中广泛存在。
它利用水银在温度变化时的膨胀和收缩来测量温度。
温度计的工作原理是基于水银的热胀冷缩性质，当温度升高时，水银柱上升；当温度降低时，水银柱下降。
温度计上的刻度可以根据所需的单位进行标注，通常以摄氏度为主。
2. 热电偶热电偶是一种将温度转换为电压信号来测量温度的装置。
它由两种不同金属的连接处组成，当温度变化时，金属之间产生的电动势也会发生变化。
热电偶通过测量电压变化来确定温度的变化。
热电偶具有广泛的应用范围，可以测量从极低温度到极高温度的范围。
3. 红外线温度计红外线温度计是一种可以通过测量被测物体辐射出的红外辐射来确定温度的装置。
温度的测量及控制.
温度的测量及控制（一）温标温度是表征体系中物质内部大量分子、原子平均动能的一个宏观物理量。
物体内部分子、原子平均动能的增加或减少，表现为物体温度的升高或降低。
物质的物理化学特性，都与温度有密切的关系，温度是确定物体状态的一个基本参量，因此，温度的准确测量和控制在科学实验中十分重要。
温度是一种特殊的物理量，两个物体的温度只能相等或不等。
为了表示温度的的高低，相应的需要建立温标。
那么，温标就是测量温度时必须遵循的规定，国际上先后制定了几种温标。
1．摄氏温标是以大气压下水的冰点（0℃）和沸点（100℃）为两个定点，定点间分为100等份，每一份为1℃。
用外推法或内插法求得其它温度t。
2．1848年开尔文（Kelvin）提出热力学温标，通常也叫做绝对温标，以开（K）表示，它是建立在卡诺循环基础上的。
设理想的热机在和（＞）二温度之间工作，工作物质在吸热，在温度放热，经一可逆循环对外做功热机效率卡诺循环中和仅与热量和有关，与工作物质无关，在任何工作范围内均具有线性关系，是理想的科学的温标。
若规定一个固定温度，则另一个温度可由式求得。
理想气体在定容下的压力（或定压下的体积）与热力学温度呈严格的线性函数关系。
因此，国际上选定气体温度计，用它来实现热力学温标。
氦、氢、氮等气体在温度较高、压强不太大的条件下，其行为接近理想气体。
所以，这种气体温度计的读数可以校正成为热力学温标。
热力学温标，规定“热力学温度单位开尔文（K）是水三相点热力学温度的1/273.15”。
热力学温标与摄氏温度分度值相同，只是差一个常数T＝273.15 + t由于气体温度计的装置复杂，使用不方便，为了统一国际间的温度量值，1927年拟定了“国际温标”，建立了若干可靠而又能高度重现的固定点。
随着科学技术的发展，又经多次修订，现在采用的是1990国际温标（ITS－90），其定义的温度固定点、标准温度计和计算的内插公式请参阅中国计量出版社出版的《1990年国际温标宣贯手册》和《1990国际温标补充资料》。
温度的计量标准及测量方法
8
i
二、国际温标
在第二温区（3.0-24.5661K），用氦气体温 计来定义。气体温度计原理是理想气体状态 方程：PV=nRT 在第三温区（13.8033-1234.93K），内插仪 器是铂电阻温度计。原理是金属的电阻随温 度的变化而变化。
二、国际温标
第四温区（温度大于1234.93K），按照普朗 克辐射定律来定义，内插仪器是光电高温计， 并通过温度灯来复现亮度温度。普朗克黑体 辐射定律：
一、温度与温标
热力学温标也称开尔文温标。1848年英国科 学家开尔文以热力学第二定律中卡诺原理为 依据提出的。卡诺定理指出热力学温标与任 何特定物质的性质无关。热力学温标具有唯 一性和稳定性 热力学温标的单位是开尔文(K)，定义为水三 相点热力学温度的1/273.16
二、国际温标
国际温标是经国际协商、决定采用的一种国 际上通用的温标。他是热力学温标的具体体 现。我国从1991年7月1日开始施行“1990年 国际温标（ITS-90）”。90温标定义了国际 开尔文温度符号T90；摄氏符号为t90。关系 为
C1 5 Eb C2 /( T ) e 1
三、温度测量
1.接触式测温方法 ： 膨胀式测温：气体温度计、液体温度计 电量式测温：热电偶、热电阻、石英温度 传感器 接触式光电：光纤式温度 热色测温方法 ：示温漆、示温液晶
三、温度测量
2.非接触式测温方法 ： 辐射式测温：全辐射高温计、亮度式高温 计、比色式高温计、红外热像仪 光谱测温 激光干涉测温 声波、微波测温
t90 / C T90 / K 273.15
二、国际温标
国际温标三要素：固定点、内插方程和内插 仪器。国际温标通过四个温区的固定点和各 种温度计确定T90。 在第一温区（0.65-5.00K），ITS-90规定由 3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义
传感器技术与应用-温标与温度测量
高温计和温度计
• 将600℃以上的测温仪表称为高温计； • 600℃以下的测温仪表称为温度计。
接触式测量温度
c c 玻璃水银温度计 -50o ——350o （体积热膨胀）
温度传感器分类(2)
分类
线性型 测 温 特 指数型
函数 性
特征
传感器名称
测温电阻器、晶体管、热电偶
测温范围宽、 半导体集成电路传感器、
输出小
可控硅、石英晶体振动器、
压力式温度计、玻璃制温度计
测温范围窄、 输出大
热敏电阻
开关型 特性
特定温度、 输出大
感温铁氧体、双金属温度计
温度传感器分类(3)
分类
非接触式测量温度
烧瓷1200oc～ 1500oc
非接触式测量温度
红外辐射温度计-80oc——1500oc （光辐射）
非接触式测量温度
光学高温温度计500oc——3000oc （光辐射）
非接触式测量温度
热释电温度计0oc——1000oc （光辐射）
非接触式测量温度
光子探测器0oc——3500oc （光辐射）
接触式测量温度 双金属片温度计-50oc——300oc （体积热膨胀）
接触式测量温度
气体温度计-250oc——1000oc （体积热膨胀）
接触式测量温度
液体压力温度计 -200oc——350oc （体积热膨胀）
接触式测量温度
钨铼热电偶 1000oc——2100oc （接触热电势）
接触式测量温度
温度的基本概念和测量方法
温度和温标
03
温标的种类
绝对温标
定义：以卡诺循环为基础，规定水的三相点为273.16K，绝对零度为0K
特点：不受物体种类和状态的影响，是一种通用的温标
计算公式：T=t+273.15K (T为绝对温标，t为摄氏温标)
应用：科学研究、工程技术和日常生活中广泛使用的一种温标
摄氏温标
符号：摄氏度（℃）
定义：以水银为测温物质，以冰的熔点为零度，以水的沸点为100度的温标
温度范围：热力学温标的温度范围为-273.15℃到+1000℃。
应用：广泛应用于科学研究、工程技术和日常生活中。
04
温度的测量方法
玻璃液体温度计
定义：玻璃液体温度计是一种利用玻璃管内液体随温度变化而膨胀或收缩来测量温度的仪器。
工作原理：玻璃液体温度计内装有随温度变化而膨胀或收缩的液体，当温度变化时，玻璃管内的液柱高度随之变化，从而测量温度。
温度的数值表示物体的热量多少
温度的物理意义
温度是物体内部微观粒子热运动的程度的量度
温度是物体热状态的一个重要参数
温度是分子热运动剧烈程度的反映
温度是物体分子热运动的平均动能的标志
温度的单位
摄氏度：是最常用的温度单位，符号为℃
兰氏度：是英国常用的温度单位，符号为R
华氏度：是美国常用的温度单位，符号为F
开尔文：是国际温度单位，符号为K
02
温标的发展历程
经验温标
定义：根据实际需要和经验确定的温度标度
应用：在某些特定领域或行业中被广泛使用，如食品工业、化学反应等
局限性：缺乏统一的标准，难以进行跨领域的比较和交流
特点：主观性较强，不同领域和行业可能采用不同的经验温标
绝对温标
温度计知识点
第一讲温度引入（尚未写）知识点睛知识点一：温度与温标温度：表示物体的冷热程度温标：量度物体温度数值的标尺叫。
它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的。
1）摄氏温标(t): 一标准大气压下冰水混合物的温度规定为0℃,滚水的温度规定为100℃。
单位：摄氏度（℃）2)热力学温标(T)：又称国际温标或绝对温标，以绝对零度为基点的标尺。
即℃，在此温度下分子停止运动（0℃＝）。
它以-273.15℃作为起点，单位为开尔文（K）。
即=0℃。
二者的换算关系是：T=（t＋）K知识点二：温度计——测量温度的仪器1） 构造：内径细而均匀并带有刻度的玻璃管和装有适量液体的玻璃泡2）原理：物体的热胀冷缩乒乓球瘪了，让它变回原状，什么缘故用热水？用冷水行吗，什么缘故？知识点三：分类1) 用途分类2) 材料分类温度计种类 测量温度范围 煤油温度计 约-30℃～ 150℃ 酒精温度计 约-117℃～ 78℃ 水银温度计约-39℃ ～357℃温度计名称实验用温度计 体温计 寒暑表 不同点温度计的量程_-20_℃~_110℃__35_℃~_42__℃_-20_℃~_50℃ 分度值 ___1_℃ ℃ ___1_℃ 用途 测___液体温度___测__体温___测___气温____相同点原理都是根据液体__热胀冷缩__的性质制成的单位都是___摄氏度_____因空隙太小导致铁轨扭知识点四：温度计的利用方式1，实验用温度计利用方式想一想下面哪一种方式是正确的，什么缘故？⑴观看：利用温度计前，第一要观看量程和最小刻度值，也确实是认清温度计上每一小格表示多少摄氏度，而且在测量前要先估量被测物的温度，选择适合的温度计⑵放置：测量时应将温度计的玻璃泡全数浸入被测液体中，不要碰着容器底或容器壁。
能够竖直放置，也能够斜着放置。
被测量的液体的数量不能太少，最少要能够全数淹没温度计的玻璃泡为宜，而且要用搅拌棒（不可用温度计代替搅拌棒）将液体搅拌搅拌，使整个液体遍地的温度均匀后再测量。
温标的概念
温标的概念温标是衡量温度的一种标准，它是根据物质的某种性质变化规律来制定的。
不同的温标在测量和表达温度时有不同的特点和用途，而温度的概念则是热力学中非常重要的基本量之一。
最常用的温标是摄氏温标和华氏温标。
摄氏温标是以水的冰点和沸点为参照物，将这个温度范围等分为100份，记为摄氏度。
摄氏温标的冰点为0℃，沸点为100℃。
华氏温标是以水的冰点和人体的平均体温为参照物，将这个温度范围等分为180份，记为华氏度。
华氏温标的冰点为32℉，人体平均体温为98.6℉。
除了摄氏温标和华氏温标，国际上还有开氏温标和热力学温标等。
开氏温标是以绝对零度（-273.15℃）为起点，将温度范围等分为绝对温度单位开尔文。
开氏温标是热力学温标的一种，它在热力学计算和科学研究中广泛使用。
温标的建立是基于物质的性质变化规律，也是人类对温度的认知和测量的结果。
不同物质在温度变化时表现出不同的性质变化，例如固体的膨胀、液体的沸腾和气体的压缩等。
根据这些性质变化规律，人们制定了不同的温标来测量温度。
温标的概念在实际生活和科学研究中起着重要的作用。
温度是物质的重要特征之一，它与物质的性质、状态以及物理、化学变化等因素密切相关。
通过温度的测量和控制，人们可以了解和掌握物质的性质和变化规律，从而实现各种目的。
在日常生活中，温度的测量和控制是非常常见的。
无论是家庭、工业还是农业，都需要对温度进行测量和调节。
例如，家庭中使用温度计来测量室内外的温度，决定是否开启空调或供暖设备。
工业中使用温度传感器来监测设备和生产过程中的温度变化，确保工作环境和产品质量的稳定。
农业中使用温度计来测量土壤和水体的温度，判断农作物的生长状况和养殖动物的健康状况。
温标的概念在科学研究中也具有重要意义。
在物理学、化学、生物学等科学领域，温度是许多实验和理论研究的重要参数之一。
通过精确测量和控制温度，科学家可以研究物质的性质和变化，揭示自然界的规律和机制。
例如，在物理学中，通过温度的测量和控制，研究热传导、热辐射和热力学等现象和定律；在化学中，通过温度的调节，研究化学反应的速率、平衡和能量变化等；在生物学中，通过温度的控制，研究生物体的生理过程和生态系统的稳定性等。
8-5温度测量
第一节 温标与标定
1. 温标
经验温标 热力学温标 绝对气体温标 国际实用温标和国际温标
2. 标定
温标
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。
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。
3.测量仪表的分类
接触式测温法是使感温元件直接与被测物 体或直接与被测介质接触，感受被测物体 或被测介质的温度变化。
膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计
非接触式测温仪表是采用感温元件与被测 物体不直接接触的方法来测量温度。
在高温范围内，用直接接触测温法非常困 难，可采用非接触式测温法，利用物体的 热辐射特性对物体的温度进行非接触式测 量。
根据温度测量仪表地使用方式，通常可分类为接触法 与非接触法两大类。
1. 接触法
当两个物体接触后，经过足够长的时间达 到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果 其中之一为温度计，就可以用它对另一个物 体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。
特点：温度计要与被测物体有良好地热接 触，使两者达到热平衡。
T ℉ = t*9/5℃ + 32
(6-1)
式中 T——华氏温度值;
t——摄氏温度值。
热力学温标
热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提 出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。
热力学温标是国际单位制中七个基本物理 单位之一。
热力学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— —绝对零度与水的三相点温度分为273．16 份，每份为1 K (Kelvin) 。
1 温度和温标-人教版高中物理选择性必修 第三册(2019版)教案
1. 温度和温标-人教版高中物理选择性必修第三册（2019版）教案本教案主要涉及高中物理第三册内容中的温度和温标。
一、教学目标1.掌握温度的概念和衡量方法；2.了解摄氏温标和绝对温标；3.理解温度与热运动、温度计、热力学等的关系；4.能够解决与温度和温标相关的实际问题。
二、教学重点1.摄氏温标和绝对温标的概念与计算方法；2.两种温标之间的转换关系；3.温度与热运动、温度计、热力学的关系。
三、教学难点1.摄氏温标和绝对温标的计算方法；2.温度与热力学的关系。
四、教学内容及步骤4.1 概念理解教师可以先通过实际的例子，引出温度的概念和意义。
引导学生思考温度与热运动的关系、温度计的原理、热力学的基本法则等问题。
4.2 摄氏温标1.摄氏温标的定义和衡量方法：以水的冰点0℃和沸点100℃为标准。
2.摄氏温标的应用：例如空调温度调节、气象预报等。
4.3 绝对温标1.绝对温标的定义和衡量方法：以绝对零度-273.15℃为零点，温度单位为开尔文(K)。
2.绝对温标的应用：例如低温科学实验、热力学计算等。
4.4 温标之间的转换1.摄氏温度和开尔文温度的转换公式：K = ℃ + 273.15。
2.实例演练：例如50℃转换为开尔文温度的值。
4.5 温度计和热力学1.温度计的原理和种类：例如水银温度计、酒精温度计、电子温度计等。
2.温度与热力学的关系：例如热力学第二定律中的热机效率公式：η = 1 - Q2 / Q1。
4.6 实例分析基于教师提供的实际问题，引导学生进行实例分析。
可以结合温度调节、设备维护、物理科学等多个应用场景，让学生对温度测量和控制有更深入的理解和认识。
五、教学方法本节课堂主要采用讲授、实例演示和交互式教学相结合的方法。
在教授部分，教师可以通过用具体的图示和实验实例解释温度和温标的基本概念；在实例分析环节，学生们可以分组进行讨论和分析，提高学生们的自主学习和交流能力。
六、教学评估本节课堂的评估旨在考查学生对于温度、温标和应用场景的综合理解和掌握情况。
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由于通常室温变化较大，因此，在精密测
温时，通常采用自由端恒温法，在温度测量精
度要求不高的测量中，可采用自由端温度校正
法。
在与电势测量仪进行连接时，须引入第三
种导体，第三种导体对回路电势的影响称为中
间导体定律：
E AB(t0 ) BC (t0 ) AC (t0 ) 0
式中：K－水银对玻璃的相对膨胀系数。
n－露出长度，以温差表示。
t’－温度计在体系与环境间的刻度值。
2、热电偶温度计
一对不同金属导线的组合。
测温原理 ：
εA(t,t0):温差电势。与材料的特性及温度有关。
εAB(t):接触电势。与两材料的特性及温度有关。
E AB(t，t0 ) AB(t ) B (t。t0 ) AB(t0 ) A(t，t0 ) AB(t ) AB(t0 ) AB(t ) C（当t 0为定值时）
BC ( t
0)
AC ( t0 ) AB( t0 )
E AB(t ) B (t，t0 ) BC (t0 ) AC (t0 ) A(t，t0 ) AB(t ) BC (t0 ) AC (t0 ) AB(t ) AB(t0 )
使用水银温度计时须做以下校正： (1)读数校正：
①以高纯物质的相变温度为标准进行校正。
②以标准温度计为标准作图进行校正。
(2)露出(茎)校正： 使用全浸式温度计时须进行该项校正(半浸
式水银温度计不需校正)。校正公式为：
k n t (t测 t环境 ) k n(t测 t环境 ) 1.6 10 4 (t测 t ' )(t测 t环境 ) 1 k n
EAB(t)与t的关系图即工作曲线。
将工作端放入热源中，测出回路电势值，
查工作曲线即可得到热源的温度值。
工作曲线：
线路连接图为：
（2）自由端温度校正法
将自由端置于室温下，工作端放入热源
中，测出回路电势值，查工作曲线即可得到热
源与室温的温度差值。即： t查＝t热源－t室温
t热源＝t查＋t室温
线路连接图为：
可到1600℃。电势变化为：0～16.771mV(0～
1600℃)。分度号为LB－3。
温标、温度测量及控制
二、常用温度计 按工作方式分类：膨胀式、压力式、电阻
式、电偶式、光学式。
按热传递方式分类：接触式、非接触式。
1、水银温度计 适用范围：－35～360℃，750℃（用石英
或硬质玻璃管并充入惰性气体）。
分度值：2℃、1℃、0.5℃、0.2℃、
0.1℃（精密温度计）
贝克曼温度计的分度值为0.01℃。
即：引入第三种导体 C时，只要第三种导体
C两端温度相同，对回路总电势无影响。该定律
称为中间导体定Байду номын сангаас。
对热电偶温度计的要求：物理、化学性能
稳定、热电性能好、电阻温度系数小、导热率
高、热容小、有良好的机械加工性能、价廉。
热电偶温度计的优点：①灵敏度较高：
±0.01℃，若将热电偶组成热电偶堆，灵敏度
通常εAB(t)端处于高温环境下，称为热端或 工作端；εAB(t0)端处于低温环境下，称为冷端或
自由端。
为建立回路电势EAB(t)与温度t间的关系，须
确定C值，称为自由端的温度补偿，常用以下两
种方法：
(1)自由端恒温法 定义：εAB(0)＝0，这时：EAB(t)＝εAB(t)，
即EAB(t)随温度的变化呈现线性变化，作出
可达±0.0001℃。②复现性好。③量程宽。④
非电量变换。
常用的热电偶温度计：
（1）镍铬～镍硅（铝）
测量温度：0～1100℃，短时间使用，最
高可到1300℃。电势变化为：0～45.108mV(0～
1100℃)。分度号为EU－2。
（2）铂铑（10％）～铂
测量温度：0～1300℃，短时间使用，最高