背景：某食品加工需对两类工艺环节进行温度监控：1. 冷藏库：工作温度范围-20^circmathrm(C) sim 50^circmathrm(C)，库内环境干燥、无振动，要求温度计结构简单、成本低，仅需就地显示温度，且维护方便。2. 巴氏杀菌机加热段：工作温度范围50^circmathrm(C) sim 150^circmathrm(C)，设备运行时有轻微振动，要求测量数据能传输至车间监控室（距离约30米），精度要求较高（允许误差pm 1.5^circmathrm(C)），现场有供电条件。工厂现有两种温度计可供选择：1. 双金属温度计（型号WSS-301，量程-30^circmathrm(C) sim 100^circmathrm(C)，精度等级2.5级，无信号输出）；2. 压力温度计（型号WTQ-288，量程0^circmathrm(C) sim 200^circmathrm(C)，精度等级1.5级，支持4 sim 20mathrm(~mA)电流信号输出）。已知：双金属温度计通过双金属片受热弯曲带动指针指示温度；压力温度计通过感温包内介质（气体）受热膨胀产生压力，经毛细管传递至弹簧管，驱动指针或转换为电信号。问题：1. 分别说明双金属温度计和压力温度计的测温原理，并指出两者在“温度-信号转换”方式上的核心区别。2. 结合两种工艺环节的工况，分析冷藏库和巴氏杀菌机加热段应分别选择哪种温度计？请从测量范围、精度、信号传输、环境适应性、成本维护等方面说明理由。3. 若巴氏杀菌机加热段实际温度为100^circmathrm(C)，使用所选温度计测量时，示值的最大允许误差是多少？（写出计算过程）4. 双金属温度计在长期使用后，若双金属片发生疲劳（弹性减弱），会对测量结果产生什么影响？请结合其工作原理分析。

本题主要考查温度计的测温原理、选型依据、误差计算以及故障影响分析等知识。解题思路是先明确两种温度计的工作原理及核心区别，再根据不同工艺环节的工况要求，从多个方面对比选择合适的温度计，接着根据精度等级计算最大允许误差，最后结合双金属温度计的工作原理分析双金属片疲劳对测量结果的影响。

1. 温度计测温原理及核心区别

• 双金属温度计：其工作原理是基于双金属片的热膨胀特性。双金属片由两种热膨胀系数不同的金属片牢固地铆在一起组成。当温度变化时，由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片会产生弯曲变形。这种弯曲变形的程度与温度变化成正比，从而将温度变化转化为机械位移（指针的转动）。
• 压力温度计：它是通过感温包内的介质（通常为气体）受热膨胀产生压力。感温包与毛细管和弹簧管相连，当温度升高时，感温包内介质膨胀，压力增大，压力通过毛细管传递至弹簧管，使弹簧管变形，进而驱动指针转动或通过转换装置将压力变化转换为电信号（如$4 \sim 20\mathrm{~mA}$电流信号）。
• 核心区别：双金属温度计是将温度变化直接转化为机械位移，而压力温度计是先将温度变化转化为压力变化，再进一步转化为机械位移或电信号。

2. 温度计选型分析

• 冷藏库：
  • 测量范围：双金属温度计（WSS - 301）的量程为$-30^{\circ}\mathrm{C} \sim 100^{\circ}\mathrm{C}$，完全覆盖了冷藏库的工作温度范围$-20^{\circ}\mathrm{C} \sim 50^{\circ}\mathrm{C}$。
  • 精度：双金属温度计精度等级为2.5级，其最大允许误差为$\Delta_{1}=100\times2.5\% = 2.5^{\circ}\mathrm{C}$，在冷藏库温度范围内，允许误差为$\pm 1.25^{\circ}\mathrm{C}$，满足冷藏库对精度的要求。
  • 信号传输：冷藏库仅需就地显示温度，双金属温度计无信号输出，符合要求。
  • 环境适应性：库内环境干燥、无振动，双金属温度计结构简单，能适应这种环境。
  • 成本维护：双金属温度计结构简单，成本低，且维护方便，符合冷藏库的需求。所以冷藏库应选择双金属温度计（WSS - 301）。
• 巴氏杀菌机加热段：
  • 测量范围：压力温度计（WTQ - 288）的量程为$0^{\circ}\mathrm{C} \sim 200^{\circ}\mathrm{C}$，覆盖了巴氏杀菌机加热段的工作温度范围$50^{\circ}\mathrm{C} \sim 150^{\circ}\mathrm{C}$。
  • 精度：压力温度计精度等级为1.5级，其最大允许误差为$\Delta_{2}=200\times1.5\% = 3^{\circ}\mathrm{C}$，虽然允许误差$\pm 3^{\circ}\mathrm{C}$比要求的$\pm 1.5^{\circ}\mathrm{C}$稍大，但相对更接近要求。
  • 信号传输：压力温度计支持$4 \sim 20\mathrm{~mA}$电流信号输出，能够将测量数据传输至距离约30米的车间监控室，满足远程监控的要求。
  • 环境适应性：设备运行时有轻微振动，压力温度计的结构相对稳定，能适应这种环境。
  • 成本维护：虽然压力温度计可能成本稍高，但综合考虑其功能和性能，能满足巴氏杀菌机加热段的要求。所以巴氏杀菌机加热段应选择压力温度计（WTQ - 288）。

3. 最大允许误差计算

已知压力温度计（WTQ - 288）的量程为$0^{\circ}\mathrm{C} \sim 200^{\circ}\mathrm{C}$，精度等级为1.5级。根据最大允许误差的计算公式$\Delta = 量程\times精度等级\%$，可得：
$\Delta = 200\times1.5\% = 3^{\circ}\mathrm{C}$
所以，当巴氏杀菌机加热段实际温度为$100^{\circ}\mathrm{C}$时，使用所选压力温度计测量，示值的最大允许误差是$\pm 3^{\circ}\mathrm{C}$。

4. 双金属片疲劳对测量结果的影响

双金属温度计的工作原理是双金属片受热弯曲带动指针指示温度。双金属片的弯曲角度与温度变化成正比，其弯曲程度取决于双金属片的弹性和热膨胀特性。当双金属片发生疲劳，弹性减弱时，在相同的温度变化下，双金属片的弯曲角度会减小。因为指针的转动是由双金属片的弯曲带动的，所以指针转动的角度也会相应减小，从而导致示值低于实际温度，即测量结果偏低，示值小于实际温度。