測量溫度的方法和儀器
什麼是溫度
溫度測量是一門理論和實驗學科的主題——測溫學，其中一部分涵蓋 500°C 以上的溫度，稱為高溫測量法。
根據熱力學第二定律，溫度概念的最一般的嚴格定義用以下表達式表示：
T = dQ /dC，
其中 T 是孤立熱力學系統的絕對溫度，dQ 是傳遞到該系統的熱量增量，dS 是該系統熵的增量。
上述表達式解釋如下：溫度是轉移到孤立熱力學系統的熱量增加的量度，對應於在這種情況下發生的系統熵的增加，或者換句話說，增加其狀態的擾動。
在描述系統相的統計力學中，考慮到宏觀系統中發生的微觀過程，溫度的概念是通過表達分子系統的粒子在多個未佔據的能級之間的分佈（吉布斯分佈）來定義的.
這個定義（與前一個定義一致）強調溫度概念的概率統計方面作為能量從一個物體（或系統）轉移到另一個物體（或系統）的微觀物理形式的主要參數，即混沌熱運動。
溫度概念的嚴格定義（也僅對熱力學平衡系統有效）缺乏明確性，導致廣泛使用基於能量轉移現象本質的“功利主義”定義： 溫度是一個物體或系統的熱狀態，其特徵在於它與另一個物體（或系統）交換熱量的能力。
該公式既適用於熱力學非平衡系統，也適用於（有保留地）“感覺”溫度的心理生理學概念，由使用熱觸覺器官的人直接感知。
“感覺”溫度由人直接主觀地評估，但只是定性的並且在一個相對狹窄的區間內，而物理溫度是在測量設備的幫助下定量和客觀地測量的，但只是間接的——通過一些物理量的值取決於關於測得的溫度。
因此，在第二種情況下，建立了為此目的選擇的與溫度相關的物理量的一些參考（參考）狀態，並為其分配了某個數值溫度值，以便所選物理量相對狀態的任何變化以參考可以用溫度單位表示。
與所選溫度相關量的一系列連續狀態變化（即值序列）相對應的一組溫度值形成溫度標度。最常見的溫標是攝氏度、華氏度、Reaumur、開爾文和朗肯。
開爾文和攝氏溫標
V 1730 法國博物學家René Antoine Reumour（1683-1757）根據Amoton的建議，將溫度計上冰的熔點標為0，水的沸點標為80O。 V 1742 NSVedic 天文學家和物理學家 Anders Celsius (1701 - 1744) 在測試 Reaumur 溫度計兩年後，發現刻度的刻度有誤。
事實證明，這在很大程度上取決於大氣壓力。攝氏建議在校準刻度時確定壓力，我將整個溫度範圍除以 100，但將標記 100 分配給冰的熔點。後來，瑞典人 Linnaeus 或德國人 Stremmer（根據各種消息來源）更改了控制點的名稱。
於是出現了現在廣泛使用的攝氏溫標。它的校準是在 1013.25 hPa 的正常大氣壓下進行的。
溫標是由 Fahrenheit、Reaumur、Newton 創建的（後者無意中選擇了人體溫度作為起點。好吧，偉大的人錯了！）和許多其他人。他們沒有經受住時間的考驗。
攝氏溫標於1889年在第一屆國際計量大會上通過。目前，攝氏度是國際計量委員會制定的官方溫度測量單位，但在定義上做了一些澄清。
根據以上論證，很容易得出結論，攝氏溫標不是一個人活動的結果。 Celsius 只是參與其開發的最後一批研究人員和發明家之一。直到 1946 年，該量表才簡稱為度數量表。直到那時，國際度量衡委員會才將攝氏度命名為“攝氏度”。
關於溫度計工作體的幾句話。設備的第一批創造者自然會尋求擴大他們的行動範圍。正常條件下唯一的液態金屬是汞。
別無選擇。熔點為-38.97°C，沸點為+357.25°C。在揮發性物質中，酒或乙醇是最容易獲得的。熔點 — 114.2 °C，沸點 + 78.46 °C。
創造的溫度計適合測量從-100到+300°C的溫度，這足以解決大多數實際問題。例如，最低氣溫為-89.2°C（南極東方站），最高氣溫為+59°C（撒哈拉沙漠）。大多數水溶液的熱處理過程發生在不高於 100 °C 的溫度下。
熱力學溫度的基本計量單位，同時也是基本單位之一 國際單位制 (SI) 是開爾文度數。
1開爾文的大小（溫度差距）是由水的三相點的熱力學溫度值恰好設定在273.16°K決定的。
以水在固、液、氣三相中處於平衡狀態的這個溫度為主要起點，因為它的重現性高，比水的冰點和沸點的重現性好一個數量級.
測量水的三相點溫度在技術上是一項艱鉅的任務。因此，作為標準，直到1954年第十屆度量衡大會才通過。
攝氏度，也可以表示熱力學溫度的單位，在溫度範圍上正好等於開爾文，但任何攝氏溫度的數值都比相同溫度的開爾文數值高273.15度.
1 開爾文度（或 1 攝氏度）的大小，由水的三相點溫度的數值確定，具有現代測量精度，與其確定（以前被接受）的大小沒有區別，為百分之一水的冰點和沸點之間的溫差。
測量溫度的方法和裝置的分類
可以通過兩種根本不同的間接方式測量身體或環境溫度。
第一種方法導致測量身體本身或環境的溫度相關屬性或狀態參數之一的值，第二種方法 - 測量溫度相關屬性或狀態的值輔助物體的參數（直接或間接）與測量溫度的物體或環境達到熱平衡狀態......
一個輔助體被稱為服務於這些目的，是一個完整的溫度測量裝置的傳感器 測溫（高溫）探頭或熱探測器……因此，所有測量溫度的方法和設備都分為兩個根本不同的組： 無需探測和探測。
熱檢測器或該裝置的任何附加裝置可以與測量溫度的物體或介質直接機械接觸，或者可以在它們之間僅進行“光學”接觸。
據此，所有測量溫度的方法和工具分為 接觸和非接觸.探針接觸和非接觸方法和設備具有最大的實際意義。
溫度測量誤差
與其他方法不同，所有接觸式（主要是鑽孔）溫度測量方法的特點是所謂的由於完整的探針溫度計（或高溫計）僅測量熱檢測器敏感部分的溫度值（在該部分的表面或體積上取平均值）而導致的熱或熱方法錯誤。
同時，該溫度通常與測量溫度不一致，因為熱探測器不可避免地會扭曲引入它的溫度場。當測量物體或環境的靜止恆定溫度時，在它和熱接收器之間建立某種熱交換模式。
熱探測器與被測物體或環境溫度之間的恆定溫差表徵了溫度測量中的靜態熱誤差。
如果測得的溫度發生變化，則熱誤差是時間的函數。這樣的動態誤差可以被認為由一個常數部分（相當於靜態誤差）和一個可變部分組成。
後者的出現是因為隨著測量溫度的物體或介質之間熱傳遞的每次變化，新的熱傳遞模式不會立即建立。溫度計或高溫計讀數的殘餘失真是時間的函數，其特徵在於溫度計的熱慣性。
熱探測器的熱誤差和熱慣性取決於與人體或環境與熱探測器之間的熱交換相同的因素：取決於熱探測器和人體或環境的溫度，取決於它們的尺寸、成分（以及因此的特性）和條件，通過設計、尺寸、幾何形狀、熱探測器及其周圍物體的材料的表面狀態和特性，根據它們的佈置，物體或環境的測量溫度隨時間變化的規律。
通常，溫度測量中的熱學方法誤差比溫度計和高溫計的儀器誤差高幾倍。它們的減少是通過使用合理的溫度測量方法和熱探測器的結構以及在使用場所適當安裝後者來實現的。
通過強制傳熱的有益因素和抑制傳熱的有害因素，實現熱接收器與環境或被測體之間傳熱的改善。
例如，當測量封閉體積內氣體的溫度時，熱檢測器與氣體的對流熱交換增加，在熱檢測器（“吸入”熱電偶）周圍產生快速氣體流動，並產生輻射熱與體積壁的交換減少，屏蔽熱檢測器（“屏蔽”熱電偶）。
為了減少帶有電輸出信號的溫度計和高溫計的熱慣性，還使用了特殊電路，通過測量溫度的快速變化人為地減少信號上升時間。
非接觸式溫度測量方法
在測量中使用接觸方法的可能性不僅取決於接觸式熱探測器測量溫度的失真，而且還取決於熱探測器材料的真實物理化學特性（腐蝕和機械阻力，耐熱性， ETC。）。
非接觸式測量方法不受這些限制。然而，其中最重要的，即基於溫度輻射定律，特殊誤差是固有的，因為所使用的定律僅對絕對黑色的發射器完全有效，所有真實的物理髮射器（主體和載體）在輻射特性方面或多或少與此不同.
根據基爾霍夫輻射定律，任何物體發出的能量都少於被加熱到與物體相同溫度的黑體。
因此，用黑色發射體校準的溫度測量裝置，在測量真實物理髮射體的溫度時，顯示的溫度會低於實際溫度，即校準時使用的黑色發射體的特性（輻射能量，它的亮度，它的光譜成分等），在值上與物理輻射體在給定的實際溫度下的性質相匹配待確定。測量的低估偽溫度稱為黑溫。
不同的測量方法通常會導致不同的不匹配的黑色溫度：輻射高溫計顯示積分或輻射，光學高溫計 - 亮度，彩色高溫計 - 顏色黑色溫度。
如果其溫度被測量的物體的發射率是已知的，則從測量的黑色到實際溫度的轉變以圖形或分析的方式完成。
發射率是用於測量具有相同溫度的輻射特性的物理髮射體和黑色發射體的值的比率：對於輻射法，發射率等於總（整個光譜）能量的比率，在光學方法中，光譜發射能力等于輝光的光譜密度之比。在所有其他條件相同的情況下，最小的發射器非黑度誤差由彩色高溫計給出。
通過輻射法測量非黑色發射體的實際溫度問題的根本解決方案是通過創造條件使其變成黑色發射體（例如，將其放置在幾乎封閉的腔體中）來實現的。 .
在某些特殊情況下，可以使用特殊的溫度測量技術（例如，照明、三波長光束、偏振光等）用傳統的輻射高溫計測量非黑色發射器的實際溫度。
測量溫度的通用儀器
測量溫度的巨大範圍和取之不盡的不同條件和測量對象決定了測量溫度的方法和設備種類繁多。
最常用的溫度測量儀器有：
- 熱電高溫計（溫度計）；
- 電阻溫度計；
- 輻射高溫計；
- 光學吸收高溫計；
- 光學亮度高溫計；
- 彩色高溫計；
- 液體膨脹溫度計；
- 儀表溫度計；
- 蒸氣溫度計；
- 氣體冷凝溫度計；
- 貼膨脹溫度計；
- 雙金屬溫度計；
- 聲學溫度計；
- 量熱高溫計-pyroscopes；
- 熱漆；
- 順磁鹽溫度計。
最流行的溫度測量電子設備：
也可以看看： 不同溫度傳感器的優缺點
上面列出的許多類型的儀器用於通過各種方法進行測量。例如，使用熱電溫度計：
- 用於接觸測量環境和物體的溫度，以及物體表面的溫度，沒有或與校正熱探測器和測量對象的熱不平衡的裝置結合；
- 通過輻射和一些光譜方法進行非接觸式溫度測量；
- 用於混合（接觸-非接觸）-通過氣腔法測量液態金屬的溫度高溫計）。
同時，多種溫度測量方法可以適用於各種類型的設備。
例如，室外和室內空氣溫度可以通過至少 15 種設備進行測量。圖為雙金屬溫度計。
世界上最大的溫度計在加利福尼亞州貝克
溫度測量儀器的應用：