温度测量的基本概念
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( F)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 F。
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日起全面实施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
一温区为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。
第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义,
第二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/℃13~5 -270.15~-268.15He蒸气压点(V)213.8033-259.3467e-H2三相点(T)3~17~-256.15e-H2 或(He)蒸气压点(V)(或气体温度计)(G)4~20.3~-252.85e-H2 或(He)蒸气压点(V)(或气体温度计)(G)524.5561~248.5939Ne三相点(T)654.3584~-218.7916O2三相点(T)783.8058-189.3442Ar三相点(T)8234.3158-38.8344Hg三相点(T)9273.160.01H2O三相点(T)10302.914629.7646Ga 熔点(M)11429.7485156.5985In凝固定(F)12505.078231.928Sn凝固定(F)13692.677419.527Zn凝固定(F)14933.473660.323Al凝固定(F)151234.93961.78Ag凝固定(F)161337.331064.18Au凝固定(F)171357.771084.62Cu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、液相的平衡温度。