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1、温度计的简介概述 温度计和各种测温仪表种类繁多,愈来愈精密。早期的温度计都是依据物体的热胀冷缩现象制成的, 即利用物体的体积变化与温度变化间的线性关系。有案可查的最早的温度计是费狄南第二在1666 年制成的, 所用的材料是酒精装在玻璃管内。以后, 又有其它人将水银装入玻璃管内制成温度计。运用热膨胀原理制成的水银或酒精温度计可用于要求精度不高及温差不大的测量中。其缺点是: (1) 不同的测温物质所测得的1并不严格相同。(3) 考虑到玻璃本身的热膨胀, 则体膨胀与温度变化的线性关系是应近似成立的。(3) 不同测温物质由于其沸点、凝固点的限制, 其所测温度都有阈值存在, 而且测量范围不大。温度计(或
2、其它测温仪) 发展的一个重要趋势是采用各种现、近代技术, 不断设计新的测温仪器和方法, 不断扩大测温范围, 向高、低温测量进军。在科学日益发展的今天, 可复现的高温、低温的范围正在日益扩大。例如随着宇航、超导等尖端科学技术的发展, 1968 年将国际温标的最低下限延伸至015K, 近年来仍有使其继续向下延伸的趋势。在温度测量技术中,对精度的要求也越来越高,因此, 各种类型的新的测量仪在不断出现。下面仅作些简介。低温测量在实用中, 电阻温度计经常被用于低温的测量。其中铂电阻温度计在测量13181K 以上的低温时准确度较高, 测量的复现性可达11010- 3K, 甚至有些可达11010- 4K。但
3、是, 在13181K 以下铂电阻温度计的灵敏度迅速下降, 如果要测更低温度一般使用铑铁温度计, 适用范围最低可达1K。此外, 还有灵敏度更高的电阻温度计, 如锗温度计和碳电阻温度计, 最低可测013K 左右的低温。一些气体温度计也可以对1K 以上的低温进行测量。这种温度计是充有氦气的定体积温度计, 它的原理是建立在理想气体状态方程:PV = M uRT 基础上的。对于一定质量的某种气体, 若控制其体积不变, 其压强是温度的单值函数。当温度改变时, 其压强可由压强计测出, 从而间接地测量温度。此外, 还有一类蒸汽压温度计, 其原理是饱和汽与产生它的液体处于热平衡状态时, 饱和汽压是温度的一个单值
4、函数。因此, 在使用蒸汽压强温度计时, 必须准确知道该物质的蒸汽压与温度的定量关系。在测量液态氢或液态氦冷冻浴锅中温度范围在2511K 或415017K 时, 以蒸汽压作为温度的尺度可以获得很高的精确度。高温的测量高温度测量的理论基础是光测高温学。该理论用普朗克公式将热学量的温度同辐射量的光谱辐射亮度联系了起来。普朗克公式5 的形式为EbK (T ) = C1K- 5 (eC2KT -1) - 1, 其中EbK (T ) 为光谱辐射亮度, C1、C2为两个常数, C1= 3174184410-34Kg1m 4S3,C2= 1143883310- 3mK, 上式适用于黑体。显然, EbK (T
5、) 为温度T 的函数。因此, 实际中只需测出EbK(T ) , 则黑体的热力学温度T 即可确定。对于非黑体, 读出温度低于实际温度, 需要进行比辐射率校正。在实用中, 由于EbK(T ) 的测定有困难, 故人们采用了某种标准光源的辐射能量相比较的方法确定T。金熔点(1064143) 以上温度的分度就是利用标准光学温度计的标准灯来校准光学高温计, 这样的温度计称单色辐射温度计。这类温度计还有光谱比色温度计、双色高温计等。其它温度计简介从上面介绍的高、低温测量方法中, 我们可以发现, 测量温度可以用电的、光学的方法, 其实不止这些, 现在已将许多领域的技术应用在测温过程。例如:(1) 广泛应用的热
6、电偶温度计, 就是将热电现象用来测温。这种温度计的类型很多, 一般用来测1000 1800的高温区可用精度高的铂热电偶温度计, 5001000范围内则可以用镍铬镍铝热电偶温度计测量。通常我们测量炼铁高炉炉体温度就是利用热电偶测量。(2) 利用热敏电阻电桥测温。(3) 利用噪声测温(此项技术始于1949 年) 4 核四极共振温度计, 如利用氯酸钾(KClO 3) 晶体中的35Cl 核四极共振吸收频率与温度的关系特性测温, 它具有很高的分辩率和良好的复现性。(5) 实用性较强的还有压力温度计、双金属温度计、声速温度计、液晶温度计、磁性温度计等。结语温度是物质的一个重要的物理参数, 在研究工作对象的
7、各种性质时几乎无一不与温度有关。例如, 金属的电导率会随温度的降低而变大, 在极低的温度下会出现美妙的超导现象。又如, 人体作为生命科学和医学的研究对象, 其体温也是一个重要参量, 在不同的发育期内, 体温会出现有规律的变化, 在各种不同的生命活动中也会呈现体温的差异, 而在身体发生病变时, 做为一个信号, 其体温或局部温度亦会有所变化, 如浅表部位的病变可使该处的温度异常, 如癌变可使局部升温015。人体的各部位, 体表及体内有着不同的温度分布, 有学者对体温与病理学的相关进行了详细研究5 7 。深入研究这些规律会为生命科学的研究提供大量的有用信息, 为此用途, 人们设计成功了多种体温监测仪。近年来, 对温度的测量范围正越来越大, 精度要求越来越高。可以期待, 随着科技水平的日新月异的进展, 温标必将日益完善, 各种更精确的测温仪表必将日益增多, 测温技术必将有一个大的进步。 1
