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温度计、测温计
概述

    温度计是可以准确的判断和测量温度的工具,分为指针温度计和数字温度计。根据使用目的的区别,已设计制造出多种温度计。其设计的依据有:利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象;在定容条件下,气体(或蒸气)压强因区别温度而变换;热电效应的作用;电阻随温度的变换而变换;热辐射的影响等。

发展史

    最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(1564~1642)发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差较大。
    后来伽利略的学生和其他科学家,在这个基础上反复改进,如把玻璃管倒过来,把液体放在管内,把玻璃管封闭等。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计,他把玻璃泡的体积缩小,并把测温物质改为水银,具备了温度计的雏形。以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度;经过反复实验与核准,最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉,把纯水凝固时的温度定为32℉,把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉,用℉代表华氏温度,这就是华氏温度计。
    在华氏温度计出现的同时,法国人列缪尔(1683~1757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小,不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现,含有1/5水的酒精,在水的结冰温度和沸腾温度之间,其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份,定为自己温度计的温度分度,这就是列氏温度计。
    华氏温度计制成后又经过30多年,瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度,他把水的沸点定为0度,把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来(即沸点100度,冰点0度),就成了的百分温度,即摄氏温度,用℃表示。华氏温度与摄氏温度的关系为℉=9/5℃+32,或℃=5/9(℉-32)。
    英、美国家多用华氏温度,德国多用列氏温度,而世界科技界和工农业生产中,以及中国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。

种类

    一般说来,一切物质的任一物理属性,只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化,都可用来标志温度而制成温度计。
    1、气体温度计
    多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高,多用于精密测量。
    2、电阻温度计
    分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的;半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用。它的测量范围为-260℃~600℃左右。
    3、温差电偶温度计
    是一种工业上广泛应用的测温仪器。利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端,另两端与测量仪表连接,形成电路。把工作端放在被测温度处,工作端与自由端温度不同时,就会出现电动势,因而有电流通过回路。通过电学量的测量,利用已知处的温度,就可以测定另一处的温度。它适用于温差较大的两种物质之间,多用于高温和低浊测量。有的温差电偶能测量高达3000℃的高温,有的能测接近绝对零度的低温。
    4、高温温度计
    是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计,有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。高温温度计的原理和构造都比较复杂,这里不再讨论。其测量范围为500℃~3000℃以上,不适用于测量低温。
    5、指针式温度计
    是形如仪表盘的温度计,也称寒暑表,用来测室温,是用金属的热胀冷缩原理制成的。它是以双金属片做为感温元件,用来控制指针。双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起,且铜片在左,铁片在右。由于铜的热胀冷缩效果要比铁明显的多,因此当温度升高时,铜片牵拉铁片向右弯曲,指针在双金属片的带动下就向右偏转(指向高温);反之,温度变低,指针在双金属片的带动下就向左偏转(指向低温)。
    6、玻璃管温度计
    玻璃管温度计是利用热胀冷缩的原理来实现温度的测量的。由于测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同,所以我们常见的玻璃管温度计主要有:煤油温度计、水银温度计、红钢笔水温度计。他的优点是结构简单,使用方便,测量精度相对较高,价格低廉。缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制。且不能远传,易碎。
    7、压力式温度计
    压力式温度计是利用封闭容器内的液体,气体或饱和蒸气受热后产生体积膨胀或压力变化作为测信号。它的基本结构是由温包、毛细管和指示表三部分组成。压力式温度计的优点是:结构简单,机械强度高,不怕震动。价格低廉,不需要外部能源。缺点是:测温范围有限制,一般在-80~400℃;热损失大响应时间较慢。
    8、水银温度计
    水银温度计是膨胀式温度计的一种,水银的凝固点是-38.87℃,沸点是356.7℃,用来测量0~150℃或500℃以内范围的温度,它只能作为就地监督的仪表。用它来测量温度,不仅比较简单直观,而且还可以避免外部远传温度计的误差。

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