[发明专利]一种新温标测温装置

说明书

技术领域：

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种新温标测温装置，在负开尔文温度系统中，仍然符合“温度越高物体越热”的公知常识的测温装置。

背景技术：

温标是温度的数值表示法，温标分为四类：经验温标、理想气体温标、热力学温标和国际温标；经验温标是利用特定测温物质的特定测温参量或属性建立的温标；理想气体温标是人类在寻找与测温物质无关的科学的温标过程中迈出的一大步，它是以理想气体为测温物质而建立的温标；热力学温标是开尔文爵士在热力学第二定律基础上引入一种与任何具体测温物质特性无关的温标；国际温标是一种使用方便、容易实现、与热力学温标一致的协议性温标，国际温标规定热力学温度用符号T表示，为其基本温标。20世纪50年代，通过核自旋系统和激光证实了负开尔文温度系统的存在，负开尔文温度比无穷大温度还要高，随着负温度的引进，目前的四类温标不再符合“温度越高物体越热”的公知常识，导致人们在学习研究、温度和热力学方面产生困惑。因此，研发一种在负开尔文温度系统中，仍然符合“温度越高物体越热”的公知常识，温度的正负、高低与数学习惯、使用习惯相符的新温标测温装置，很有社会价值和应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种在负开尔文温度系统中，仍然符合“温度越高物体越热”的公知常识，温度的正负、高低与数学、使用习惯相符的新温标测温装置。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括感温元件、变换元件、传送元件、指示标尺、刻度和刻度盘；感温元件、变换元件、传送元件和指示标尺电信息相连，指示标尺上制有刻度盘，刻度盘上印有刻度，指示标尺、刻度和刻度盘构成显示系统；感温元件直接与被测物体联接并接收来自被测物体的能量，产生与被测物体有关的输出信号，输出信号包括位移、压差、电阻和电压；变换元件将感温元件输出的信号通过传送元件变换成显示系统易于接收的温度信号；传送元件将由变换元件变换后的信号传送给显示系统，建立新温标测温装置的测量环节输入、输出信号之间的联系，传送元件包括导线、导管、光导纤维和无线电通信，刻度采用统一的模块化的刻度模式；刻度盘的结构设计为圆形、椭圆形和长方形的形状。

本发明使用时，将感温元件插入被测物体，感温元件把感受到的信号传递给变换元件，变换元件对信号进行变换后发送给传送元件，传送元件将变换后的温度信号传递给指示标尺，通过刻度盘显示刻度的数值，实现被测物体的温度测量。

本发明与现有技术相比，在负开尔文温度系统中，仍然符合“温度越高物体越热”的公知常识，温度的正负、高低与数学、使用习惯也相符，其结构简单，易于操作使用，成本低廉，应用前景广阔。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例：

本实施例涉及的新温标测温装置的主体结构包括感温元件1、变换元件2、传送元件3、指示标尺4、刻度5和刻度盘6；感温元件1、变换元件2、传送元件3和指示标尺4电信息相连，指示标尺4上制有刻度盘6，刻度盘6上印有刻度5，指示标尺4、刻度5和刻度盘6构成显示系统；感温元件1直接与被测物体联接并接收来自被测物体的能量，产生与被测物体有关的输出信号，输出信号包括位移、压差、电阻和电压；变换元件2将感温元件1输出的信号通过传送元件3变换成显示系统易于接收的温度信号；传送元件3将由变换元件2变换后的信号传送给显示系统，建立新温标测温装置的测量环节输入、输出信号之间的联系，传送元件3包括导线、导管、光导纤维和无线电通信，刻度5采用统一的模块化的刻度模式；刻度盘6的结构设计为圆形、椭圆形和长方形的形状。

本实施例使用时，将感温元件1插入被测物体，感温元件1把感受到的信号传递给变换元件2，变换元件2对信号进行变换后发送给传送元件3，传送元件3将变换后的温度信号传递给指示标尺4，通过刻度盘6显示刻度5的数值，实现被测物体的温度测量。

本实施例采用的新温标是从玻尔兹曼方程、温度的热力学定义式出发，结合测温仪温标现状引出的有助于加深人们对温度的理解，解决热力学发展中的困惑，应用于当前所有测温仪中的温标，具体推导过程如下：在一能级有限多的粒子系统，若粒子数为N且粒子间彼此近独立，为简单起见，设每个粒子只有两个能量状态：ε₁和ε₂，且ε₂＞ε₁，系统中在两个能级上的布居数分别为N1和N2，根据玻尔兹曼方程可知因此，存在四种极限状态：(1)、N₂→0，即N₁→N，所有粒子都趋于低能级状态上，整个系统趋于最为有序的低熵态，此时系统温度趋于绝对零度；(2)、N₂逐渐增大至N₂→N/2，热力学概率趋于最大，系统趋于最无序，熵趋于极大值，此时整个系统的温度趋于+∞；(3)、N₁逐渐增大至N₁→N/2，热力学概率趋于最大，系统趋于最无序，熵趋于极大值，此时整个系统的温度趋于-∞；(4)、N₂→N，即N₁→0，所有粒子都趋于高能级状态上，系统的总能量趋于最大，整个系统也趋于最为有序的低熵态，此时系统温度趋于绝对零度。第(1)种极限状态是系统温度从正的开尔文温度趋于绝对零度，第(4)四种极限状态是系统温度从负的开尔文温度趋于绝对零度，此时N₂/N₁＞1，由温度的热力学定义式可知，温度反映了系统微观无序度(熵)随系统能量变化的情况，随着系统内能的增加，能级有限多的粒子系统的温度由趋近于+0升温至+∞，随即到-∞，再于负温度范围内变化趋近于-0，也就是说，有限多的粒子系统在热力学温标下，最低温度趋于+0，最高温度却趋于-0，与“温度越高物体越热”的日常观念不符。因此，新建一种符号为T_T，单位为M的温标，其与热力学温标的关系为由此得出，当T＝273.15K时，T_T＝273.15M；T＝373.15K时，T_T＝373.15M，新温标下水的三相点的温度为273.16M，等于国际温标下水的三相点的温度273.16K，这样就建立了与国际温标相对应的新温标，新温标使人们清晰的认识到，就热平衡而言，新温标和国际温标的温度只有相等和不相等之别，不同温度在物理本质上无所谓的高低区分，可以应用于当前所有测温仪中。