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基本常識(shí)
英文名稱:thermometer
簡(jiǎn)介:溫度計(jì)可以準(zhǔn)確的判斷和測(cè)量溫度
儀器簡(jiǎn)介
溫度計(jì)是測(cè)溫儀器的總稱。根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同,有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差電偶溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)和光測(cè)溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)等。
根據(jù)使用目的的不同,已設(shè)計(jì)制造出多種溫度計(jì)。其設(shè)計(jì)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(或蒸氣壓強(qiáng)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。
一般地說,任何物質(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(jì)。
早的溫度計(jì)是在1593年由意大利科學(xué)家伽利略(1564~1642)發(fā)明的。他的*只溫度計(jì)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(shí)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(huì)上下移動(dòng),根據(jù)移動(dòng)的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計(jì)有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計(jì),受外界大氣壓強(qiáng)等環(huán)境因素的影響較大,所以測(cè)量誤差大。
后來伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家,在這個(gè)基礎(chǔ)上反復(fù)改進(jìn),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(guó)人布利奧在1659年制造的溫度計(jì),他把玻璃泡的體積縮小,并把測(cè)溫物質(zhì)改為水銀,這樣的溫度計(jì)已具備了現(xiàn)在溫度計(jì)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(cè)量物質(zhì),制造了更的溫度計(jì)。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時(shí)的溫度、鹽水和冰混合時(shí)的溫度;經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)與核準(zhǔn),后把一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0℉,把純水凝固時(shí)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(jì)。
在華氏溫度計(jì)出現(xiàn)的同時(shí),法國(guó)人列繆爾(1683~1757)也設(shè)計(jì)制造了一種溫度計(jì)。他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)太小,不宜做測(cè)溫物質(zhì)。他專心研究用酒精作為測(cè)溫物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。他反復(fù)實(shí)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(gè)體積單位增大到1080個(gè)體積單位。因此他把冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間分成80份,定為自己溫度計(jì)的溫度分度,這就是列氏溫度計(jì)。
華氏溫度計(jì)制成后又經(jīng)過30多年,瑞典人攝爾修斯于1742年改進(jìn)了華倫海特溫度計(jì)的刻度,他把水的沸點(diǎn)定為0度,把水的冰點(diǎn)定為100度。后來他的同事施勒默爾把兩個(gè)溫度點(diǎn)的數(shù)值又倒過來,就成了現(xiàn)在的百分溫度,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)。
現(xiàn)在英、美國(guó)家多用華氏溫度,德國(guó)多用列氏溫度,而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,以及我國(guó)、法國(guó)等大多數(shù)國(guó)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(cè)溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高。由于測(cè)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(cè)溫儀器。下面介紹幾種。
1、氣體溫度計(jì):多用氫氣或氦氣作測(cè)溫物質(zhì),因?yàn)闅錃夂秃獾囊夯瘻囟群艿?,接近于零度,故它的測(cè)溫范圍很廣。這種溫度計(jì)度很高,多用于精密測(cè)量。
2、電阻溫度計(jì):分為金屬電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體電阻溫度計(jì),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(jì)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(jì)主要用碳、鍺等。電阻溫度計(jì)使用方便可靠,已廣泛應(yīng)用。它的測(cè)量范圍為-260℃至600℃左右。
3、溫差電偶溫度計(jì):是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的測(cè)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(cè)量?jī)x表連接,形成電路。把工作端放在被測(cè)溫度處,工作端與自由端溫度不同時(shí),就會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì),因而有電流通過回路。通過電學(xué)量的測(cè)量,利用已知處的溫度,就可以測(cè)定另一處的溫度。這種溫度計(jì)多用銅——康銅、鐵——康銅、鎳銘——康銅、金鈷——銅、鉑——銠等組成。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(cè)量。有的溫差電偶能測(cè)量高達(dá)3000℃的高溫,有的能測(cè)接近零度的低溫。
4、高溫溫度計(jì):是指專門用來測(cè)量500℃以上的溫度的溫度計(jì),有光測(cè)溫度計(jì)、比色溫度計(jì)和輻射溫度計(jì)。高溫溫度計(jì)的原理和構(gòu)造都比較復(fù)雜,這里不再討論。其測(cè)量范圍為500℃至3000℃以上,不適用于測(cè)量低溫。
5、指針式溫度計(jì):是形如儀表盤的溫度計(jì),也稱寒暑表,用來測(cè)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(shí),銅片牽拉鐵片向右彎曲,指針在雙金屬片的帶動(dòng)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(dòng)下就向左偏轉(zhuǎn)(指向低溫)。
6、玻璃管溫度計(jì):玻璃管溫度計(jì)是利用熱脹冷縮的原理來實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量的。由于測(cè)溫介質(zhì)的膨脹系數(shù)與沸點(diǎn)及凝固點(diǎn)的不同,所以我們常見的玻璃管溫度計(jì)主要有:煤油溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、紅鋼筆水溫度計(jì)。他的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,測(cè)量精度相對(duì)較高,價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是測(cè)量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測(cè)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(jì):壓力式溫度計(jì)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(cè)信號(hào)。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。它是早應(yīng)用于生產(chǎn)過程溫度控制的方法之一。壓力式測(cè)溫系統(tǒng)現(xiàn)在仍然是就地指示和控制溫度中應(yīng)用十分廣泛的測(cè)量方法。壓力式溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,機(jī)械強(qiáng)度高,不怕震動(dòng)。價(jià)格低廉,不需要外部能源。缺點(diǎn)是:測(cè)溫范圍有限制,一般在-80~400℃;熱損失大響應(yīng)時(shí)間較慢;儀表密封系統(tǒng)(溫包,毛細(xì)管,彈簧管)損壞難于修理,必須更換;測(cè)量精度受環(huán)境溫度、溫包安裝位置影響較大,精度相對(duì)較低;毛細(xì)管傳送距離有限制。
8、轉(zhuǎn)動(dòng)式溫度計(jì):轉(zhuǎn)動(dòng)式溫度計(jì)是由一個(gè)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。
9、半導(dǎo)體溫度計(jì):半導(dǎo)體的電阻變化和金屬不同,溫度升高時(shí),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(jì)有較高的精密度,常被稱為感溫器。
10、熱電偶溫度計(jì):熱電偶溫度計(jì)是由兩條不同金屬連接著一個(gè)靈敏的電壓計(jì)所組成。金屬接點(diǎn)在不同的溫度下,會(huì)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(jì)才能測(cè)得。由電壓計(jì)的讀數(shù),便可知道溫度為何。
11、光測(cè)高溫計(jì):物體溫度若高到會(huì)發(fā)出大量的可見光時(shí),便可利用測(cè)量其熱輻射的多寡以決定其溫度,此種溫度計(jì)即為光測(cè)溫度計(jì)。此溫度計(jì)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(jì)與可變電阻的電路制成。使用前,先建立燈絲不同亮度所對(duì)應(yīng)溫度與電流計(jì)上的讀數(shù)的關(guān)系。使用時(shí),將望遠(yuǎn)鏡對(duì)正待測(cè)物,調(diào)整電阻,使燈泡的亮度與待測(cè)物相同,這時(shí)從電流計(jì)便可讀出待測(cè)物的溫度了。
12、液晶溫度計(jì):用不同配方制成的液晶,其相變溫度不同,當(dāng)其相變時(shí),其光學(xué)性質(zhì)也會(huì)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(jì)之優(yōu)點(diǎn)是讀數(shù)容易,而缺點(diǎn)則是度不足,常用于觀賞用魚缸中,以指示水溫。
儀表名稱 精度等級(jí) 分度值,℃
雙金屬溫度計(jì) 1,1.5,2.5 0.5~20
壓力式溫度計(jì) 1,1.5,2.5 0.5~20
玻璃液體溫度計(jì) 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(jì) 1~1.5 5~20
輻射溫度計(jì)(熱電堆) 1.5 5~20
部分輻射溫度計(jì) 1~1.5 1~20
比色溫度計(jì) 1~1.5
在使用溫度計(jì)測(cè)量液體的溫度時(shí),正確的方法如下:
1.溫度計(jì)的玻璃泡全部浸入被側(cè)的液體中,不要碰到容器底或容器壁。
2.溫度計(jì)玻璃泡浸入被測(cè)液體后要稍等一會(huì),待溫度計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)。
3.讀數(shù)時(shí)溫度計(jì)的玻璃泡要繼續(xù)留在液體中,視線要與溫度計(jì)中液柱的上表面向平。
注意:在測(cè)溫前千萬不要甩
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