溫度計(jì)

中文名稱(chēng)：溫度計(jì)
英文名稱(chēng)：thermometer

溫度計(jì)是測(cè)溫儀器的總稱(chēng)。它利用物質(zhì)的某一物理屬性隨溫度的變化來(lái)標(biāo)志溫度。


工作原理
       根據(jù)使用目的的不同，已設(shè)計(jì)制造出多種溫度計(jì)。其設(shè)計(jì)的依據(jù)有：利用固體、液體、氣體受溫度的影響而熱脹冷縮的現(xiàn)象；在定容條件下，氣體（或蒸氣壓強(qiáng)因不同溫度而變化；熱電效應(yīng)的作用；電阻隨溫度的變化而變化；熱輻射的影響等。
       一般地說(shuō)，任何物質(zhì)的任一物理屬性，只要它隨溫度的改變而發(fā)生單調(diào)的、顯著的變化，都可用來(lái)標(biāo)志溫度而制成溫度計(jì)。
       根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同，有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差電偶溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)和光測(cè)溫度計(jì)等。  



發(fā)明及改進(jìn)

       最早的溫度計(jì)是在1593年由意大利科學(xué)家伽利略(1564～1642)發(fā)明的。他的第一只溫度計(jì)是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時(shí)先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會(huì)上下移動(dòng)，根據(jù)移動(dòng)的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計(jì)有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計(jì)，受外界大氣壓強(qiáng)等環(huán)境因素的影響較大，所以測(cè)量誤差大。

        后來(lái)伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家，在這個(gè)基礎(chǔ)上反復(fù)改進(jìn)，如把玻璃管倒過(guò)來(lái)，把液體放在管內(nèi)，把玻璃管封閉等。比較突出的是法國(guó)人布利奧在1659年制造的溫度計(jì)，他把玻璃泡的體積縮小，并把測(cè)溫物質(zhì)改為水銀，這樣的溫度計(jì)已具備了現(xiàn)在溫度計(jì)的雛形。以后荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測(cè)量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計(jì)。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時(shí)的溫度、鹽水和冰混合時(shí)的溫度；經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與核準(zhǔn)，最后把一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0℉，把純水凝固時(shí)的溫度定為32℉，把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度，這就是華氏溫度計(jì)。  

      在華氏溫度計(jì)出現(xiàn)的同時(shí)，法國(guó)人列繆爾(1683～1757)也設(shè)計(jì)制造了一種溫度計(jì)。他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)太小，不宜做測(cè)溫物質(zhì)。他專(zhuān)心研究用酒精作為測(cè)溫物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。他反復(fù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，含有1/5水的酒精，在水的結(jié)冰溫度和沸騰溫度之間，其體積的膨脹是從1000個(gè)體積單位增大到1080個(gè)體積單位。因此他把冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間分成80份，定為自己溫度計(jì)的溫度分度，這就是列氏溫度計(jì)。  

       華氏溫度計(jì)制成后又經(jīng)過(guò)30多年，瑞典人攝爾修斯于1742年改進(jìn)了華倫海特溫度計(jì)的刻度，他把水的沸點(diǎn)定為0度，把水的冰點(diǎn)定為100度。后來(lái)他的同事施勒默爾把兩個(gè)溫度點(diǎn)的數(shù)值又倒過(guò)來(lái)，就成了現(xiàn)在的百分溫度，即攝氏溫度，用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關(guān)系為  

      ℉＝9/5℃+32，或℃＝5／9(℉-32)。  

     現(xiàn)在英、美國(guó)家多用華氏溫度，德國(guó)多用列氏溫度，而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以及我國(guó)、法國(guó)等大多數(shù)國(guó)家則多用攝氏溫度。  

用途及分類(lèi)
          隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測(cè)溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高。由于測(cè)溫范圍越來(lái)越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測(cè)溫儀器。下面介紹幾種。  

        1、氣體溫度計(jì)：多用氫氣或氦氣作測(cè)溫物質(zhì)，因?yàn)闅錃夂秃獾囊夯瘻囟群艿停咏诮^對(duì)零度，故它的測(cè)溫范圍很廣。這種溫度計(jì)精確度很高，多用于精密測(cè)量。  

       2、電阻溫度計(jì)：分為金屬電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)，都是根據(jù)電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬溫度計(jì)主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的；半導(dǎo)體溫度計(jì)主要用碳、鍺等。電阻溫度計(jì)使用方便可靠，已廣泛應(yīng)用。它的測(cè)量范圍為-260℃至600℃左右。  

      3、溫差電偶溫度計(jì)：是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的測(cè)溫儀器。利用溫差電現(xiàn)象制成。兩種不同的金屬絲焊接在一起形成工作端，另兩端與測(cè)量?jī)x表連接，形成電路。把工作端放在被測(cè)溫度處，工作端與自由端溫度不同時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，因而有電流通過(guò)回路。通過(guò)電學(xué)量的測(cè)量，利用已知處的溫度，就可以測(cè)定另一處的溫度。這種溫度計(jì)多用銅——康銅、鐵——康銅、鎳銘——康銅、金鈷——銅、鉑——銠等組成。它適用于溫差較大的兩種物質(zhì)之間，多用于高溫和低濁測(cè)量。有的溫差電偶能測(cè)量高達(dá)3000℃的高溫，有的能測(cè)接近絕對(duì)零度的低溫。  

      4、高溫溫度計(jì)：是指專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量500℃以上的溫度的溫度計(jì)，有光測(cè)溫度計(jì)、比色溫度計(jì)和輻射溫度計(jì)。高溫溫度計(jì)的原理和構(gòu)造都比較復(fù)雜，這里不再討論。其測(cè)量范圍為500℃至3000℃以上，不適用于測(cè)量低溫。

    5、指針式溫度計(jì)：是形如儀表盤(pán)的溫度計(jì)，也稱(chēng)寒暑表，用來(lái)測(cè)室溫，是用金屬的熱脹冷縮原理制成的。它是以雙金屬片做為感溫元件，用來(lái)控制指針。雙金屬片通常是用銅片和鐵片鉚在一起，且銅片在左，鐵片在右。由于銅的熱脹冷縮效果要比鐵明顯的多，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動(dòng)下就向右偏轉(zhuǎn)（指向高溫）；反之，溫度變低，指針在雙金屬片的帶動(dòng)下就向左偏轉(zhuǎn)（指向低溫）。

   6、玻璃管溫度計(jì)：玻璃管溫度計(jì)是利用熱脹冷縮的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量的。由于測(cè)溫介質(zhì)的膨脹系數(shù)與沸點(diǎn)及凝固點(diǎn)的不同，所以我們常見(jiàn)的玻璃管溫度計(jì)主要有：煤油溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、紅鋼筆水溫度計(jì)。他的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度相對(duì)較高，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是測(cè)量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測(cè)溫介質(zhì)的性質(zhì)限制。且不能遠(yuǎn)傳，易碎。

   7、壓力式溫度計(jì)：壓力式溫度計(jì)是利用封閉容器內(nèi)的液體，氣體或飽和蒸氣受熱后產(chǎn)生體積膨脹或壓力變化作為測(cè)信號(hào)。它的基本結(jié)構(gòu)是由溫包、毛細(xì)管和指示表三部分組成。它是最早應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程溫度控制的方法之一。壓力式測(cè)溫系統(tǒng)現(xiàn)在仍然是就地指示和控制溫度中應(yīng)用十分廣泛的測(cè)量方法。壓力式溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，不怕震動(dòng)。價(jià)格低廉，不需要外部能源。缺點(diǎn)是：測(cè)溫范圍有限制，一般在-80~400℃；熱損失大響應(yīng)時(shí)間較慢；儀表密封系統(tǒng)（溫包，毛細(xì)管，彈簧管）損壞難于修理，必須更換；測(cè)量精度受環(huán)境溫度、溫包安裝位置影響較大，精度相對(duì)較低；毛細(xì)管傳送距離有限制。

    8、轉(zhuǎn)動(dòng)式溫度計(jì)：轉(zhuǎn)動(dòng)式溫度計(jì)是由一個(gè)卷曲的雙金屬片制成。雙金屬片一端固定，另一端連接著指針。兩金屬片因膨脹程度不同，在不同溫度下，造成雙金屬片卷曲程度不同，指針則隨之指在刻度盤(pán)上的不同位置，從刻度盤(pán)上的讀數(shù)，便可知其溫度。

   9、半導(dǎo)體溫度計(jì)：半導(dǎo)體的電阻變化和金屬不同，溫度升高時(shí)，其電阻反而減少，并且變化幅度較大。因此少量的溫度變化也可使電阻產(chǎn)生明顯的變化，所制成的溫度計(jì)有較高的精密度，常被稱(chēng)為感溫器。

   10、熱電偶溫度計(jì)：熱電偶溫度計(jì)是由兩條不同金屬連接著一個(gè)靈敏的電壓計(jì)所組成。金屬接點(diǎn)在不同的溫度下，會(huì)在金屬的兩端產(chǎn)生不同的電位差。電位差非常微小，故需靈敏的電壓計(jì)才能測(cè)得。由電壓計(jì)的讀數(shù)，便可知道溫度為何。

  11、光測(cè)高溫計(jì)：物體溫度若高到會(huì)發(fā)出大量的可見(jiàn)光時(shí)，便可利用測(cè)量其熱輻射的多寡以決定其溫度，此種溫度計(jì)即為光測(cè)溫度計(jì)。此溫度計(jì)主要是由裝有紅色濾光鏡的望遠(yuǎn)鏡及一組帶有小燈泡、電流計(jì)與可變電阻的電路制成。使用前，先建立燈絲不同亮度所對(duì)應(yīng)溫度與電流計(jì)上的讀數(shù)的關(guān)系。使用時(shí)，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)正待測(cè)物，調(diào)整電阻，使燈泡的亮度與待測(cè)物相同，這時(shí)從電流計(jì)便可讀出待測(cè)物的溫度了。

  12、液晶溫度計(jì)：用不同配方制成的液晶，其相變溫度不同，當(dāng)其相變時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)也會(huì)改變，使液晶看起來(lái)變了色。如果將不同相變溫度的液晶涂在一張紙上，則由液晶顏色的變化，便可知道溫度為何。此溫度計(jì)之優(yōu)點(diǎn)是讀數(shù)容易，而缺點(diǎn)則是精確度不足，常用于觀賞用魚(yú)缸中，以指示水溫。