溫度計:工作原理,發明及改進,儀器種類,轉動式溫度計,半導體溫度計,熱電偶溫度計,

溫度計是可以準確地判斷和測量溫度的工具，分為指針溫度計和數字溫度計。根據使用目的的區別，已設計製造出多種溫度計。

基本介紹

中文名：溫度計
外文名：thermometer; thermograph; heat indicator; temperature indicator
功能：測溫儀器
分類：指針溫度計和數字溫度計

工作原理,發明及改進,儀器種類,轉動式溫度計,半導體溫度計,熱電偶溫度計,光測高溫計,液晶溫度計,數字溫度計,水銀溫度計,分度值,使用方法,相關趣聞,

工作原理

根據使用目的的區別，已設計製造出多種溫度計。其設計的依據有：利用固體、液體、氣體受溫度的影響而熱脹冷縮的現象;在定容條件下，氣體(或蒸氣）的壓強因區別溫度而變換;熱電效應的作用;電阻隨溫度的變換而變換;熱輻射的影響等。

1．氣體溫度計：多用氫氣或氦氣作測溫物質，因為氫氣和氦氣的液化溫度很低，接近於絕對零度，故它的測溫範圍很廣。這種溫度計精確度很高，多用於精密測量。

2．電阻溫度計：分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計，都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性製成的。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；半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠，已廣泛套用。它的測量範圍為-260℃至600℃左右。

3．溫差電偶溫度計：是一種工業上廣泛套用的測溫儀器。利用溫差電現象製成。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線，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，就會出現電動勢，因而有電流通過迴路。通過電學量的測量，利用已知處的溫度，就可以測定另一處的溫度。它適用於溫差較大的兩種物質之間，多用於高溫和低濁測量。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．指針式溫度計：是形如儀錶盤的溫度計，也稱寒暑表，用來測室溫，是用金屬的熱脹冷縮原理製成的。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。由於銅的熱脹冷縮效果要比鐵明顯的多，因此當溫度升高時，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（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（指向低溫）。

5．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溫度的測量的。由於測溫介質的膨脹係數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。他的優點是結構簡單，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量與測溫介質的性質限制。且不能遠傳，易碎。

6．壓力式溫度計：壓力式溫度計是利用封閉容器內的液體，氣體或飽和蒸氣受熱後產生體積膨脹或壓力變化作為測信號。它的基本結構是由溫包、毛細管和指示表三部分組成。壓力式溫度計的優點是：結構簡單，機械強度高，不怕震動。價格低廉，不需要外部能源。缺點是：測溫範圍有限制，一般在-80~400℃；熱損失大回響時間較慢。

7．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℃以內範圍的溫度，它只能作為就地監督的儀表。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傳溫度計的誤差。

發明及改進

最早的溫度計是在1593年由義大利科學家伽利略（1564～1642）發明的。他的第一隻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，然後把玻璃管插入水中。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境因素的影響較大，所以測量誤差較大。

後來伽利略的學生和其他科學家，在這個基礎上反覆改進，如把玻璃管倒過來，把液體放在管內，把玻璃管封閉等。比較突出的是法國人布利奧在1659年製造的溫度計，他把玻璃泡的體積縮小，並把測溫物質改為水銀，具備了溫度計的雛形。以後荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測量物質，製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；經過反覆實驗與核准，最後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℉，把標準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。

在華氏溫度計出現的同時，法國人列繆爾（1683～1757）也設計製造了一種溫度計。他認為水銀的膨脹係數太小，不宜做測溫物質。他專心研究用酒精作為測溫物質的優點。他反覆實踐發現，含有1/5水的酒精，在水的結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。

華氏溫度計製成後又經過30多年，瑞典人攝爾修斯於1742年改進了華倫海特溫度計的刻同事施勒默爾把兩個溫度點的數值又倒過來（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係為℉=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業生產中，以及中國、法國等大多數國家則多用攝氏溫度。

儀器種類

轉動式溫度計

轉動式溫度計是由一個捲曲的雙金屬片製成。雙金屬片一端固定，另一端連線著指針。兩金屬片因膨脹程度不同，在不同溫度下，造成雙金屬片捲曲程度不同，指針則隨之指在刻度盤上的不同位置，從刻度盤上的讀數，便可知其溫度。

半導體溫度計

半導體的電阻變化和金屬不同，溫度升高時，其電阻反而減少，並且變化幅度較大。因此少量的溫度變化也可使電阻產生明顯的變化，所製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

熱電偶溫度計是由兩條不同金屬連線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，便可知道溫度為何。

光測高溫計

物體溫度若高到會發出大量的可見光時，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鏡及一組帶有小燈泡、電流計與可變電阻的電路製成。使用前，先建立燈絲不同亮度所對應溫度與電流計上的讀數的關係。使用時，將望遠鏡對正待測物，調整電阻，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。

液晶溫度計

用不同配方製成的液晶，其相變溫度不同，當其相變時，其光學性質也會改變，使液晶看起來變了色。如果將不同相變溫度的液晶塗在一張紙上，則由液晶顏色的變化，便可知道溫度為何。此溫度計之優點是讀數容易，而缺點則是精確度不足，常用於觀賞用魚缸中，以指示水溫。

數字溫度計

數字型溫計是利用溫度感測器將（溫度）轉換成數位訊號，

然後通過顯示器（如液晶、數碼管、LED矩陣等）顯示以數字形式的溫度，能快速準確地測量人體溫度的最高值，與傳統的水銀體溫計相比，具有讀數字方便，測量時間短，測量精度高,能記憶並有提示音等優點，尤其是數字型溫計不含水銀，對人體及周圍環境無害特別適合於醫院，家庭使用。使用方法分為以下步驟：

1 ．體溫計使用前，應先用酒精對體溫計頭部進行消毒。

2 ．按壓開關，蜂鳴器馬上發出蜂鳴音，顯示器如圖A 所示，時間約2 秒鐘。

3 ．然後顯示器顯示上次側量的溫度如圖B （假如上次測量為36.5 ℃ ），井持續2 秒鐘左右。然後顯示器可能顯示如C圖所示．“℃ ”符號閃爍，表示體溫計己處於待側狀態。（如此時室溫高於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 ．當體溫上升速度在16 秒內小於0.1 ℃ 時，“℃”符號停止閃爍，同時體溫計發出約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。

水銀溫度計

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

1．使用前應進行校驗（可以採用標準液溫多支比較法進行校驗或採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，應在溫度計達到穩定狀態後讀數。讀數時應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．水銀溫度計應與被測工質流動方向相垂直或呈傾斜狀。

6．水銀溫度計常常發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乾冰和酒精混合液中（溫度不得超過-38℃）進行冷縮，使毛細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於測量上限的恆溫槽中，使水銀斷裂部分與整個水銀柱連線起來，再緩慢取出溫度計，在空氣中逐漸冷至室溫。

分度值

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

使用方法

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後要稍等一會，待溫度計的示數穩定後再讀數；

4．讀數時溫度計的玻璃泡要繼續留在液體中，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：

	實驗用溫度計	體溫計	寒暑表
原理	液體熱脹冷縮
構造	無縮口	有縮口	無縮口
使用注意事項	不能離開被測物體讀數	可離開被測物體讀數	不能離開被測物體讀數
測溫	不能甩	用前要甩	不能甩
量程	-20℃-110℃	35℃-42℃	-30℃-50℃
分度值	1℃	0.1℃	1℃

測溫技巧

當測量發光物體表面溫度時，如鋁和不鏽鋼，表面的反射會影響紅外測溫儀的讀數。在讀取溫度前，可在金屬表面放一膠條，溫度平衡後，測量膠條區域溫度。

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

用紅外測溫儀讀取流體食品的內部溫度，像湯或醬，必須攪動，然後就可測表面溫度。使測溫儀遠離蒸汽，以避免污染透鏡，導致不正確的讀數。

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