很多人认为温度计是伽利略发明的,事实并不准确。现在常用的温度计是经过数位科学家经过200年的时间不短改良出来的,下面就说说温度计的历史。
伽利略在1592年差一点儿发明了温度计。他制作了一个称为“验温计”的仪器。其中有一根开口的管子伸到一只盛水的容器中,管内水的水平面随室内温度而变化。糟糕的是当空气压力变化时,水平面也随之改变。
17世纪初,意大利托斯卡纳的公爵斐迪南二世对伽利略的仪器着了迷,并且还用它来做实验。1644年,他将该装置密封以隔绝周围的空气,从而排除了空气压力的影响。在18世纪初,它由出生于波兰仪器制造者D.G.华伦海特加以改进和完善。完成了世界上第一只实用的温度计。
这类温度计的工作原理是物质受热后膨胀。温度计由一根底部为一个球体的狭窄玻璃管组成,球体中灌满了诸如水银之类的液体。当温度上升时,液体就膨胀,并且朝管子上方推移。人们根据管子上或管子旁的标记可以读出温度数。
华伦海特还采用了一种以他的名字命名的温度测定标度,过去曾经广泛使用。他通过实验发现各种液体都有其固定的沸点,而且沸点随大气压力发生变化,这为他精确确定恒温点提供了依据。他把冰、水、氨水和盐的混合物的温度定为0度F,冰的熔点定为32度F,人体的温度为96度F。1724年,他又将水的沸点定为212度F。
1742年,瑞典天文学家摄尔修斯引入了百分刻度法,用水银作测温物质,水的沸点定为0℃,冰的熔点定为100℃。八年后他的同事斯特雷姆这两个定点的数值对调过来。这种摄氏标度,或称百分标度,更受人们的喜爱。
根据不同使用场景主要有以下五种温度计,原理各不相同。
液体膨胀式温度计
液体膨胀式温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制造而成的。最常见的为玻璃管液体温度计,它利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。由液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分组成。液体可为:水银、酒精、甲苯等。
图:玻璃管液体温度计
使用玻璃管液体温度计时,视线应与标尽垂直,并与液柱于同一水平面上,手持温度计顶端的小耳环,不可触摸标尺。
固体膨胀式温度计
固体膨胀式温度计利用两种线膨胀系数不同的材料制成。常见的类型有:杆式温度计(一般采用膨胀系数较大的固体材料构成),双金属片式温度计(它的感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固地结合在一起制成)。
固体膨胀式温度计具有结构简单、可靠的优点,但精度不高。
压力式温度计
压力式温度计是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质,通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。压力式温度计的工作介质可以是气体、液体或蒸汽。
压力式温度计简单可靠、抗震性能好,具有良好的防爆性,故常用在飞机、汽车、拖拉机上,也可用它做温度控制信号;这类温度计动态性能差,示值的滞后大,不能用于测量迅速变化的温度。
热电偶温度计
热电偶温度计是在工业生产中应用较为广泛的测温装置。两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。
根据热电偶的材质和结构不同,可分为标准化热电偶和非标准化热电偶。
热电阻温度计
随着温度的升高,导体或半导体的电阻会发生变化,温度和电阻间具有单一的函数关系,利用这一函数关系来测量温度的方法,即为热电阻测温法,用于测温的导体或半导体被称为热电阻。
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