溫度計工作原理

根據(jù)使用目的的不同，已設(shè)計制造出多種溫度計。其設(shè)計的依據(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(或蒸汽)的壓強因不同溫度而變化;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。

一般說來，一切物質(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，都可用來標(biāo)志溫度而制成溫度計。

各種溫度計工作原理

1.氣體溫度計:多用氫氣或氦氣作測溫物質(zhì)，因為氫氣和氦氣的液化溫度很低，接近于絕對零度，故它的測溫范圍很廣。這種溫度計精確度很高，多用于精密測量。

2.電阻溫度計:分為金屬電阻溫度計和半導(dǎo)體電阻溫度計，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)體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠，已廣泛應(yīng)用。它的測量范圍為-260℃至600℃左右。

3.溫差電偶溫度計:是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的測溫儀器。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，另兩端與測量儀表連接，形成電路。把工作端放在被測溫度處，工作端與自由端溫度不同時，就會出現(xiàn)電動勢，因而有電流通過回路。通過電學(xué)量的測量，利用已知處的溫度，就可以測定另一處的溫度。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量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫，有的能測接近絕對零度的低溫。

4.高溫溫度計:是指專門用來測量500℃以上的溫度的溫度計，有光測溫度計、比色溫度計和輻射溫度計。高溫溫度計的原理和構(gòu)造都比較復(fù)雜，這里不再討論。其測量范圍為500℃至3000℃以上，不適用于測量低溫。

5.指針式溫度計:是形如儀表盤的溫度計，也稱寒暑表，用來測室溫，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，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動下就向右偏轉(zhuǎn)(指向高溫);反之，溫度變低，指針在雙金屬片的帶動下就向左偏轉(zhuǎn)(指向低溫)。

6.玻璃管溫度計:玻璃管溫度計是利用熱脹冷縮的原理來實現(xiàn)溫度的測量的。由于測溫介質(zhì)的膨脹系數(shù)與沸點及凝固點的不同，所以我們常見的玻璃管溫度計主要有:煤油溫度計、水銀溫度計、紅鋼筆水溫度計。他的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度相對較高，價格低廉。缺點是測量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測溫介質(zhì)的性質(zhì)限制。且不能遠(yuǎn)傳，易碎。

7.壓力式溫度計:壓力式溫度計是利用封閉容器內(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信號。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。壓力式溫度計的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單，機械強度高，不怕震動。價格低廉，不需要外部能源。缺點是:測溫范圍有限制，一般在-80~400℃;熱損失大響應(yīng)時間較慢。

8.水銀溫度計:水銀溫度計是膨脹式溫度計的一種，水銀的凝固點是 -38.87℃，沸點是 356.7℃，用來測量0--150℃或500℃以內(nèi)范圍的溫度，它只能作為就地監(jiān)督的儀表。用它來測量溫度，不僅比較簡單直觀，而且還可以避免外部遠(yuǎn)傳溫度計的誤差。

最早的溫度計是在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上下移動，根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計，受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大，所以測量誤差較大。

后來伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家，在這個基礎(chǔ)上反復(fù)改進，如把玻璃管倒過來，把液體放在管內(nèi)，把玻璃管封閉等。比較突出的是法國人布利奧在1659年制造的溫度計，他把玻璃泡的體積縮小，并把測溫物質(zhì)改為水銀，具備了溫度計的雛形。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量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度;經(jīng)過反復(fù)實驗與核準(zhǔn)，最后把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉，把純水凝固時的溫度定為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。

在華氏溫度計出現(xiàn)的同時，法國人列繆爾(1683~1757)也設(shè)計制造了一種溫度計。 他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)太小，不宜做測溫物質(zhì)。他專心研究用酒精作為測溫物質(zhì)的優(yōu)點。他反復(fù)實踐發(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個體積單位增大到1080個體積單位。因此他把冰點和沸點之間分成80份，定為自己溫度計的溫度分度，這就是列氏溫度計。

華氏溫度計制成后又經(jīng)過30多年，瑞典人攝爾修斯于1742年改進了華倫海特溫度計的刻度，他把水的沸點定為0度，把水的冰點定為100度。后來他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數(shù)值又倒過來(即沸點100度，冰點0度)，就成了的百分溫度，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)。

英、美國家多用華氏溫度，德國多用列氏溫度，而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以及中國、法國等大多數(shù)國家則多用攝氏溫度。

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，測溫技術(shù)也不斷地改進和提高。由于測溫范圍越來越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測溫儀器。下面介紹幾種。

轉(zhuǎn)動式溫度計是由一個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上的不同位置，從刻度盤上的讀數(shù)，便可知其溫度。

半導(dǎo)體的電阻變化和金屬不同，溫度升高時，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，所制成的溫度計有較高的精密度，常被稱為感溫器。

熱電偶溫度計是由兩條不同金屬連接著一個靈敏的電壓計所組成。金屬接點在不同的溫度下，會在金屬的兩端產(chǎn)生不同的電位差。電位差非常微小，故需靈敏的電壓計才能測得。由電壓計的讀數(shù)，便可知道溫度為何。

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

用不同配方制成的液晶，其相變溫度不同，當(dāng)其相變時，其光學(xué)性質(zhì)也會改變，使液晶看起來變了色。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。此溫度計之優(yōu)點是讀數(shù)容易，而缺點則是精確度不足，常用于觀賞用魚缸中，以指示水溫。

簡介

數(shù)字體溫計是利用溫度傳感器將(溫度)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 然后通過顯示器(如液晶、數(shù)碼管、LED矩陣等)顯示以數(shù)字形式的溫度，能快速準(zhǔn)確地測量人體溫度的最高值，與傳統(tǒng)的水銀體溫計相比，具有讀數(shù)字方便，測量時間短，測量精度高,能記憶并有提示音等優(yōu)點，尤其是數(shù)字體溫計不含水銀，對人體及周圍環(huán)境無害特別適合于醫(yī)院，家庭使用。

使用方法

1 .體溫計使用前，應(yīng)先用酒精對體溫計頭部進行消毒。

2 .按壓開關(guān)，蜂鳴器馬上發(fā)出蜂鳴音，顯示器如圖A 所示，時間約2 秒鐘。

3 .然后顯示器顯示上次側(cè)量的溫度如圖B (假如上次測量為36.5 ℃ )，井持續(xù)2 秒鐘左右。然后顯示器可能顯示如C圖所示."℃ "符號閃爍，表示體溫計己處于待側(cè)狀態(tài)。(如此時室溫高于32 ℃ ，體溫計將顯示室溫而不顯示如D 圖所示，同時"℃ "符號不斷閃爍)。

4 .將體溫計用來量體溫。量體溫時顯示出的溫度值逐漸上升，同時"℃ "符號不斷閃爍。

5 .當(dāng)體溫上升速度在16 秒內(nèi)小于0.1 ℃ 時，"℃"符號停止閃爍，同時體溫計發(fā)出約5 秒鐘的蜂鳴提示聲，這時體溫計測量完畢，可以讀取顯示出的體溫值。

灑落出來的汞必須立即用滴管、毛刷收集起來 ，并用水覆蓋(最好用甘油)，然后在污染處撒上硫磺粉，無液體后(一般約一周時間)方可清掃。

此溫度計的讀數(shù)沒有估讀值?；蛘f讀出數(shù)的最后一位是準(zhǔn)確值，不用再估讀分度值后面的數(shù)字了。

水銀溫度計的使用

使用溫度計時，首先要看清它的量程(測量范圍)，然后看清它的最小分度值，也就是每一小格所表示的值。要選擇適當(dāng)?shù)臏囟扔嫓y量被測物體的溫度。測量時溫度計的液泡應(yīng)與被測物體充分接觸，且玻璃泡不能碰到被測物體的側(cè)壁或底部;讀數(shù)時，溫度計不要離開被測物體，且眼睛的視線應(yīng)與溫度計內(nèi)的液面相平。

1.使用前應(yīng)進行校驗(可以采用標(biāo)準(zhǔn)液溫多支比較法進行校驗或采用精度更高級的溫度計校驗)。

2.不允許使用溫度超過該種溫度計的最大刻度值的測量值。

3.溫度計有熱慣性，應(yīng)在溫度計達到穩(wěn)定狀態(tài)后讀數(shù)。讀數(shù)時應(yīng)在溫度凸形彎月面的最高切線方向讀取，目光直視。

4.切不可用作攪拌棒。

5.水銀溫度計應(yīng)與被測工質(zhì)流動方向相垂直或呈傾斜狀。

6.水銀溫度計常常發(fā)生水銀柱斷裂的情況，消除方法有:

①冷修法:將溫度計的測溫包插入干冰和酒精混合液中(溫度不得超過-38℃)進行冷縮，使毛細(xì)管中的水銀全部收縮到測溫包中為止。

②熱修法:將溫度計緩慢插溫度略高于測量上限的恒溫槽中，使水銀斷裂部分與整個水銀柱連接起來，再緩慢取出溫度計，在空氣中逐漸冷至室溫。

儀表名稱精度等級分度值，℃(攝氏度)

雙金屬溫度計1，1.5，2.5 0.5~20

壓力式溫度計1，1.5，2.5 0.5~20

玻璃液體溫度計0.5~2.5 0.1~10

熱電阻0.5~3 1~10

熱電偶 0.5~1 5~20

光學(xué)高溫計 1~1.5 5~20

輻射溫度計(熱電堆)1.5 5~20

部分輻射溫度計 1~1.5 1~20

比色溫度計1~1.5

實驗室溫度計的使用

在使用溫度計測量液體的溫度時，正確的方法如下:

1.先觀察量程，分度值和0點，所測液體溫度不能超過量程;

2.溫度計的玻璃泡全部浸入被測的液體中，不要碰到容器底或容器壁;

3.溫度計玻璃泡浸入被測液體后要稍等一會，待溫度計的示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù);

4.讀數(shù)時溫度計的玻璃泡要繼續(xù)留在液體中，視線要與溫度計中液柱的上表面相平。

注意:在測溫前千萬不要甩。

實驗用溫度計、體溫計、寒暑表(水銀、酒精、煤油)三種溫度計的比較:

測溫技巧

當(dāng)測量發(fā)光物體表面溫度時，如鋁和不銹鋼，表面的反射會影 響紅外測溫儀的讀數(shù)。在讀取溫度前，可在金屬表面放一膠條，溫度平衡后，測量膠條區(qū)域溫度。

要想紅外測溫儀可從廚房到冷藏區(qū)來回走動仍能提供精確的溫度測量，就要在新環(huán)境下經(jīng)過一段時間以達到溫度平衡后再測量。最好將測溫儀放在經(jīng)常使用的場所。

用紅外測溫儀讀取流體食品的內(nèi)部溫度，像湯或醬，必須攪動，然后就可測表面溫度。使測溫儀遠(yuǎn)離蒸汽，以避免污染透鏡，導(dǎo)致不正確的讀數(shù)。

低溫下實際使用的溫度計，主要有氣體溫度計、蒸氣壓溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計和磁溫度計等。因各種溫度計及其使用的溫度范圍中繪出了各種溫度計適用的測溫區(qū)。

是利用理想氣體的壓強和體積的乘積與絕對溫度成比例這一規(guī)律來進行溫度測量的。它有固定壓強、測量體積的變化來確定溫度的定壓氣體溫度計，和固定體積、測量壓強變化來確定溫度的定容氣體溫度計。后者測量溫度的精度高，裝置較簡單。定容溫度計在進行精確的修正后可近似于理想氣體溫度計。

利用與液體呈熱平衡狀態(tài)的飽和蒸氣壓來指示溫度，其優(yōu)點是在可使用的溫度區(qū)間內(nèi)靈敏度很高，尤其是在沸點附近，裝置簡單。缺點是可使用的溫度范圍窄。

有金屬電阻溫度計和半導(dǎo)體電阻溫度計兩類。它們都是利用電阻隨溫度變化(只是兩者的電阻溫度系數(shù)符號相反)這一特性。前者有鉑、金、銅、鎳、銦等純金屬和銠鐵、磷青銅等合金;后者有碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠，已廣泛應(yīng)用;尤其是半導(dǎo)體電阻溫度計，在極低溫度下具有非常高的靈敏度。

是基于塞貝克效應(yīng)(見溫差電現(xiàn)象)。常用的有銅-康銅、鐵-康銅、鎳鉻-康銅、鎳鉻-金鐵以及金鈷-銅等。它們的接點體積小、容量小、制作簡單、安裝方便，也得到廣泛的應(yīng)用。

是利用某些順磁性物質(zhì)(例如，硝酸鈰鎂、硫酸錳銨和硫酸鐵銨)的磁化率在低溫下遵從居里定律(□=□/□)或居里-外斯定律〔□=□/(CT- □)〕,式中□ 和□ 分別為居里常數(shù)和居里溫度,由測出的□值而求出溫度。磁溫度計主要是在1K以下的極低溫溫區(qū)中使用。