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溫度計簡史和溫標(biāo)的來源
溫度計一般是指測溫儀器的總稱。根據(jù)所用測溫物質(zhì)的不同和測溫范圍的不同,分為酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。*早的溫度計是在1593年由意大利科學(xué)家伽利略發(fā)明的。他的**只溫度計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上下移動,根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。這種溫度計,受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大,所以測量誤差大。伽利略發(fā)明的**個溫度計后來通過伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家,在這個基礎(chǔ)上反復(fù)改進,如把玻璃管倒過來,把液體放在管內(nèi),把玻璃管封閉等。比較突出的是法國人布利奧在1659年制造的溫度計,他把玻璃泡的體積縮小,并把測溫物質(zhì)改為水銀,這樣的溫度計已具備了現(xiàn)在溫度計的雛形。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量物質(zhì),制造了更**的溫度計。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度;經(jīng)過反復(fù)實驗與核準,*后把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉,把純水凝固時的溫度定為32℉,把標(biāo)準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。在華氏溫度計出現(xiàn)的同時,法國人列繆爾(1683~1757)也設(shè)計制造了一種溫度計。他認為水銀的膨脹系數(shù)太小,不宜做測溫物質(zhì)。他專心研究用酒精作為測溫物質(zhì)的優(yōu)點。他反復(fù)實踐發(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個體積單位增大到1080個體積單位。因此他把冰點和沸點之間分成80份,定為自己溫度計的溫度分度,這就是列氏溫度計。華氏溫度計制成后又經(jīng)過30多年,瑞典人攝爾修斯于1742年改進了華倫海特溫度計的刻度,他把水的沸點定為零度,把水的冰點定為100度。后來他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數(shù)值又倒過來,就成了現(xiàn)在的百分溫度,即攝氏溫度,用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關(guān)系為℉=9/5℃+32,或℃=5/9(℉-32)。現(xiàn)在英、美國家多用華氏溫度,德國多用列氏溫度,而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,以及我國、法國等大多數(shù)國家則多用攝氏溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要,測溫技術(shù)也不斷地改進和提高。由于測溫范圍越來越廣,根據(jù)不同的要求,又制造出不同需要的測溫儀器。下面介紹幾種。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**零度,故它的測溫范圍很廣。這種溫度計**度很高,多用于精密測量。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℃至600℃左右。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、鎳鉻——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,多用于高溫和低溫的測量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫,有的能測接近**零度的低溫。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。其測量范圍為500℃至3000℃以上,不適用于測量低溫。
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