溫度測量方法

 我們大家都知道溫度是表征物體冷熱程度的物理量。而測量溫度的標尺是溫度計，其按照測量方式可以分為接觸式和非接觸式兩種。

通常來說的接觸式測量儀表比較簡單、可靠，測量精度高，但是因為測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換，所以其需要一定的時間才能達到熱平衡，所以，存在測溫延遲現象，同時受耐高溫和耐低溫材料的限制，不能應用于這些的溫度測量。非接觸式儀表測溫儀是通過熱輻射的原理來測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快；但受到物體發射率、測量距離、煙塵和水汽等外界因素的影響，其測量誤差較大。

下面就簡單介紹幾種溫度計：

　  1、氣體溫度計：利用一定質量的氣體作為工作物質的溫度計。用氣體溫度計來體現理想氣體溫標為標準溫標。用氣體溫度計所測得的溫度和熱力學溫度相吻合。氣體溫度計是在容器里裝有氫或氮氣（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，接近于零度，故它的測溫范圍很廣），它們的性質可外推到理想氣體。這種溫度計有兩種類型：定容氣體溫度計和定壓氣體溫度計。定容氣體溫度計是氣體的體積保持不變，壓強隨溫度改變。定壓氣體溫度計是氣體的壓強保持不變，體積隨溫度改變。

　  2、電阻溫度計：根據導體電阻隨溫度而變化的規律來測量溫度的溫度計。zui常用的電阻溫度計都采用金屬絲繞制成的感溫元件，主要有鉑電阻溫度計和銅電阻溫度計，在低溫下還有碳、鍺和銠鐵電阻溫度計。精密的鉑電阻溫度計是目前zui的溫度計，溫度覆蓋范圍約為14～903K，其誤差可低到萬分之一攝氏度，它是能復現實用溫標的基準溫度計。我國還用一等和二等標準鉑電阻溫度計來傳遞溫標，用它作標準來檢定水銀溫度計和其他類型的溫度計。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，已廣泛應用。它的測量范圍為-260℃至600℃左右。

　  3、溫差電偶溫度計：利用溫差電偶來測量溫度的溫度計。將兩種不同金屬導體的兩端分別連接起來，構成一個閉合回路，一端加熱，另一端冷卻，則兩個接觸點之間由于溫度不同，將產生電動勢，導體中會有電流發生。因為這種溫差電動勢是兩個接觸點溫度差的函數，所以利用這一特性制成溫度計。若在溫差電偶的回路里再接入一種或幾種不同金屬的導線，所接入的導線與接觸點的溫度都是均勻的，對原電動勢并無影響，通過測量溫差電動勢來求被測的溫度，這樣就構成了溫差電偶溫度計。這種溫度計測溫范圍很大。例如，銅和康銅構成的溫差電偶的測溫范圍在200～400℃之間；鐵和康銅則被使用在200～1000℃之間；由鉑和鉑銠合金（銠10%）構成的溫差電偶測溫可達千攝氏度以上；銥和銥銠（銠50%）可用在2300℃；若用鎢和鉬（鉬25%）則可高達2600℃。

　　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造都比較復雜，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）。

　 6、玻璃管溫度計：玻璃管液體溫度計是應用zui廣泛的一種溫度計，其結構簡單、使用方便、準確度高、價格低廉。按用途分類，可分為工業、標準和實驗室用三種。標準玻璃溫度計是成套供應的，可以作為檢定其他溫度計用，準確度可達0.05 ~ 0.1攝氏度；工業用玻璃溫度計為了避免使用是被碰碎，在玻璃管外通常由金屬保護套管，僅露出標尺部分，供操作人員讀數。實驗室用的玻璃管溫度計的形式和標準的相仿，準確度也較高。

　　7、壓力式溫度計：新一代液體壓力式溫度計以及由此開發的系列化測溫儀表，克服了原儀表性能單一，可靠性差以及溫包積大的缺點，并將測溫元件體積縮小到原來的1/30或1/60，創造性地將傳感器熱電阻安裝于測溫元件內，實現了機電一體化的測溫功能。形成了以液體壓力式溫度計為基本測溫儀表的遠傳、防震、防腐、電接點、溫度信號變送等多功能系列化溫度儀表。分為兩個系列，普通型和防爆型。該溫度計的原理是基于密閉測溫系統內蒸發液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的變化關系，而進行溫度測量的。當溫包感受到溫度變化時，密閉系統內飽和蒸氣產生相應的壓力，引起彈性元件曲率的變化，使其自由端產生位移，再由齒輪放大機構把位移變為指示值，這種溫度計具有溫包體積小，反應速度快、靈敏度高、讀數直觀等特點，幾乎集合了玻璃棒溫度計、雙金屬溫度計、氣體壓力溫度計的所有優點，它可以制造成防震、防腐型，并且可以實現遠傳觸點信號、熱電阻信號、 0-10mA或4-20mA信號。是目前使用范圍zui廣、性能zui全面的一種機械式測溫儀表。

　　8、轉動式溫度計：轉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，便可知其溫度。

　  9、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，并且變化幅度較大。因此少量的溫度變化也可使電阻產生明顯的變化，所制成的溫度計有較高的精密度，常被稱為感溫器。

　　10、熱電偶溫度計：兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：

　　①熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數；②熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；③當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。

　　11、光測高溫計：它是利用熱源輻射的亮度和溫度的關系來測量高溫的儀器。該儀器主要部分包括：望遠鏡M管內裝一紅色玻璃濾色鏡F及一個小燈泡L。當光測高溫計對著熔鐵爐時。從望遠鏡里看到燈泡的黑色燈絲及后面爐火的強光。燈絲和電源E及可變電阻R串接，調節可變電阻R的阻值使適當的電流通過燈絲。直到燈絲的亮度與爐火的亮度相同時為止。如果事先在安培表A上將已知溫度值刻好，則由安培表的讀數就可以直接讀出溫度的數值。測溫時，不需將儀器與被測體接觸，因此光測高溫計，可用來測很多金屬的熔點以上的溫度。

　　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少以決定其溫度，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制成。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系。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。

　　12、液晶溫度計：用不同配方制成的液晶，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。此溫度計之優點是讀數容易，而缺點則是度不足，常用于觀賞用魚缸中，以指示水溫。