溫度計的種類及原理

常見有以下幾種溫度計。

（1）氣體溫度計

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，接近于熱力學(xué)溫度OK，故它的測溫范圍很廣。這種溫度計精確度很高，多用于精密測量。

（2）電阻溫度計

電阻溫度計分為金屬電阻溫度計和半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用。它的測量范圍為-260～600℃。

（3）溫差電偶溫度計

溫差電偶溫度計是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)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(xué)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，多用于高溫和低溫測量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫，有的能測接近熱力學(xué)溫度OK的低溫。

（4）遠紅外測溫儀

一切溫度高于熱力學(xué)溫度OK的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

黑體輻射定律：黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為l。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱黑體輻射定律。

物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實際物體，必須引入一個與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。

遠紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)嵌的算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。

（5）高溫溫度計

高溫溫度計是指專門用來測量500℃以上溫度的溫度計，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(gòu)造都比較復(fù)雜，其測量范圍為500～3000℃，不適用于測量低溫。

（6）指針式溫度計

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。它是以雙金屬片作為感溫元件，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得多，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）。

（7）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、酒精溫度計等。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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。

（8）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量信號。它的基本結(jié)構(gòu)由溫包、毛細管和指示表三部分組成。它是最早應(yīng)用于生產(chǎn)過程溫度控制的方法之一。壓力式測溫系統(tǒng)是就地指示和控制溫度中應(yīng)用十分廣泛的測量方法。壓力式溫度計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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(yīng)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)常的工作作范圍應(yīng)在測量范圍的1/2～3/4處，并盡可能地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(dǎo)致溫度不準確，安裝時應(yīng)進行保溫處理，并盡量使溫包工作在沒有震動的環(huán)境中。

（9）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。

（10）半導(dǎo)體溫度計

半導(dǎo)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。

（11）熱電偶溫度計

熱電偶溫度計由兩條不同金屬連接著一個靈敏的電壓計組成。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)，便可知道溫度的多少。

（12）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(yīng)溫度與電流計上的讀數(shù)的關(guān)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。

（13）建筑電子測溫計

與測溫探頭配合可測材料和熟料溫度，如氣體、液體、流體、拌和物和顆粒狀材料；與預(yù)埋式測溫線配合可測冬期施工混凝土和大體積混凝土內(nèi)部溫度。

（14）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(xué)性質(zhì)也會改變，使液晶看起來交了色。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。此溫度計的優(yōu)點是讀數(shù)容易，缺點是精確度不足，常用于觀賞用魚缸中，以指示水溫。