测量温度的方法和仪器
什么是温度
温度测量是一门理论和实验学科的主题——测温学，其中一部分涵盖 500°C 以上的温度，称为高温测量法。
根据热力学第二定律，温度概念的最一般的严格定义用以下表达式表示：
T = dQ /dC，
其中 T 是孤立热力学系统的绝对温度，dQ 是传递到该系统的热量增量，dS 是该系统熵的增量。
上述表达式解释如下：温度是转移到孤立热力学系统的热量增加的量度，对应于在这种情况下发生的系统熵的增加，或者换句话说，增加其状态的扰动。
在描述系统相的统计力学中，考虑到宏观系统中发生的微观过程，温度的概念是通过表达分子系统的粒子在多个未占据的能级之间的分布（吉布斯分布）来定义的.
这个定义（与前一个定义一致）强调温度概念的概率统计方面作为能量从一个物体（或系统）转移到另一个物体（或系统）的微观物理形式的主要参数，即混沌热运动。
温度概念的严格定义（也仅对热力学平衡系统有效）缺乏明确性，导致广泛使用基于能量转移现象本质的“功利主义”定义： 温度是一个物体或系统的热状态，其特征在于它与另一个物体（或系统）交换热量的能力。
该公式既适用于热力学非平衡系统，也适用于（有保留地）“感觉”温度的心理生理学概念，由使用热触觉器官的人直接感知。
“感觉”温度由人直接主观地评估，但只是定性的，并且在一个相对狭窄的区间内，而物理温度是在测量设备的帮助下定量和客观地测量的，但只是间接的——通过一些物理量的值取决于关于测得的温度。
因此，在第二种情况下，建立了为此目的选择的与温度相关的物理量的一些参考（参考）状态，并为其分配了某个数值温度值，以便所选物理量相对状态的任何变化以参考可以用温度单位表示。
与所选温度相关量的一系列连续状态变化（即值序列）相对应的一组温度值形成温度标度。最常见的温标是摄氏度、华氏度、Reaumur、开尔文和朗肯。
开尔文和摄氏温标
V 1730 法国博物学家René Antoine Reumour（1683-1757）根据Amoton的建议，将温度计上冰的熔点标为0，水的沸点标为80O。 V 1742 NSVedic 天文学家和物理学家 Anders Celsius (1701 - 1744) 在测试 Reaumur 温度计两年后，发现刻度的刻度有误。
事实证明，这在很大程度上取决于大气压力。摄氏建议在校准刻度时确定压力，我将整个温度范围除以 100，但将标记 100 分配给冰的熔点。后来，瑞典人 Linnaeus 或德国人 Stremmer（根据各种消息来源）更改了控制点的名称。
于是出现了现在广泛使用的摄氏温标。它的校准是在 1013.25 hPa 的正常大气压下进行的。
温标是由 Fahrenheit、Reaumur、Newton 创建的（后者无意中选择了人体温度作为起点。好吧，伟大的人错了！）和许多其他人。他们没有经受住时间的考验。
摄氏温标于1889年在第一届国际计量大会上通过。目前，摄氏度是国际计量委员会制定的官方温度测量单位，但在定义上做了一些澄清。
根据以上论证，很容易得出结论，摄氏温标不是一个人活动的结果。 Celsius 只是参与其开发的最后一批研究人员和发明家之一。直到 1946 年，该量表才简称为度数量表。直到那时，国际度量衡委员会才将摄氏度命名为“摄氏度”。
关于温度计工作体的几句话。设备的第一批创造者自然会寻求扩大他们的行动范围。正常条件下唯一的液态金属是汞。
别无选择。熔点为-38.97°C，沸点为+357.25°C。在挥发性物质中，酒或乙醇是最容易获得的。熔点 — 114.2 °C，沸点 + 78.46 °C。
创造的温度计适合测量从-100到+300°C的温度，这足以解决大多数实际问题。例如，最低气温为-89.2°C（南极东方站），最高气温为+59°C（撒哈拉沙漠）。大多数水溶液的热处理过程发生在不高于 100 °C 的温度下。
热力学温度的基本计量单位，同时也是基本单位之一 国际单位制 (SI) 是开尔文度数。
1开尔文的大小（温度差距）是由水的三相点的热力学温度值恰好设定在273.16°K决定的。
以水在固、液、气三相中处于平衡状态的这个温度为主要起点，因为它具有很高的重现性，比水的冰点和沸点的重现性好一个数量级.
测量水的三相点温度在技术上是一项艰巨的任务。因此，作为标准，直到1954年第十届度量衡大会才通过。
摄氏度，也可以表示热力学温度的单位，在温度范围上恰好等于开尔文，但任何摄氏温度的数值都比相同温度的开尔文数值高273.15度.
1 开尔文度（或 1 摄氏度）的大小，由水的三相点温度的数值确定，具有现代测量精度，与其确定（以前被接受）的大小没有区别，为百分之一水的冰点和沸点之间的温差。
测量温度的方法和装置的分类
可以通过两种根本不同的间接方式测量身体或环境温度。
第一种方法导致测量身体本身或环境的温度相关属性或状态参数之一的值，第二种方法 - 测量温度相关属性或状态的值辅助物体的参数（直接或间接）与测量温度的物体或环境达到热平衡状态......
一个辅助体被称为服务于这些目的，是一个完整的温度测量装置的传感器 测温（高温）探头或热探测器……因此，所有测量温度的方法和设备都分为两个根本不同的组： 无需探测和探测。
热检测器或该装置的任何附加装置可以与测量温度的物体或介质直接机械接触，或者可以在它们之间仅进行“光学”接触。
据此，所有测量温度的方法和工具分为 接触和非接触.探针接触和非接触方法和设备具有最大的实际重要性。
温度测量误差
与其他方法不同，所有接触式（主要是钻孔）温度测量方法的特点是所谓的由于完整的探针温度计（或高温计）仅测量热检测器敏感部分的温度值（在该部分的表面或体积上取平均值）而导致的热或热方法错误。
同时，该温度通常与测量温度不一致，因为热探测器不可避免地会扭曲引入它的温度场。当测量物体或环境的静止恒定温度时，在它和热接收器之间建立某种热交换模式。
热探测器与被测物体或环境温度之间的恒定温差表征了温度测量中的静态热误差。
如果测得的温度发生变化，则热误差是时间的函数。这样的动态误差可以被认为由一个常数部分（相当于静态误差）和一个可变部分组成。
后者的出现是因为随着测量温度的物体或介质之间热传递的每次变化，新的热传递模式不会立即建立。温度计或高温计读数的残余失真是时间的函数，其特征在于温度计的热惯性。
热探测器的热误差和热惯性取决于与人体或环境与热探测器之间的热交换相同的因素：取决于热探测器和人体或环境的温度，取决于它们的尺寸、成分（以及因此的特性）和条件，通过设计、尺寸、几何形状、热探测器及其周围物体的材料的表面状态和特性，根据它们的布置，物体或环境的测量温度随时间变化的规律。
通常，温度测量中的热学方法误差比温度计和高温计的仪器误差高几倍。它们的减少是通过使用合理的温度测量方法和热探测器的结构以及在使用场所适当安装后者来实现的。
通过强制传热的有益因素和抑制传热的有害因素，实现热接收器与环境或被测体之间传热的改善。
例如，当测量封闭体积内气体的温度时，热检测器与气体的对流热交换增加，在热检测器（“吸入”热电偶）周围产生快速气体流动，并产生辐射热与体积壁的交换减少，屏蔽热检测器（“屏蔽”热电偶）。
为了减少带有电输出信号的温度计和高温计的热惯性，还使用了特殊电路，通过测量温度的快速变化人为地减少信号上升时间。
非接触式温度测量方法
在测量中使用接触方法的可能性不仅取决于接触式热探测器测量温度的失真，而且还取决于热探测器材料的真实物理化学特性（腐蚀和机械阻力，耐热性， ETC。）。
非接触式测量方法不受这些限制。然而，其中最重要的，即基于温度辐射定律，特殊误差是固有的，因为所使用的定律仅适用于绝对黑色的发射器，所有真实的物理发射器（主体和载体）在辐射特性方面或多或少都与此不同.
根据基尔霍夫辐射定律，任何物体发出的能量都少于被加热到与物体相同温度的黑体。
因此，用黑色发射体校准的温度测量装置，在测量真实物理发射体的温度时，显示的温度会低于实际温度，即校准时使用的黑色发射体的特性（辐射能量，它的亮度，它的光谱成分等），在值上与物理辐射体在给定的实际温度下的性质相匹配待确定。测量的低估伪温度称为黑温。
不同的测量方法通常会导致不同的不匹配的黑色温度：辐射高温计显示积分或辐射，光学高温计 - 亮度，彩色高温计 - 颜色黑色温度。
如果其温度被测量的物体的发射率已知，则可以通过图形或分析的方式完成从测得的黑色到实际温度的转变。
发射率是用于测量具有相同温度的辐射特性的物理发射体和黑色发射体的值的比率：对于辐射法，发射率等于总（整个光谱）能量的比率，在光学方法中，光谱发射能力等于辉光的光谱密度之比。在所有其他条件相同的情况下，最小的发射器非黑度误差由彩色高温计给出。
通过辐射法测量非黑色发射体的实际温度问题的根本解决方案是通过创造条件使其变成黑色发射体（例如，将其放置在几乎封闭的腔体中）来实现的。 .
在某些特殊情况下，可以使用特殊的温度测量技术（例如，照明、三波长光束、偏振光等）用传统的辐射高温计测量非黑色发射器的实际温度。
测量温度的通用仪器
测量温度的巨大范围和取之不尽的不同条件和测量对象决定了测量温度的方法和设备种类繁多。
最常用的温度测量仪器有：
- 热电高温计（温度计）；
- 电阻温度计；
- 辐射高温计；
- 光学吸收高温计；
- 光学亮度高温计；
- 彩色高温计；
- 液体膨胀温度计；
- 仪表温度计；
- 蒸气温度计；
- 气体冷凝温度计；
- 贴膨胀温度计；
- 双金属温度计；
- 声学温度计；
- 量热高温计-pyroscopes；
- 热漆；
- 顺磁盐温度计。
最流行的温度测量电子设备：
也可以看看： 不同温度传感器的优缺点
上面列出的许多类型的仪器用于通过各种方法进行测量。例如，使用热电温度计：
- 用于接触测量环境和物体的温度，以及物体表面的温度，没有或与校正热探测器和测量对象的热不平衡的装置结合；
- 通过辐射和一些光谱方法进行非接触式温度测量；
- 用于混合（接触-非接触）-通过气腔法测量液态金属的温度高温计）。
同时，多种温度测量方法可以适用于各种类型的设备。
例如，室外和室内空气温度可以通过至少 15 种设备进行测量。图为双金属温度计。
世界上最大的温度计在加利福尼亚州贝克
温度测量仪器的应用：