溫度計是測溫儀器的總稱。根據(jù)所用測溫物質(zhì)的不同和測溫范圍的不同,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[1]、輻射溫度計和光測溫度計、雙金屬溫度計等。
工作原理
根據(jù)使用目的的不同,已設計制造出多種溫度計。其設計的依據(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(或蒸氣壓強因不同溫度而變化;熱電效應的作用;電阻隨溫度的變化而變化;熱輻射的影響等。
一般說來,一切物質(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,都可用來標志溫度而制成溫度計。隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的需要,測溫技術也不斷地改進和提高。由于測溫范圍越來越廣,根據(jù)不同的要求,又制造出不同需要的測溫儀器。
溫度計有以下幾種分類介紹一下。
1、氣體溫度計:多用氫氣或氦氣作測溫物質(zhì),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。這種溫度計度很高,多用于精密測量。
2、溫差電偶溫度計:是一種工業(yè)上廣泛應用的測溫儀器。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(xiàn)電動勢,因而有電流通過回路。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。它適用于溫差較大的兩種物質(zhì)之間,多用于高溫和低濁測量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫,有的能測接近零度的低溫。
3、雙金屬溫度計: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。雙金屬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。
4、玻璃管溫度計:玻璃管溫度計是利用熱脹冷縮的原理來實現(xiàn)溫度的測量的。由于測溫介質(zhì)的膨脹系數(shù)與沸點及凝固點的不同,所以我們常見的玻璃管溫度計主要有:煤油溫度計、水銀溫度計、紅鋼筆水溫度計。他的優(yōu)點是結構簡單,使用方便,測量精度相對較高,價格低廉。缺點是測量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測溫介質(zhì)的性質(zhì)限制。且不能遠傳,易碎。
5、壓力式溫度計:壓力式溫度計是利用封閉容器內(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信號。它的基本結構是由溫包、毛細管和指示表三部分組成。它是zui早應用于生產(chǎn)過程溫度控制的方法之一。壓力式測溫系統(tǒng)現(xiàn)在仍然是就地指示和控制溫度中應用十分廣泛的測量方法。壓力式溫度計的優(yōu)點是:結構簡單,機械強度高,不怕震動。價格低廉,不需要外部能源。缺點是:測溫范圍有限制,一般在-80~400℃;熱損失大響應時間較慢;儀表密封系統(tǒng)(溫包,毛細管,彈簧管)損壞難于修理,必須更換;測量精度受環(huán)境溫度、溫包安裝位置影響較大,精度相對較低;毛細管傳送距離有限制。壓力溫度計經(jīng)常的工作范圍應在測量范圍的1/2--3/4處,并盡可能的使顯示表與溫包處于水平位置。其安裝用的溫包安裝螺栓會使溫度流失而導致溫度不準確,安裝時應進行保溫處理,并盡量使溫包工作在沒有震動的環(huán)境中。
6、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(chǎn)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。
7、熱電偶溫度計:熱電偶溫度計是由兩條不同金屬連接著一個靈敏的電壓計所組成。金屬接點在不同的溫度下,會在金屬的兩端產(chǎn)生不同的電位差。電位差非常微小,故需靈敏的電壓計才能測得。由電壓計的讀數(shù),便可知道溫度為何。
8、光測高溫計:物體溫度若高到會發(fā)出大量的可見光時,便可利用測量其熱輻射的多寡以決定其溫度,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(shù)的關系。使用時,將望遠鏡對正待測物,調(diào)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。
9、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(zhì)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(yōu)點是讀數(shù)容易,而缺點則是度不足。
10、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(jù)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。
11、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(zhuǎn)(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(zhuǎn)(指向低溫)。
12、轉(zhuǎn)動式溫度計:轉(zhuǎn)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(shù),便可知其溫度。
工作原理
根據(jù)使用目的的不同,已設計制造出多種溫度計。其設計的依據(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(或蒸氣壓強因不同溫度而變化;熱電效應的作用;電阻隨溫度的變化而變化;熱輻射的影響等。
一般說來,一切物質(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,都可用來標志溫度而制成溫度計。隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的需要,測溫技術也不斷地改進和提高。由于測溫范圍越來越廣,根據(jù)不同的要求,又制造出不同需要的測溫儀器。
溫度計有以下幾種分類介紹一下。
1、氣體溫度計:多用氫氣或氦氣作測溫物質(zhì),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。這種溫度計度很高,多用于精密測量。
2、溫差電偶溫度計:是一種工業(yè)上廣泛應用的測溫儀器。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(xiàn)電動勢,因而有電流通過回路。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。它適用于溫差較大的兩種物質(zhì)之間,多用于高溫和低濁測量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫,有的能測接近零度的低溫。
3、雙金屬溫度計: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。雙金屬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。
4、玻璃管溫度計:玻璃管溫度計是利用熱脹冷縮的原理來實現(xiàn)溫度的測量的。由于測溫介質(zhì)的膨脹系數(shù)與沸點及凝固點的不同,所以我們常見的玻璃管溫度計主要有:煤油溫度計、水銀溫度計、紅鋼筆水溫度計。他的優(yōu)點是結構簡單,使用方便,測量精度相對較高,價格低廉。缺點是測量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測溫介質(zhì)的性質(zhì)限制。且不能遠傳,易碎。
5、壓力式溫度計:壓力式溫度計是利用封閉容器內(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信號。它的基本結構是由溫包、毛細管和指示表三部分組成。它是zui早應用于生產(chǎn)過程溫度控制的方法之一。壓力式測溫系統(tǒng)現(xiàn)在仍然是就地指示和控制溫度中應用十分廣泛的測量方法。壓力式溫度計的優(yōu)點是:結構簡單,機械強度高,不怕震動。價格低廉,不需要外部能源。缺點是:測溫范圍有限制,一般在-80~400℃;熱損失大響應時間較慢;儀表密封系統(tǒng)(溫包,毛細管,彈簧管)損壞難于修理,必須更換;測量精度受環(huán)境溫度、溫包安裝位置影響較大,精度相對較低;毛細管傳送距離有限制。壓力溫度計經(jīng)常的工作范圍應在測量范圍的1/2--3/4處,并盡可能的使顯示表與溫包處于水平位置。其安裝用的溫包安裝螺栓會使溫度流失而導致溫度不準確,安裝時應進行保溫處理,并盡量使溫包工作在沒有震動的環(huán)境中。
6、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(chǎn)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。
7、熱電偶溫度計:熱電偶溫度計是由兩條不同金屬連接著一個靈敏的電壓計所組成。金屬接點在不同的溫度下,會在金屬的兩端產(chǎn)生不同的電位差。電位差非常微小,故需靈敏的電壓計才能測得。由電壓計的讀數(shù),便可知道溫度為何。
8、光測高溫計:物體溫度若高到會發(fā)出大量的可見光時,便可利用測量其熱輻射的多寡以決定其溫度,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(shù)的關系。使用時,將望遠鏡對正待測物,調(diào)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。
9、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(zhì)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(yōu)點是讀數(shù)容易,而缺點則是度不足。
10、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(jù)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。
11、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(zhuǎn)(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(zhuǎn)(指向低溫)。
12、轉(zhuǎn)動式溫度計:轉(zhuǎn)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(shù),便可知其溫度。
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