温度测量的基础知识
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
一、华氏温标
华氏温标(ºF)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等分,每第分为报氏1度,符号为ºF。
二、摄氏温度
摄氏温度(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每第分为报氏1度,符号为℃。
摄氏温度值t和华低温度值tF有如下关系:
三、热力学温标
热力学温标又称开尔文温标,或称**温标,它规定分子运动停止时的温度为**零度,记符号为K。
四、国际实用温标
国际实用温标是一个国际协议性温标,它与热力学温标相接近,而且复现精度高,使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标—1975年修订版》,记为:IPTS—68(Rev—75)。但由于IPTS—68温示存在一定的不足,国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS—90,ITS—90温标替代IPTS—68。我国自1994年1月1日起**实施ITS—90国际温标。
1990年国际温标(ITS—90)简介如下。
1、温度单位
热力学温度(符号为T)是基本功手物理量,它的单位为开尔文(符号为K),定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中,使用了与273.15K(冰点)的差值来表示温度,因此现在仍保留这各方法。用这种方法表示的热力学温度称为摄氏温度,答号为t,定义为:
式中:t/℃--分子为摄氏温度,分母为摄氏温度的单位;T/K—分子为开尔文温度,分母为开尔文温度的单位。
根据定义,摄氏度的大小等于开尔文,温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。
国际温标ITS—90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)。T90和t90之间的关系与T和t一样,即:
它们的单位及符号热力学温度T和摄氏温度t一样。
2、国际温标ITS—90的通则
ITS—90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的*高温度。ITS—90是这样制订的,即在全量程中,任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的*佳估计值,与直接测量热力学温度相比,T90的测量要方便得多,而且更为精密,并具有很高的复现性。
3、ITS—90的定义
**温区为0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。
**温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义,
**温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度,
银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计,
ITS—90的定义固定点共17个,列于表
表 ITS—90定义固定点
序号
|
国际实用温标规定值
|
物质
|
状态
|
T90/K
|
t90/℃
|
1
|
3~5
|
-270.15~-268.15
|
He
|
蒸气压点(V)
|
2
|
13.8033
|
-259.3467
|
e-H2
|
三相点(T)
|
3
|
~17
|
~-256.15
|
e-H2 或(He)
|
蒸气压点(V)(或气体温度计)(G)
|
4
|
~20.3
|
~-252.85
|
e-H2 或(He)
|
蒸气压点(V)(或气体温度计)(G)
|
5
|
24.5561
|
~248.5939
|
Ne
|
三相点(T)
|
6
|
54.3584
|
~-218.7916
|
O2
|
三相点(T)
|
7
|
83.8058
|
-189.3442
|
Ar
|
三相点(T)
|
8
|
234.3158
|
-38.8344
|
Hg
|
三相点(T)
|
9
|
273.16
|
0.01
|
H2O
|
三相点(T)
|
10
|
302.9146
|
29.7646
|
Ga
|
熔点(M)
|
11
|
429.7485
|
156.5985
|
In
|
凝固定(F)
|
12
|
505.078
|
231.928
|
Sn
|
凝固定(F)
|
13
|
692.677
|
419.527
|
Zn
|
凝固定(F)
|
14
|
933.473
|
660.323
|
Al
|
凝固定(F)
|
15
|
1234.93
|
961.78
|
Ag
|
凝固定(F)
|
16
|
1337.33
|
1064.18
|
Au
|
凝固定(F)
|
17
|
1357.77
|
1084.62
|
Cu
|
凝固定(F)
|
注:1、除3He外,其他物质均为自然同位素成分, e-H2为正、促分子态处于平衡浓度的氢。
2、对于这些不同状态的定义,以及关复现这些不同状态的建议,可参“ITS—90补充资料”。
表中各符号的含义为:V—蒸气压点;T—三相点,在此温度下,固、液和蒸气相呈平衡;C—气体温度计;M、F—熔点和凝固点,在101325Pa压力下,固、液相的平衡温