精密溫度計(jì)是測(cè)溫的高精度儀器。根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同,有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差電偶溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)和光測(cè)溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)等
根據(jù)使用目的的不同,已設(shè)計(jì)制造出多種溫度計(jì)。其設(shè)計(jì)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)的壓強(qiáng)因不同溫度而變化;熱電效應(yīng)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(biāo)志溫度而制成溫度計(jì)。
溫度計(jì)是在1593年由意大利科學(xué)家伽利略(1564~1642)發(fā)明的。他的只溫度計(jì)是一根一端敞口的玻璃管,另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時(shí)先給玻璃泡加熱,然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化,玻璃管中的水面就會(huì)上下移動(dòng),根據(jù)移動(dòng)的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計(jì)有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計(jì),受外界大氣壓強(qiáng)等環(huán)境因素的影響較大,所以測(cè)量誤差較大。
后來伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家,在這個(gè)基礎(chǔ)上反復(fù)改進(jìn),如把玻璃管倒過來,把液體放在管內(nèi),把玻璃管封閉等。比較突出的是法國(guó)人布利奧在1659年制造的溫度計(jì),他把玻璃泡的體積縮小,并把測(cè)溫物質(zhì)改為水銀,這樣的溫度計(jì)已具備了現(xiàn)在溫度計(jì)的雛形。以后荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水銀作為測(cè)量物質(zhì),制造了更的溫度計(jì)。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時(shí)的溫度、鹽水和冰混合時(shí)的溫度;經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)與核準(zhǔn),把一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0℉,把純水凝固時(shí)的溫度定為32℉,把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉,用℉代表華氏溫度,這就是華氏溫度計(jì)。
在華氏溫度計(jì)出現(xiàn)的同時(shí),法國(guó)人列繆爾(1683~1757)也設(shè)計(jì)制造了一種溫度計(jì)。他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)太小,不宜做測(cè)溫物質(zhì)。他專心研究用酒精作為測(cè)溫物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。他反復(fù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),含有1/5水的酒精,在水的結(jié)冰溫度和沸騰溫度之間,其體積的膨脹是從1000個(gè)體積單位增大到1080個(gè)體積單位。因此他把冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間分成80份,定為自己溫度計(jì)的溫度分度,這就是列氏溫度計(jì)。?
熱電偶溫度計(jì)屬于接觸式溫度測(cè)量?jī)x表。是根據(jù)熱電效應(yīng)即塞貝克效應(yīng)原理來測(cè)量溫度的,是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件。將不同材料的導(dǎo)體A、B接成閉合回路,接觸測(cè)溫點(diǎn)的一端稱為測(cè)量端(或工作端),另一端稱為參比端(或自由端)。若測(cè)量端和參比端所處溫度t和t0不同,則在回路的A、B之間就產(chǎn)生一熱電勢(shì)EAB(t,t0),這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng),即熱電效應(yīng)。EAB大小隨導(dǎo)體A、B的材料和兩端溫度t和t0而變,這種回路稱為原型熱電偶。在實(shí)際應(yīng)用中,將A、B的一端焊接在一起作為熱電偶的測(cè)量端放到被測(cè)溫度t處,而將參比端分開,用導(dǎo)線接入顯示儀表,并保持參比端接點(diǎn)溫度t0穩(wěn)定。顯示儀表所測(cè)電勢(shì)只隨被測(cè)溫度而t變化。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測(cè)溫時(shí),可接入測(cè)量?jī)x表,測(cè)得熱電勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
根據(jù)熱電勢(shì)與溫度函數(shù)關(guān)系??芍瞥蔁犭娕挤侄缺?。分度表是在自由端溫度To=0℃的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。
從理論上講,任何兩種導(dǎo)體都可以配制成熱電偶,但實(shí)際上并不是所有材料都能制作熱電偶,故對(duì)熱電極材料必須滿足以下幾點(diǎn):
(1)熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢(shì),熱電勢(shì)和溫度之間的關(guān)系可以呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系;
(2)能測(cè)量較高的溫度,并在較寬的溫度范國(guó)內(nèi)應(yīng)用,經(jīng)長(zhǎng)期使用后,物理、化學(xué)性能及熱電特性保持穩(wěn)定;
(3)要求材料的電阻溫度系數(shù)要小,電阻率高,導(dǎo)電性能好,熱容量要小;復(fù)現(xiàn)性要好,便于大批生產(chǎn)和互換,便于制定統(tǒng)一的分度表;
(4)機(jī)械性能好,材質(zhì)均勻;
(5)資源豐富,價(jià)格便宜。
為了保證熱電偶可靠和穩(wěn)定地工作對(duì)熱電偶有如下要求:
(1)組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;
(2)兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;
(3)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
(4)保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
熱電偶溫度計(jì)的特點(diǎn)有:
(1)測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
(2)測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量,某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。
(3)構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來非常方便。熱電偶是一種感溫元件,它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào),通過與電氣測(cè)量?jī)x表的配合,就能測(cè)量出被測(cè)的溫度。