小儀器有大學問 溫度計發展史探究

2020-11-26 OFweek

  溫度計是測溫

儀器

的總稱。根據所用測溫物質的不同和測溫範圍的不同,有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。

 

  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。這種溫度計,受外界大氣壓強等環境因素的影響較大,所以測量誤差大。

 

  伽利略發明的第一個溫度計

 

  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,這樣的溫度計已具備了現在溫度計的雛形。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度,他把水的沸點定為零度,把水的冰點定為100度。後來他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數值又倒過來,就成了現在的百分溫度,即攝氏溫度,用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關係為

 

  ℉=9/5℃+32,或℃=5/9(℉-32)。

 

  現在英、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,以及我國、法國等大多數國家則多用攝氏溫度。

 

  隨著科學技術的發展和現代工業技術的需要,測溫技術也不斷地改進和提高。由於測溫範圍越來越廣,根據不同的要求,又製造出不同需要的測溫儀器。下面介紹幾種。

 

  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。

 

  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,已廣泛應用。它的測量範圍為-260℃至600℃左右。

 

  溫差電偶溫度計是一種工業上廣泛應用的測溫儀器。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

連接,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。這種溫度計多用銅——康銅、鐵——康銅、鎳銘——康銅、金鈷——銅、鉑——銠等組成。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。

 

  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複雜,這裡不再討論。其測量範圍為500℃至3000℃以上,不適用於測量低溫。

 

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