【原】空调温度、湿度该如何测量？你真的懂吗？

       本期内容我们来详细讲解制冷系统温度、湿度等的测量原理及不同类型温湿度仪表的使用。

温度测量

一、温度的物理概念  

宏观：热平衡状态系统的宏观表征。

微观：分子平均动能大小的量度。

二：温标：测量温度的标尺（比较标准）

ITS-90国际实用温标为目前使用的温标体系

经验温标  

摄氏Celsius（℃）

华氏Fahrenheit（F）

热力学温标（K）

三、国际温标  

为了使用方便，国际上经协商，决定建立一种既使用方便，又具有一定科学技术水平的温标，这就是国际温标的由来。

具备的条件：

尽可能接近热力学温标

复现精度高，各国均能以很高的准确度复现同样的温标，确保温度量值的统一

用于复现温标的标准温度计，使用方便，性能稳定        

国际实用温标是用来复现热力学温标的，简称IPTS-68，它是由1968年国际权度会议通过的。这个温标经过20多年使用，发现了一些问题，已无法满足现代科学发展对温度测量的要求。国际计量委员会决定用1990年国际温标（ITS-90）代替IPTS-68。

在1990年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为K。它规定水的三相点热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。

 在ITS-90中同时使用国际开尔文温度（符号为T₉₀）和国际摄氏温度（符号为t₉₀），其关系为：

T₉₀单位为开尔文（K），t₉₀单位为摄氏度（℃）。这里所说的摄氏度符合国际实用温标（ITS-90）的规定。

ITS-90的一些规定如下：

由平衡氢三相点（~13.8K）到银凝固点（~962℃），这个温度段内，标准仪器应用铂电阻温度计。

银凝固点（~962℃）以上温度区间采用普朗克定律外推。

虽然有不少物体的某些性质或状态（如电阻、体积、电势等）会随温度的变化而变化，但并不是所有的物质都可制作成温度计。选作温度计的物质，其性质必须满足以下条件：

物质的某一属性G仅与温度T有关，即G = G(T)，且必须是单调函数，最好是线性的。

随温度变化的属性应是容易测量的，且输出信号较强，以保证仪表的灵敏度和测量精确度。

应有较宽的测量范围。

有较好的复现性和稳定性。

温度测量方法

1、温度不能直接测量。只能根据物体的某些特征值与温度之间的函数关系，通过对这些特性参数的测量，间接获得物体的温度。

2、包括：几何尺寸、颜色、电导率、电势差、辐射强度等。

3、温度测量仪表：

接触式：测量元件与被测物之间发生热交换并达到热平衡，此时测量元件温度与被测物体温度相等。

非接触式：利用辐射、折射率、声速、光谱等与温度的关系。如光学高温计、辐射高温计、比色高温计、红外辐射测温计等。

典型的固体膨胀式温度计是双金属片，它利用线膨胀系数差别较大的两种金属材料制成双层片状元件，在温度变化时因弯曲变形而使其另一端有明显位移，借此带动指针就构成双金属温度计。

膨胀式温度计

一、玻璃管液体温度计

可带电接点（水银）作为报警输出

液体温度计应防止液注断开

易碎、信号不能远传

二、玻璃管液体温度计的特点

1.测量准确、读数直观、结构简单、价格低廉，使用方便，

2.但有易碎、不能远传信号和自动记录等缺点。

根据所充填的工作液体不同，可分为水银温度计和有机液体温度计两类。

水银温度计不粘玻璃，不易氧化，容易获得较高精度，在相当大的范围内（－38～356℃）保持液态，在200℃以下，其膨胀系数几乎和温度呈线性关系，所以可作为精密的标准温度计。

三、应注意两个问题：

1、零点漂移：玻璃的热胀冷缩也会引起零点位置的移动，因此使用玻璃管液体温度计时，应定期校验零点位置。

2、露出液柱的校正：使用时必须严格掌握温度计的插入深度，因为温度刻度是在温度计液柱全部浸入介质中标定的，而使用时液柱可按下式求其修正值

 n为露出液柱所占的度数（℃）；K为工作液体在玻璃中可见的膨胀系数；t为分度条件下外露部分空气温度（℃）；t0为使用条件下外露部分空气温度（℃）。

压力式温度计

一、液体压力式温度计

二、气体压力式温度计

原理：

pV=mRT

（温度不太低，压力不太高时）

高温可达500～550℃（充氮气）

低温可达-120℃（充氢气）

三、蒸汽压力式温度计 

根据封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理而制成的测温仪表。

 由敏感元件温包，传压毛细管和弹簧管压力表组成。

若给系统充以气体，如氮气，称为充气式压力式温度计，测温上限可达500℃，压力与温度的关系接近于线性，但是温包体积大，热惯性大。

若充以液体，如二甲苯、甲醇等，温包小些，测温范围分别为－40℃～200℃和－40℃～170℃，若充以低沸点的液体，其饱和汽压应随被测温度而变，如丙酮，用于50℃～200℃。但由于饱和汽压和饱和汽温呈非线性关系，故温度计刻度是不均匀的。

特点:必须将温包全部浸入被测介质；毛细管最长不超过60 m；仪表精度低，但使用简便，而且抗震动。

 四、压力式温度计附加误差   

 温包浸入深度

环境温度（结构材料膨胀系数差异）

大气压力

液柱高度

1、热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。

2、它将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。

3、具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。

热电偶温度计

1、原理 

2、热电偶基本定律1——均质导体定律

3、热电偶基本定律2——中间导体定律

4、热电偶基本定律3——连接温度（或中间温度）定律

5、标准化热电偶分度号

6、有关热电偶测温的其他问题

7、热电偶的使用与安装

8、铠装热电偶图型

 

热电阻温度计

1、原理和要求

原理：金属导体电阻随温度变化的规律。

要求：

电阻温度系数大

物理化学性质稳定

较大的电阻率

电阻值与温度关系近似线性

复现性好、复制性强、容易得到纯物质

价格便宜

2、铂电阻（WZP）

纯度经常用百度电阻比表示，越大纯度越高。

可提纯到1.3930，相应的纯度为99.9995%

工业用铂电阻一般使用1.387～1.391

测温范围：-200~850℃

常用为Pt100

 3、其他热电阻

铜电阻（WZC）

常用为Cu50和Cu100

测温范围：-50~150℃

镍电阻（WZN）

测温范围：-60~180℃

温度系数大，灵敏度高于铂、铜

常用Ni100、Ni300、Ni500

4、热电阻测量接线方法

测量方法多采用不平衡电桥和自动平衡电桥。

5、引线电阻误差

电路中两根连线的电阻随环境温度变化时，全部变化量都加在同一桥臂上，带来连线误差。

为了减小该项误差，一般采用三线连接法，将热电阻的两根连线分别置于相邻两桥臂内，温度引起连线电阻的变化对电桥的影响相互抵消。

  6、半导体热敏电阻

管内流体温度测量

壁面温度测量

1、热电偶导热误差（由于热电偶向冷端导热引起）

2、壁面温度测量：

热电偶的接点导热误差（由热电偶与被测点接触热阻引起）

3、壁面温度测量应优先考虑：

1）在强度允许条件下，应尽量采用直径小、导热系数低的热电偶；

2）优先考虑等温线敷设。

3）被测材料为非良导热体可采用面接触方式。

4）如被测材料允许，表面开槽敷设对提高测量精度更为有利。

高温气体温度测量

 1、辐射为主要误差原因

湿度的测量

1、湿度的测量

在制冷空调的湿度测量中主要指空气中的水分含量的检测。

相对湿度、含湿量

按测量原理：

干湿球法（干湿球温度计）

吸湿法（氯化锂电阻湿度计、氯化锂露点湿度计、毛发湿度计、电容式湿度计）

非吸湿法（热敏电阻湿度计）

2、毛发湿度计

古老

毛发、尼龙材料

精度低，范围窄

3、干湿球温度计

为保证测量时的风速，常采用

通风式干湿球温度计。

原理上精度较高，单实际安装时影响因素多。

脱脂棉纱、充分润湿、包裹紧密、蒸馏水

同时需测量大气压力

 C.1.1 温度测量仪表的最小分度值不可超过仪表准确度的2倍。例如:规定仪表准确度为士0. 05 ℃ ,则最小分度值不超过士0.1 ℃.

C1. 2 仪表准确度为士0. 05 ℃时，该仪表应与国家计量单位校验过的温度仪表进行比较标定。

 C.1.3 湿球温度 的测量应保证足够的湿润条件，流过湿球温度计处的气流速度不小于5 m/s;对于其他仪表应有足够气流速度以达到蒸发平衡保证湿润条件，玻璃水银温度计感温包直径不大于6. 5 mm.

C. 1. 4如有可能安装测量温度变化 的温度测量仪表，测量进出 口位置温度变化值，以提高测量准确度 。

 C. 1. 5液体管道温度应采用直接插人液体内或套管插入液体内的温度测量仪，使用玻璃水银温度计应校核该压力对温度的影响。

 C.1.6 温度测量仪表应对附近热源的辐射有足够的防护。

 C. 1. 7仪表温差阶约等于或大于7℃时，测量仪表的响应时间需达到最后稳态温差63%的时间。

4、露点温度计

5、半导体湿敏元件