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温度測量

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温度測量是用測温儀器對物體的温度作定量的測量。温度物理量的測度測量實際上是對該物體的某一量,該物理量應該在一定温度範圍內隨物體温度的變化而作單調的較顯著的變化。據物理定律,由該物理量的數值來顯示被測物體的温度。 [1] 
中文名
温度測量
範    圍
物理量
儀    器
温度計
分    類
儀器

目錄

温度測量簡介

使用測温儀表對物體的温度進行定量的測量,測量温度時,總是選擇一種在一定温度範圍內隨温度變化的物理量作為温度的標誌,根據所依據的物理定律,由該物理量的數值顯示被測物體的温度。
目前,温度測量的方法已達數十種之多。根據温度測量所依據的物理定律和所選擇作為温度標誌的物理量,測量方法可以歸納成下列幾類。
膨脹測温法採用幾何量(體積、長度)作為温度的標誌。最常見的是利用液體的體積變化來指示温度的玻璃液體温度計。還有雙金屬温度計和定壓氣體温度計等。
玻璃液體温度計這種温度計由温泡、玻璃毛細管和刻度標尺等組成。從結構上可分三種:棒式温度計的標尺直接刻在厚壁毛細管上:內標式温度計的標尺封在玻璃套管中;外標式温度計的標尺則固定在玻璃毛細管之外。温泡和毛細管中裝有某種液體。最常用的液體為汞、酒精和甲苯等。温度變化時毛細管內液麪直接指示出温度。
精密温度計幾乎都採用汞作測温媒質。玻璃汞温度計的測量範圍為-30~600°C;用汞鉈合金代替汞,測温下限可延伸到-60°C;某些有機液體的測温下限可低達-150°C。這類温度計的主要缺點是:測温範圍較小;玻璃有熱滯現象(玻璃膨脹後不易恢復原狀);露出液柱要進行温度修正等。
雙金屬温度計把兩種線膨脹係數不同的金屬組合在一起,一端固定,當温度變化時,因兩種金屬的伸長率不同,另一端產生位移,帶動指針偏轉以指示温度。工業用雙金屬温度計由測温杆(包括感温元件和保護管)和錶盤(包括指針、刻度盤和玻璃護面)組成。測温範圍為-80~600°C。它適用於工業上精度要求不高時的温度測量。
定壓氣體温度計對一定質量的氣體保持其壓強不變,採用體積作為温度的標誌。它只用於測量熱力學温度(見熱力學温標),很少用於實際的温度測量。
壓力測温法採用壓強作為温度的標誌。屬於這一類的温度計有工業用壓力錶式温度計、定容式氣體温度計和低温下的蒸氣壓温度計三種。
壓力錶式温度計其密閉系統由温泡、連接毛細管和壓力計彈簧組成,在密閉系統中充有某種媒質。當温泡受熱時,其中所增加的壓力由毛細管傳到壓力計彈簧。彈簧的彈性形變使指針偏轉以指示温度。温泡中的工作媒質有三種:氣體、蒸氣和液體。①氣體媒質温度計如用氮氣作媒質,最高可測到500~550°C;用氫氣作媒質,最低可測到-120°C。②蒸氣媒質温度計常用某些低沸點的液體如氯乙烷、氯甲烷、乙醚作媒質。温泡的一部分容積中放這種液體,其餘部分中充滿它們的飽和蒸氣。③液體媒質一般用水銀。
這類温度計適用於工業上測量精度要求不高的温度測量。
定容氣體温度計保持一定質量某種氣體的體積不變,用其壓強變化來指示温度。這種温度計通常由温泡、連接毛細管、隔離室和精密壓力計等組成。它是測量熱力學温度的主要手段。1968年國際實用温標的大多數定義固定點的指定值都是根據這種温度計的測定結果來確定的。它在温標的建立和研究中起着重要的作用,而很少用於一般測量。
蒸氣壓温度計用於低温測量。它是根據化學純物質的飽和蒸氣壓與温度有確定關係的原理來測定温度的一種温度計。它由温泡、連接毛細管和精密氣壓計等組成,工作媒質有氧、氮、氖、氫和氦。充氧的温度計使用範圍為54.361~94K,氮為63~84K,氖為24.6~40K,氫為13.81~30K,氦為0.2~5.2K。蒸氣壓温度計的測温精度高,裝置較為複雜,但比氣體温度計簡單,在測温學實驗中常用作標準温度計。
電學測温法採用某些隨温度變化的電學量作為温度的標誌。屬於這一類的温度計主要有熱電偶温度計、電阻温度計和半導體熱敏電阻温度計。
熱電偶温度計是一種在工業上使用極廣泛的測温儀器。熱電偶由兩種不同材料的金屬絲組成。兩種絲材的一端焊接在一起,形成工作端,置於被測温度處;另一端稱為自由端,與測量儀表相連,形成一個封閉迴路。當工作端與自由端的温度不同時,迴路中就會出現熱電動勢(見温差電現象)。當自由端温度固定時(如 0°C),熱電偶產生的電動勢就由工作端的温度決定。熱電偶的種類有數十種之多。有的熱電偶能測高達 3000°C的高温,有的熱電偶能測量接近絕對零度的低温。
電阻温度計根據導體電阻隨温度的變化規律來測量温度。最常用的電阻温度計都採用金屬絲繞製成的感温元件。主要有鉑電阻温度計和銅電阻温度計。低温下還使用銠鐵、碳和鍺電阻温度計。
精密鉑電阻温度計目前是測量準確度最高的温度計,最高準確度可達萬分之一攝氏度。在-273.34~630.74°C範圍內,它是復現國際實用温標的基準温度計。中國還廣泛使用一等和二等標準鉑電阻温度計來傳遞温標,用它作標準來檢定水銀温度計和其他類型温度計。
半導體熱敏電阻温度計利用半導體器件的電阻隨温度變化的規律來測定温度,其靈敏度很高。主要用於低精度測量。
磁學測温法根據順磁物質的磁化率與温度的關係(見順磁性)來測量温度。磁温度計主要用於低温範圍,在超低温(小於1K)測量中,是一種重要的測温手段。
聲學測温法採用聲速作為温度標誌,根據理想氣體中聲速的二次方與開爾文温度成正比的原理來測量温度。通常用聲干涉儀來測量聲速。這種儀表稱為聲學温度計。主要用於低温下熱力學温度的測定。
頻率測温法採用頻率作為温度標誌,根據某些物體的固有頻率隨温度變化的原理來測量温度。這種温度計叫頻率温度計。在各種物理量的測量中,頻率(時間)的測量準確度最高(相對誤差可小到1×10),近些年來頻率温度計受到人們的重視,發展很快。石英晶體温度計的分辨率可小到萬分之一攝氏度或更小,還可以數字化,故得到廣泛使用。此外,核磁四極共振温度計也是以頻率作為温度標誌的温度計。例如氯酸鉀中
温度測量 温度測量

温度測量相關連接

各種温度測量傳感器性能及參數
參考資料
  • 1.    徐龍道.物理學詞典:科學出版社,2007.9