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藤原
Lv 7
藤原 發問時間: 科學化學 · 2 0 年前

溫度計的原理????

溫度計ㄉ原理????為什ㄇ溫度上升..水銀會往上跑?????

8 個解答

評分
  • 2 0 年前
    最佳解答

    水銀溫度計(mercury-in-glass thermometer)

    原理:

    當熱度自球莖外壁傳入時,膨漲球內之水銀即在細管中上昇 至一定高度,玻璃管外壁刻以度數,水銀之位置即代表此溫度。

    構造:

    為一圓形或其他形狀之玻璃管,管的中間為一內徑極小之毛細管,其下端與一裝滿水銀之膨漲球莖相連。

    雙金屬溫度計(bimetal thermometer)

    原理:

    將二種或二種以上具有不同膨脹係數之金屬片焊合在一起,當溫度改變時,因金屬片膨脹程度之不同而使此金屬片組產生彎曲。如將此金屬片組之一端固定,另一端裝上指針則因偏轉而產生指示。

    構造:

    將具有不同物理特性(熱膨脹)之兩合金熔合在一起成雙金屬片。再將之形成螺旋形狀,其兩合金之一,係一種稱為因鋼之鎳合金,易於受熱時幾乎全無膨脹;另一乃使用一種鎳合金,於受熱時膨脹甚多。將該兩合金熔接在一起,輾平至想要厚度,使成雙金屬片。

    電阻式溫度計(resistance thermometer)

    原理:

    金屬導體的電阻隨溫度的升高而增加;隨溫度之降低而減少,測量此金屬導體之電阻值,即能間接求得其溫度。此種溫度與電阻之關係可由下列算式代表:

    Rt=Ro(1+at+bt2)

    其中 Rt:在溫度t時的電阻,歐姆

    Ro:溫度,℃

    t :0℃時的電阻,歐姆

    a :電阻的溫度係數

    b :校正係數

    構成(金屬線型):

    Ⅰ、感測元件-電阻元件。

    ☆它是一個精心製造的電阻器

    ☆最常使用之電阻線材,有鉑線、銅線或鎳線,捲繞於一絕緣體(雲母片)上。

    ☆當電阻元件受熱時,電阻線之電阻增加;此增加電阻係以溫度度數表示。

    ☆這種溫度計的外型,和雙金屬溫度計之球泡相似,其本體呈圓柱形。

    Ⅱ、線材之種類

    ☆白金線:又稱鉑線,乃金屬線型溫度計線材之最佳材料。(使用溫度範圍為-400℉~+1200℉)

    ☆鎳線:亦時常被採用(因其價廉,使用溫度範圍-250℉~+690℉)

    ☆銅線:一般限用於欲測定溫度低於鎳線者(其可使用溫度範圍為-328℉~+250℉)。

    Ⅲ、線材之選擇:選擇時須考慮的要點為:

    ☆金屬的純度(purity)要高

    ☆線材的均勻度(uniformity)要夠

    ☆線材的穩定度佳

    ☆電阻隨溫度的改變要大。

    ☆對環境污染抵的抗性要好。

    Ⅳ、不同線材的感測電阻球莖

    ☆白金電阻溫度計在0℃時,一般有25、50、或100的電阻。

    ☆鎳線電阻溫度計:在25℃時,一般有100的電阻。

    ☆銅線電阻溫度計:在25℃時,一般有10的電阻。

    光測高溫計(optical pyrometer)

    原理:

    集中於一幕屏(screen)上,幕屏後裝一紅色濾鏡,僅讓波長為0.65 之輻射能透過,俾使觀察者易觀察幕屏上之情形。同時另裝一標準鎢絲燈,其發出之輻射能亦可集中在幕屏上,以作為比較。調整變阻器以調整通過標準鎢絲燈之電流,使標準光源在幕屏上之亮度(brightness)與輻射熱之亮度相等。此時變阻器之刻度即代表此輻射熱源之溫度。

    輻射高溫計(Rediation pyrometer)

    原理:當熱源放射之輻射光射到物體時,則使該物體之溫度上升,溫度上升的程度與熱源輻射光之強度成一定的關係。因此如將高溫待測物體放射出之輻射光用小型之受光器予以吸收,而測受光器溫度之上升,便可測知高溫待測物之溫度。

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  • 2 0 年前

    可能是我不聰明,我覺得你們講的好深奧喔!我希望你們可以講淺一點,這樣我才比較知道。

    • Commenter avatar登入以對解答發表意見
  • 2 0 年前

    測量溫度的儀器:溫度計

    1.水銀溫度計:利用物質的熱漲冷縮

    a.優點:帳縮均勻 測得溫度較準確 沸點高適於測高溫

    b.缺點:不易觀測

    2.酒精溫度計:利用物質的熱漲冷縮

    a.優點:容易觀測 適於測低溫

    b.缺點:帳縮不均勻 測得較不準確

    3.液晶溫度計:利用液晶溫度改變顏色的變化

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  • 2 0 年前

    溫度計不外乎是利用熱漲冷縮的原理而成的!

    一般物質,都有個熱膨脹係數,換句話說,該物質的體積會因溫度的變化而有規律地改變體積,進而標的溫度的刻度的!

    參考資料: 以前上的化學課
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  • 2 0 年前

     不論固體、液體或氣體,如果受熱,都會因此獲得能量而溫度升高。溫度升高了,物體開始膨脹,佔據的空間增加,換句話說,體積變大了。當物體冷卻時,則逐漸失去能量而溫度下降,即開始收縮而體積變小。

      溫度計就是運用水銀熱脹冷縮的性質來製作的。量體溫的時候,在溫度計細管裡的液態金屬汞〈就是水銀〉,因為體溫的加熱而膨脹上升,從細管旁邊的刻度記號,就可以知道所量的體溫是多少了。

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  • 水銀溫度計(mercury-in-glass thermometer)

    原理:當熱度自球莖外壁傳入時,膨漲球內之水銀即在細管中上昇至一定高度,玻璃管外壁刻以度數,水銀之位置即代表此溫度。

    構造:為一圓形或其他形狀之玻璃管,管的中間為一內徑極小之毛細管,其下端與一裝滿水銀之膨漲球莖相連。

    使用說明:Ⅰ、普通工業用水銀溫度計之溫度指示範圍,為-38℉至650℉。(普通水銀之凝固點為-38℉,沸點為675℉)欲測高溫時,於水銀上充以高壓一自30psi至300psi之壓力,視溫度之指示範圍而定如充以乾燥之氮氣。則其溫度可測至1000℉,此類溫度計應以石英替代普通玻璃,以免發生玻璃管軟化變形的現象。

    Ⅱ、工業用水銀溫度計與實驗室內所用的溫度計極為相似,只差在工業用的在玻璃球莖及玻璃管外罩以金屬保護套,以免受意外損害。

    Ⅲ、水銀溫度計不宜應用於溫度變化激烈,驟昇驟降,或外界常易變遷之處。

    優、缺點:水銀溫度計之最大優點為價格低廉,使用便利,無需高度複雜之各種調節校

    正手續其缺點為:Ⅰ、指示不夠準確,水銀溫度計指示不夠準確,其原氏為在高溫時,玻璃管受熱而膨漲,因之而改變毛細久體積,於是使指示值產生若干偏差。

    Ⅱ、水銀之膨漲係數隨溫度之昇降而有些微變化。

    Ⅲ、溫度之指示範圍不大。

    Ⅳ、膨漲球莖插入待測溫度流體之深度,常易導致嚴重錯誤。欲避免此誤差,最好將膨漲球莖連玻璃桿一齊浸入流體內,使兩者在同一溫度,如此可避免受大氣溫度之影響。

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  • 2 0 年前

    金屬或酒精多半有明顯的 "熱漲冷縮" 的現象

    水銀剛好在常溫下是液態的,

    所以就拿來當溫度計關鍵成份使用

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  • 匿名使用者
    2 0 年前

    雙管溫度計(Sheathed Thermometer)

    使用時間:自設站迄今用途:測量氣溫

    構造及原理:

    原理與單管溫度計相同,構造則略有差異,即利用毛細管連接於圓型感應部,毛細管再固定於刻度板上。感應部連接外套管,外套管內填入乾燥空氣,使不致因冷熱而使水汽凝結於管壁,影響讀數,外套管上端再與以封閉。雙管溫度計之好處在於刻度板因不與外界潮濕空氣接觸,所以刻度不致模糊,而內部之乾燥空氣亦可隔絕輻射熱之影響。

    黑(白)球溫度計(Globe Thermometer)

    使用時間:用途:自設站至民國四十年代

    構造及原理:

    用玻璃製溫度計,將感溫球部塗成黑?(白)色封入玻璃製之套管內,玻璃套管球部作成球形,直徑約??5.8?公分,刻度部分作成圓筒形,內徑較溫度計約大一倍,溫度計插入後,用銅片在靠近球部及頂端各作一處支撐,然後除外管內側抽成真空後封閉,測量輻射時與白球溫度計同時使用,利用二者之差求得輻射量。

    海水溫度計(Marine Thermometer)

    使用時間:自設站至民國三十年代用途:測量海水溫度用

    構造及原理:

    溫度計以水銀作為感溫液,最小刻度為0.2?(C,測定範圍??-15(C?~?-45(C。溫度計刻度部分以不鏽鋼套固定,感應部則插入以皮革製成之蓄水桶內,不鏽鋼套上端有一鉤環,可以繫上鐵鏈或繩索。使用時,將鐵鏈及溫度計放入所需測量深度之海水中,俟皮革內之海水與其環境之海水溫度均勻時,拉起溫度表,即可讀出該層海水之溫度。

    最低溫度計

    使用時間:自設站迄今

    用途:量測最低溫度用

    構造及原理:

    最低溫度計以酒精為感溫液,形如一般溫度計。唯管頂上有一膨脹室,儲存微量空氣,藉其所生之壓力,以減低酒精之蒸發。管孔切面為圓形,管徑較一般水銀溫度計為大,管內有一指標,可上下滑動,指標用黑色或青色玻璃製成,兩端成球狀,中間之軸甚小,以減少摩擦。酒精柱之頂端因酒精之表面張力及附著力之作用,成一新月形凹面。溫度上升時,酒精膨脹繞指標而上升,指標停留不動;溫度下降時,酒精柱冷縮,其凹面接觸指標右端後,將其向左拖曳而行,故酒精柱頂端所示者為當時之氣溫,指標右端所示者為此一段時間內出現之最低氣溫。最低溫度計球部有些作成叉形,其用意在於增大對空氣之接觸面積。

    一、概說

    溫度在工業界為一重要的變數,例如反應速率依操作時的變化而昇降,反應速

    率依操作時的變化而昇降,反應過程中操作溫度的高低不但影響反應完成所需的時

    間,還影響到轉化率的大小。因此工業上溫度的測定變成不可缺的一項要素。

    二、溫標

    一般常用的國際溫標有下列幾種:

    1、攝氏溫標(℃)

    由攝氏1大氣壓下水的冰點為℃;沸點為100℃。

    2、華氏溫標(℉)

    由華氏制定一大氣壓下水的冰點為32℉,沸點為212℉。

    3、克耳文溫標(K)

    卡氏制定水的三相點為273.16K,一大氣壓下水的冰點為273.16K,沸點為373.16K。

    4、冉肯溫標(°R)

    亦稱華氏絕對溫標。定一大氣壓下水的冰點為491.69°R,沸點為671.69°R。

    上列各項溫標間的關係為

    ℉=1.8℃+32;K=℃+273.16;°R=℉+459.69

    三、種類

    膨脹式溫度儀器,電阻式溫度計,熱電偶式溫度計,光測高溫計,輻射高溫計

    1、膨脹式溫度儀器

    (1)、水銀溫度計(mercury-in-glass thermometer)

    原理:

    當熱度自球莖外壁傳入時,膨漲球內之水銀即在細管中上昇

    至一定高度,玻璃管外壁刻以度數,水銀之位置即代表此溫度。

    構造:

    為一圓形或其他形狀之玻璃管,管的中間為一內徑極小之毛

    細管,其下端與一裝滿水銀之膨漲球莖相連。

    使用說明:

    Ⅰ、普通工業用水銀溫度計之溫度指示範圍,為-38℉至650℉。

    (普通水銀之凝固點為-38℉,沸點為675℉)欲測高溫時,

    於水銀上充以高壓一自30psi至300psi之壓力,視溫度之指示

    範圍而定如充以乾燥之氮氣。則其溫度可測至1000℉,此類

    溫度計應以石英替代普通玻璃,以免發生玻璃管軟化變形的現象。

    Ⅱ、工業用水銀溫度計與實驗室內所用的溫度計極為相似,只差在工

    業用的在玻璃球莖及玻璃管外罩以金屬保護套,以免受意外損害。

    Ⅲ、水銀溫度計不宜應用於溫度變化激烈,驟昇驟降,或外界常易變遷之處。

    優、缺點:

    水銀溫度計之最大優點為價格低廉,使用便利,無需高度複雜之各種調節校

    正手續其缺點為:

    Ⅰ、指示不夠準確,水銀溫度計指示不夠準確,其原氏為在高溫時,

    玻璃管受熱而膨漲,因之而改變毛細久體積,於是使指示值產生

    若干偏差。

    Ⅱ、水銀之膨漲係數隨溫度之昇降而有些微變化。

    Ⅲ、溫度之指示範圍不大。

    Ⅳ、膨漲球莖插入待測溫度流體之深度,常易導致嚴重錯誤。欲避免此

    誤差,最好將膨漲球莖連玻璃桿一齊浸入流體內,使兩者在同一溫

    度,如此可避免受大氣溫度之影響。

    (2)雙金屬溫度計(bimetal thermometer)

    原理:

    將二種或二種以上具有不同膨脹係數之金屬片焊合在一起,當溫度改

    變時,因金屬片膨脹程度之不同而使此金屬片組產生彎曲。如將此金

    屬片組之一端固定,另一端裝上指針則因偏轉而產生指示。

    構造:

    將具有不同物理特性(熱膨脹)之兩合金熔合在一起成雙金屬片。再

    將之形成螺旋形狀,其兩合金之一,係一種稱為因鋼之鎳合金,易於

    受熱時幾乎全無膨脹;另一乃使用一種鎳合金,於受熱時膨脹甚多。

    將該兩合金熔接在一起,輾平至想要厚度,使成雙金屬片。

    使用說明:

    Ⅰ、工業上常用之雙金屬膨脹溫度儀器,其低膨脹金屬多用恒範鋼,

    此為一種含鎳36%的鎳鐵合金。高膨脹金屬在較低溫時用青銅,

    高溫度時用鎳。

    Ⅱ、為保持其精確度,此種溫度計不宜長期連續使用,以防金屬片組

    產生彈性疲乏現象。

    Ⅲ、含有金屬片組部分應全部插入待測流體中,以求取測得的溫度之

    精確。

    Ⅳ、為消除輻射能之影響,金屬片組之外殼應為光滑之金屬表面。

    Ⅴ、雙金屬溫度計一般可測之溫度範圍為538度C~-184度C。

    Ⅵ、雙金屬片的一端固定,則另一端撓曲,則其撓曲度與溫度平方成

    正比與其厚度成反比。

    2、電阻式溫度計(resistance thermometer)

    原理:

    金屬導體的電阻隨溫度的升高而增加;隨溫度之降低而減少,測量此金屬導體之

    電阻值,即能間接求得其溫度。

    此種溫度與電阻之關係可由下列算式代表:

    Rt=Ro(1+at+bt2)

    其中 Rt:在溫度t時的電阻,歐姆

    Ro:溫度,℃

    t :0℃時的電阻,歐姆

    a :電阻的溫度係數

    b :校正係數

    構成(金屬線型):

    Ⅰ、感測元件-電阻元件。

    ☆它是一個精心製造的電阻器

    ☆最常使用之電阻線材,有鉑線、銅線或鎳線,捲繞於一絕緣體(雲母片)上。

    ☆當電阻元件受熱時,電阻線之電阻增加;此增加電阻係以溫度度數表示。

    ☆這種溫度計的外型,和雙金屬溫度計之球泡相似,其本體呈圓柱形。

    Ⅱ、線材之種類

    ☆白金線:又稱鉑線,乃金屬線型溫度計線材之最佳材料。(使用溫度

    範圍為-400℉~+1200℉)

    ☆鎳線:亦時常被採用(因其價廉,使用溫度範圍-250℉~+690℉)

    ☆銅線:一般限用於欲測定溫度低於鎳線者(其可使用溫度範圍為-328℉~+250℉)。

    Ⅲ、線材之選擇:選擇時須考慮的要點為:

    ☆金屬的純度(purity)要高

    ☆線材的均勻度(uniformity)要夠

    ☆線材的穩定度佳

    ☆電阻隨溫度的改變要大。

    ☆對環境污染抵的抗性要好。

    Ⅳ、不同線材的感測電阻球莖

    ☆白金電阻溫度計在0℃時,一般有25、50、或100的電阻。

    ☆鎳線電阻溫度計:在25℃時,一般有100的電阻。

    ☆銅線電阻溫度計:在25℃時,一般有10的電阻。

    惠斯頓電橋

    (1)偏轉式(deflection type)又稱不平衡式(unbalanced type):

    原理:

    此電橋中其他各電阻皆固定,若Rt因溫度變化而產生改變時,

    則電橋失去平衡而造成指示計(檢流器)發生偏轉,因而指示溫度。

    優點:構造簡單,價廉

    缺點:感測電阻與檢流器的電壓值關係並非線性,誤差較大。

    用於測量較低溫度0~150℉

    (2)平衡式(balanced type)

    原理:

    R1、R2為固定電阻器,Rt為感溫電阻器,Rs為可變電阻,上面標

    以溫度刻度。Ro為零點調整電阻,當Rt感受溫度升高時Rt電阻則

    變大,此時電橋不平衡檢流計即產生偏轉。此時若小小變動電阻Rs

    (慢慢變大),則必能調得一點使檢流計歸零。一般此類溫度計均

    直接將電阻值標示成溫度標度。

    公式:Rs=K‧Rt

    優點:準確性大於偏轉式電橋

    缺點:感測球莖線路的電阻值大小會影響測量值,造成誤差。滑動電阻的

    接觸點有電阻存在造成誤差。

    電阻式溫度計的優缺點

    優點:

    溫度測量準確,多用於校正其他儀器;測低溫時,不需冷接點且準

    確度比熱電偶高。

    缺點:

    需供應電源;電阻線與溫度不成線性關係(需做溫度補償工作)且

    不耐機械震盪。

    3、熱電偶式溫度計(Thermocouples)

    構造:

    兩種不同金屬,在其一端接合置於被測物體上,另一端接在測示的儀

    器上,即為一熱電偶溫度儀器。

    原理及效應:

    三效應:

    西貝克效應(seebeck effect):

    ☆ 兩種不同之金屬線連結兩端,若其兩端之溫度不同,則有連

    續電流產生,如圖如示

    ☆ T2為熱接合點:或稱為測定接合點,係熱電偶二金屬線之接

    合端點,所形成之接合點謂之。

    ☆ T1為冷接合點:或稱為參考接合點,係連接於測定儀器之二

    金屬線各一端點,所形成接合點謂之。加熱測定接合點所產

    生的電壓,此電壓會隨接合點與參考點間的溫度差而不同。

    潘第效應(Peltier effect):

    ☆ 電流通過兩種不同的金屬導線之接合點時,接合點處產生放

    熱或吸熱之現象。至於放熱或吸熱端視電流流動之方向,此

    可謂西貝克氏發現之逆現象。

    ☆ 若X點溫度升高,則產生放熱現象,而Y點則產生吸熱現象。

    湯木生效應(Thomson effect):

    ☆ 在均勻質之金屬線上,若二端之溫度不同,即發生電動勢(emf)

    ,此電動勢與金屬線兩端之溫度差成正比。

    ☆ 所得之結論為:電流通過一個有溫度梯度的導線時,電流有

    增加或減少溫度差之現象,稱之為湯木生效應。

    ☆ 若電流方向相反,產生相反的反應,故亦稱為可逆性效應。

    熱電理論的三定律:

    均勻線路定律(law of homogeneous circuit):

    ☆ 在單一均勻質之金屬線上,若僅改變此金屬線兩端之溫度,

    並不能維持一定的電流。由此可知emf的發生係由於熱電偶

    二端之溫度不同所致,此emf與熱電偶上的其他中間溫度差

    異無關。

    中間金屬定律(law of intermediate metals):

    ☆ 在一熱電反應中,使用一第三金屬線,若第三金屬線與熱電

    偶金屬線的二接合點處的溫度相同,便不會在第三金屬線上

    產生emf,其總emf仍為熱電偶所產生的emf。

    中間溫度定律(Law of intermediate temperature):

    ☆ 任何由均勻金屬所組成之熱電偶,若其兩端之溫度為T1及T3,

    則其發出之emf,必等於其二接點之溫度在T1、T2及在T1、T3

    時所發出emf之總和。

    熱電偶材料:

    (1)熱電偶材料須具備的條件

    ☆ 熱電效率須較高,亦即能發出較大之emf。

    ☆ 熱電動勢較穩定,且長期使用亦不發生變化。

    ☆ 具有抗蝕,抗氧化及抗濕等性質。

    ☆ 具有較高之熔點。

    ☆ 易製造,有互換性及價格較廉。

    (2)熱電偶材料的種類

    ANSI型

    正   線

    負   線

    T

    J

    K

    S

    R

    100%銅

    100%鐵

    90%鉻+10%鋁

    87%鉑+13%銠

    90%鉑+10%銠

    55%銅+45%鎳

    55%銅+45鏡鎳

    97%鎳+ 3%鋁

    100%鉑

    100%鉑

    優缺點:

    優點:

    1. 些微的溫度變化亦可測定

    2. 測定時反應快

    3. 不而能源供應。

    缺點:

    1. 參考點需作補整(compensation)

    2. 如儀器沒有作補償的工作,常溫左右的溫度不易精確測定。

    安裝熱電偶溫度計的注意事項:

    ☆ 避免將熱電偶裝於火焰經過之處。

    ☆ 將熱電偶置於平均溫度處,於加熱爐之情況,可

    多裝數對熱電偶並聯相接。

    ☆ 將熱電偶之熱點儘可能置於可窺見之處。

    ☆ 熱電偶必須深深插入,使其熱點確實在所測量溫度之中。

    ☆ 考慮熱電偶是否因所測溫度太高而有熔融之危險。

    ☆ 切勿將瓷管保護套管突然插入高溫之流體中,防止套管之破裂。

    ☆ 測量各式加熱爐氣體溫度時,須將煙突及爐壁之輻射問題詳加

    考慮。

    ☆ 因熱電偶產生的emf很小,故配線時須注意不能與其

    他電路共同一導管,並至少離開一至二呎以上。

    熱電偶的校正:

    熱電偶使用的日久,常使溫度與emf的特性改變,故視操

    作情況的需要給予校正。

    4、光測高溫計(optical pyrometer)

    原理:

    集中於一幕屏(screen)上,幕屏後裝一紅色濾鏡,僅讓波長為0.65 

    之輻射能透過,俾使觀察者易觀察幕屏上之情形。同時另裝一標準鎢

    絲燈,其發出之輻射能亦可集中在幕屏上,以作為比較。調整變阻器

    以調整通過標準鎢絲燈之電流,使標準光源在幕屏上之亮度(brightness)

    與輻射熱之亮度相等。此時變阻器之刻度即代表此輻射熱源之溫度。

    優缺點:

    優點:

    1. 輕便

    2. 可測1000度C以上之高溫

    3. 勿需接近待測物

    缺點:

    1. 需人工操作

    2. 因人工操作,可能產生讀出誤差

    5、輻射高溫計(Rediation pyrometer)

    原理:當熱源放射之輻射光射到物體時,則使該物體之溫度上升,溫度上升

    的程度與熱源輻射光之強度成一定的關係。因此如將高溫待測物體放

    射出之輻射光用小型之受光器予以吸收,而測受光器溫度之上升,便

    可測知高溫待測物之溫度。

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