水銀體溫計,是怎麼做出來的?

2020-12-04 中科院物理所

大家都知道,伽利略發明了第一支溫度計...今天我們要寫的就是這平平無奇,但是國民度一級棒的溫度計了。雖然近來街上用的、店裡賣的,都已經是紅外額溫槍、耳溫槍的天下了,但是誰心裡沒有一隻懷舊的水銀體溫計呢?

測溫原理

玻璃管溫度計是利用了液體熱脹冷縮的原理,不同液體有不同的熱膨脹係數,隨著溫度的變化,體積也會變化。伽利略當年用的是水當媒介,而現在常見的有水銀、酒精、煤油等介質的溫度計。我們再考慮上沸點和凝固點的溫度,溫度計也就有了不同的適用場景,比如水銀的凝固點是 -39℃,在大東北嚴冬的室外,可能就要凝固沒法量溫度了...而酒精的沸點 78.5℃ 也不能用來測高溫的液體…

不過因為水銀暴露在外,會對健康和環境不利,我們九年義務教育的時候都在書上學到過日本那個水俁(yǔ)病吧?現在根據國際上《關於汞的水俁公約》,從今年起,我國也將禁止生產和進出口含汞產品,水銀溫度計也將逐漸退出歷史舞臺(邊寫邊抬眼看了手邊的這根絕版貨)...

玻璃管拉頸

溫度計是由充滿水銀的玻璃泡和刻著刻度的玻璃直管構成的。首先要對直管進行拉頸處理。把玻璃管固定住,玻璃管邊旋轉,邊被火焰加熱。

玻璃管下方就用氣泵打入空氣,就讓加熱的玻璃管區域會逐漸形成一個氣泡,因為玻璃已經軟了,就跟小口吹了個氣球一樣...其他未加熱的地方,則還是細細的管道。

把玻璃管在氣泡處折斷,斷口就形成一個漏鬥狀...這是我們體溫計的直管部分了。

接泡處理

接泡處理指的是底下那個裝水銀的玻璃泡,要把它和玻璃直管結合在一起。取一根較短的中空玻璃管子,把這個漏鬥插入短玻璃管子上。

同樣上頭的直管邊旋轉,邊被火焰加熱,好讓它們熔接在一起。

漏鬥和短玻璃棒之間的管道,就這麼打通了!

體溫計的縮喉

體溫計和其他溫度計有一個重要的區別,就是測完溫度後,水銀溫度計的數據會保持不變,直到你用力地把水銀甩回原位(有時候甚至因為甩得過猛而摔碎)...這就要看體溫計的特殊結構了,注意看下圖,玻璃泡和直玻璃管之間有一個彎曲的細管,叫做「縮口」。

製作過程就看手藝了:工人在縮喉燈上熔燒喉泡中部,然後鑷子再快速一夾,就形成一個彎折的扁狹通道...

體溫計在高溫時,水銀柱會膨脹上升,而當把體溫計拔出時,水銀遇冷收縮,就在縮口處斷開,直管內的水銀就不上不下,進退兩難,有種「前面的兄弟,為何不等我」的感覺,也就仍保持原來的水銀柱高度不變了。下面畫紅圈的就是縮口,水銀是在這裡分的手…

密封玻璃泡

接著用火焰加熱玻璃泡下部。

冷卻凝固後,就形成一個玻璃泡,這裡頭是用來存儲水銀的。

密封玻璃泡

水銀直接暴露在外面是對人體有害的,所以現在都用高科技的密封灌水銀法,下面這個大罐子就是灌水銀的裝置…先用真空泵抽出玻璃管內的空氣,然後真空的玻璃管就能把水銀吸入其中。

密封玻璃管

灌好水銀後,末端被火焰加熱並封閉。

刻度定點

接著就要給溫度計標記刻度點了。以前逛五金店,看擺在那邊的溫度計們標刻度好像會有些並不完全一樣?或長或短,刻度是有些細微差別。之前有一位小可愛對溫度計標刻度提出了以下觀點:

邏輯嚴密,十分正確!就是先灌的水銀,然後把溫度計放在固定的幾個溫度,例如 35 、42℃,做個記號進行定點(這裡是用小刀標石蠟...)

因為玻璃管的毛細大小並不完全一樣,所以標記的位置也不相同。接著要將這兩個標記和一個網格紙進行比較,從而將標定位置相同的分為一類,刻上合適的刻度表,也就是每一支這樣操作完成出廠的溫度計或體溫計,他們的度量都準,但刻線可能並不一樣。

人工檢定

接著還要做人工的檢定,這裡的活兒還挺多的,比如玻璃表面是否光滑均勻?刻度是否清晰?管內有無雜質等等...體溫計雖小,工序真是挺多。

也只有經過這些工序之後的合格體溫計,才可以包裝出廠後送到各大醫院、診所、藥房、商店進行售賣。

等等!小編還有話說

小時候打破溫度計,驚奇地發現水銀珠在地上居然是圓滾滾的?充滿好奇心和求知慾的我興奮地玩半天(危險!!!請勿模仿!),直到聽到聲響的家人趕來差點揍我一頓。每每回想,總有一種命大的慶幸和後怕...我都忘記有沒有開大窗通風過了...

校對:Cast + 江小喪

截圖:陽哥

文中 Gif 截取自 Discovery 的《How it's Made》S12E03 以及央視科教《走近科學》解碼科技史20180430》

來源:有趣的製造

編輯:aki

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