
有關溫度計的介紹
酒精溫度計構造與水銀溫度計相同,唯管內裝有含紅色染料的酒精.便于觀察,此種溫度計是用酒精為工作物質.因酒精的沸點(78℃)較低,凝固點在-117℃,因此多用酒精溫度計作測低溫物質.
煤油溫度計的工作物質是煤油,它的沸點一般高于150℃,凝固點低于-30℃.所以煤油溫度計的量度范圍約為-30℃~150℃.因酒精的沸點是78℃,凝固點是-114℃.酒精溫度計能比煤油溫度計測更低的溫度,但高于78℃的溫度它就不能測定了.從中學物理實驗室經常要測量的溫度范圍來看,煤油溫度計比酒精溫度計更適用.當學生看到溫度計的刻度在100℃,卻不加分析地把溫度計說成是酒精溫度計,這是錯誤的(酒精溫度達到78℃就已經沸騰了,豈能有100℃的溫度刻度).目前中學實驗室里所用的裝有紅色工作物質的溫度計,一般都是煤油溫度計,而不是酒精溫度計.
高溫計測量由物體輻射形成的極高溫度(約1000℃以上)用的裝置.它用在冶金工業和其它技術部門.由于待測溫度的范圍不同.高溫計的類型亦有多種,如光測高溫計,輻射高溫計,電阻溫度計及熱電偶溫度計等.
低溫計用來測量極低溫度的溫度計.管內盛無色酒精及一個啞鈴狀黑色細小的玻璃棒,用時平放,溫度降低時酒精收縮,由表面張力作用使棒下降;溫度升高時,此小棒即附著不動.若再作測定時,可將溫度計倒立即可恢復原狀.
電阻溫度計利用導體電阻隨溫度變化而改變的性質而制成的測溫裝置.通常是把純鉑細絲繞在云母或陶瓷架上,防止鉑絲在冷卻收縮時產生過度的應變.在某些特殊情況里,可將金屬絲繞在待測溫度的物質上,或裝入被測物質中.在測極低溫的范圍時,亦可將碳質小電阻或滲有砷的鍺晶體,封入充滿氦氣的管中.將鉑絲線圈接入惠斯通電橋的一條臂,另一條臂用一可變電阻與兩個假負載電阻,來抵償測量線圈的導線的溫度效應.電阻將按下列公式隨溫度發生變化:
式中
是θ℃的電阻,R0是0℃時的電阻,a是常數.比較精確的式子是: 式中b是第二個常數.電阻溫度計在-260℃~+1200℃范圍內,可作極精確的測定.它適用
范圍廣,遠遠超出水銀溫度計.可作測溫的標準.
溫差電偶溫度計利用溫差電偶來測量溫度的溫度計.將兩種不同金屬導體的兩端分別連接起來,構成一個閉合回路,一端加熱,另一端冷卻,則兩個接觸點之間由于溫度不同,將產生電動勢,導體中會有電流發生.因為這種溫差電動勢是兩個接觸點溫度差的函數,所以利用這一特性制成溫度計.若在溫差電偶的回路里再接入一種或幾種不同金屬的導線,所接入的導線與接觸點的溫度都是均勻的,對原電動勢并無影響,通過測量溫差電動勢來求被測的溫度,這樣就構成了溫差電偶溫度計.這種溫度計測溫范圍很大.例如,銅和康銅構成的溫差電偶的測溫范圍在200~400℃之間;鐵和康銅則被使用在200~1000℃之間;由鉑和鉑銠合金(銠10%)構成的溫差電偶測溫可達千攝氏度以上;銥和銥銠(銠50%)可用在2300℃;若用鎢和鉬(鉬25%)則可高達2600℃.
光測高溫計是利用熱源輻射的亮度和溫度的關系來測量高溫的儀器.當光測高溫計對著熔鐵爐時.從其望遠鏡(望遠鏡管內裝一紅色玻璃濾色鏡及一個小燈泡)里看到燈泡的黑色燈絲及后面爐火的強光.燈絲和電源與可變電阻串接,調節可變電阻的阻值使適當的電流通過燈絲.直到燈絲的亮度與爐火的亮度相同時為止.如果事先在安培表上將已知溫度值
刻好,則由安培表的讀數就可以直接讀出溫度的數值.測溫時,不需將儀器與被測體接觸,因此光測高溫計,可用來測很多金屬的熔點以上的溫度.
全輻射高溫計是一種測量高溫輻射源的儀器.將來自輻射源的輻射,經凹面鏡會聚到一塊涂黑的箔片上,此箔片貼在溫差電偶上.根據測出的溫差電動勢,即可知道箔片的溫度.于是從箔片上的溫度反映,得知輻射源的溫度.
最高最低溫度計即“息克斯溫度計”.它能指出在測量時間內所達到的最高溫度和最低溫度,但不能指出確切的時間.管內分別裝入水銀和無色酒精,由于酒精與水銀膨脹系數懸殊,當溫度上升時,酒精膨脹,于是迫使水銀擠向毛細管內而上升,上指針亦隨之而上升,指示到達最高溫度;當溫度下降,則水銀回流至另一管,將下指針推至最低溫度處.
貝克曼溫度計也是一種玻璃管里貯有水銀的溫度計.它的構造特點是在裝水銀的細管上部,有一個可調節水銀量的空泡,通過調節水銀的流入量,從而改變可測溫度的高低,但整個管長只允許有幾度范圍的溫度變化.它的用途是能比較準確地測量溫度差.刻度可直接讀出0.01℃,可估計到0.001℃,相當精確.這一溫度計的整個測溫范圍僅有5℃或6℃,所以它能測5℃或6℃的溫度差.
簧片溫度計是在水銀面上放一短小的鐵棒,當溫度變化上升時,水銀推棒前進;溫度下降時,水銀縮回,而鐵棒則留在實際溫度所到的最高刻度處.記錄最高溫度時,將此測溫計橫放.如計劃再作測定時,可用磁鐵將鐵棒吸回,或將溫度計直立即可.
氣體溫度計利用一定質量的氣體作為工作物質的溫度計.用氣體溫度計來體現理想氣體溫標為標準溫標.用氣體溫度計所測得的溫度和熱力學溫度相吻合.氣體溫度計是在容器里裝有氫或氮氣,它們的性質可外推到理想氣體.這種溫度計有兩種類型:定容氣體溫度計和定壓氣體溫度計.定容氣體溫度計是氣體的體積保持不變,壓強隨溫度改變.定壓氣體溫度計是氣體的壓強保持不變,體積隨溫度改變.
定容氣體溫度計是保持氣體體積不變,由氣體的壓強算出所測溫度的一種裝置.測溫泡(材料由待測溫度范圍和所用的氣體決定)內貯有一定質量的氣體(一般裝有氦,氫或氮氣),經毛細管與水銀壓強計的左臂相連.測量時,使測溫泡與待測系統相接觸,然后上下移動壓強計的右臂M',使左臂中的水銀面在不同的溫度下始終保持固定在同一位置0處,以保持氣體的體積不變.當待測溫度不同時,氣體的壓強不同,這個壓強可由壓強計兩臂水銀面的高度差h和右臂上端水銀面所受的大氣壓強求得.這樣,就可由壓強隨溫度的改變
來確定溫度.在實際測量的過程中,還必須考慮到各種誤差的影響,例如,測溫泡和毛細管的體積隨溫度的改變,以及毛細管中那部分氣體的溫度與待測溫度不一致等等.因此,對測量的結果還必須進行修正.
定壓氣體溫度計是保持氣體的壓強不變,由氣體的體積算出所測溫度的裝置.這種溫度計的結構比定容氣體溫度計復雜,操作和修正工作也麻煩得多,除在高溫范圍外,在實際工作中一般都使用定容氣體溫度計.