我們大家都知道溫度是表征物體冷熱程度的物理量。而測量溫度的標尺是溫度計,其按照測量方式可以分為接觸式和非接觸式兩種。
通常來說的接觸式測量儀表比較簡單、可靠,測量精度高,但是因為測溫元件與被測介質(zhì)需要進行充分的熱交換,所以其需要一定的時間才能達到熱平衡,所以,存在測溫延遲現(xiàn)象,同時受耐高溫和耐低溫材料的限制,不能應用于這些的溫度測量。非接觸式儀表測溫儀是通過熱輻射的原理來測量溫度的,測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸,測溫范圍廣,不受測溫上限的限制,也不會破壞被測物體的溫度場,反應速度一般也比較快;但受到物體發(fā)射率、測量距離、煙塵和水汽等外界因素的影響,其測量誤差較大。
下面就簡單介紹幾種溫度計:
1、氣體溫度計:利用一定質(zhì)量的氣體作為工作物質(zhì)的溫度計。用氣體溫度計來體現(xiàn)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(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),它們的性質(zhì)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。
2、電阻溫度計:根據(jù)導體電阻隨溫度而變化的規(guī)律來測量溫度的溫度計。zui常用的電阻溫度計都采用金屬絲繞制成的感溫元件,主要有鉑電阻溫度計和銅電阻溫度計,在低溫下還有碳、鍺和銠鐵電阻溫度計。精密的鉑電阻溫度計是目前zui的溫度計,溫度覆蓋范圍約為14~903K,其誤差可低到萬分之一攝氏度,它是能復現(xiàn)實用溫標的基準溫度計。我國還用一等和二等標準鉑電阻溫度計來傳遞溫標,用它作標準來檢定水銀溫度計和其他類型的溫度計。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。
3、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(chǎn)生電動勢,導體中會有電流發(fā)生。因為這種溫差電動勢是兩個接觸點溫度差的函數(shù),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℃。
4、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。
5、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)。
6、玻璃管溫度計:玻璃管液體溫度計是應用zui廣泛的一種溫度計,其結(jié)構簡單、使用方便、準確度高、價格低廉。按用途分類,可分為工業(yè)、標準和實驗室用三種。標準玻璃溫度計是成套供應的,可以作為檢定其他溫度計用,準確度可達0.05 ~ 0.1攝氏度;工業(yè)用玻璃溫度計為了避免使用是被碰碎,在玻璃管外通常由金屬保護套管,僅露出標尺部分,供操作人員讀數(shù)。實驗室用的玻璃管溫度計的形式和標準的相仿,準確度也較高。
7、壓力式溫度計:新一代液體壓力式溫度計以及由此開發(fā)的系列化測溫儀表,克服了原儀表性能單一,可靠性差以及溫包積大的缺點,并將測溫元件體積縮小到原來的1/30或1/60,創(chuàng)造性地將傳感器熱電阻安裝于測溫元件內(nèi),實現(xiàn)了機電一體化的測溫功能。形成了以液體壓力式溫度計為基本測溫儀表的遠傳、防震、防腐、電接點、溫度信號變送等多功能系列化溫度儀表。分為兩個系列,普通型和防爆型。該溫度計的原理是基于密閉測溫系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的變化關系,而進行溫度測量的。當溫包感受到溫度變化時,密閉系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸氣產(chǎn)生相應的壓力,引起彈性元件曲率的變化,使其自由端產(chǎn)生位移,再由齒輪放大機構把位移變?yōu)橹甘局担@種溫度計具有溫包體積小,反應速度快、靈敏度高、讀數(shù)直觀等特點,幾乎集合了玻璃棒溫度計、雙金屬溫度計、氣體壓力溫度計的所有優(yōu)點,它可以制造成防震、防腐型,并且可以實現(xiàn)遠傳觸點信號、熱電阻信號、 0-10mA或4-20mA信號。是目前使用范圍zui廣、性能zui全面的一種機械式測溫儀表。
8、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。
9、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。
10、熱電偶溫度計:兩種不同成份的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當接合點的溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應,而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應注意如下幾個問題:
?、贌犭娕嫉臒犭妱菔菬犭娕脊ぷ鞫说膬啥藴囟群瘮?shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);②熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小,當熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無關,只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關;③當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關;若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。
11、光測高溫計:它是利用熱源輻射的亮度和溫度的關系來測量高溫的儀器。該儀器主要部分包括:望遠鏡M管內(nèi)裝一紅色玻璃濾色鏡F及一個小燈泡L。當光測高溫計對著熔鐵爐時。從望遠鏡里看到燈泡的黑色燈絲及后面爐火的強光。燈絲和電源E及可變電阻R串接,調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值使適當?shù)碾娏魍ㄟ^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A上將已知溫度值刻好,則由安培表的讀數(shù)就可以直接讀出溫度的數(shù)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。
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少以決定其溫度,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。
12、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,常用于觀賞用魚缸中,以指示水溫。
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