温度计工作原理

温度计工作原理

看看屋里屋外，您会发现有许多设备，它们的作用就是测量温度的变化：

院子里的温度计可以告诉您外面多热或多冷。

厨房里的肉类和糖果温度计可以测量食物的温度。

加热炉里的温度计可以控制什么时候开关。

烤箱里的温度计可以保持设定的温度（热）。

冰箱里的温度计可以保持设定的温度（冷）。

药柜里的体温计可以准确测量一个小范围内的温度。

所有这些设备都在以某种方式测量温度。在本篇文章中，我们将了解现在使用的各种温度计技术及其工作原理。您还可以制作自己的温度计！

球状温度计就是您可能从小就在用的玻璃温度计。这种温度计含有某种液体，

通常是水银。

球状温度计依据的是一个简单的原理，即液体的体积会随温度的变化而变化。

液体变冷时收缩，变热时膨胀，这一原理同样适用于气体，也是热气球的工

作原理。

您可能每天都会接触液体，但是您可能没有注意到，水、牛奶和食用油的体

积都会随着温度的变化而变化，这些变化是相当小的。所有的球状温度计都

使用一个大大的球和一根细细的管子来突出体积的变化。如果您自己动手做

一个球状温度计，您就会亲眼看到这一点。下面就是您需要的物品：

带不透水密封盖的玻璃罐或玻璃瓶，盖子应为金属或塑料制成的旋盖。

我用的是1360克的苹果酱罐。罐子必须是玻璃的，这样您挤压它时，

它的形状不会发生改变。

一把钻头，或一把锤子和一颗大钉子。

一些橡皮泥、油灰、填缝剂或口香糖。

吸管，约23厘米长，越细越好，最好是透明的。

一些食用色素（非必需）。

制作温度计：

1.在罐子盖上打一个孔，孔的大小应尽可能地接近吸管的直径。

2.将吸管的一端插入孔中，然后密封孔的四周，要用橡皮泥把盖子的内外两侧都密封

住。完成后，它看起来应该是下面这样的：

3.将罐子注满冷水。您可以灌满水，然后放在冰箱里过夜，或者另外找罐子制一些冰

水，然后将冰水倒入您的罐子里，在这一过程中不要把冰倒进去，罐子里您要的只是水。如果您愿意，可以加一些食用色素，然后摇一摇。

把罐子放在桌子上以保持平稳，您要把罐子注满冷水，要尽可能地满而又不会溢出来。

4.按照上面图中所示，把罐子盖上。当您旋上盖子后，可能会有一点水溢出来，吸管

里可能也会看到一点水，这没关系。

5.把罐子放到厨房的水槽里，塞上水槽塞，然后放热水到水槽中，至水槽半满。

注意观察吸管中的液面，将会发生奇怪的事情：您会亲眼目睹罐子里的水在膨胀！随着罐子里的水越来越热，它就会膨胀并沿着吸管上升。这种膨胀每天都会发生，只是由于膨胀量太小，我们不会真正注意罢了。在这里，由于我们把膨胀的水引入一根很细的吸管，膨胀就变得明显多了。我们可以真真切切地看到它在发生。

您制作的就是一个简单的球状温度计，而且用起来很不错。如果愿意，您可以校准，那它就会相当准确地报告温度。但是，这个温度计也存在一些问题：

由于使用的液体是水，它无法测量0摄氏度以下的温度，因为水会结冰。同样，它也不能测量高于100摄氏度的温度，因为水会沸腾。

由于“球体”（罐子）很大，温度计要用很长时间才能达到与测量对象相同的温度，也许是一个小时。

由于管子的顶端是开口的，水会蒸发，并且可能会落入灰尘和碎屑。

将水银密封到一个小的玻璃温度计中就可以解决这些问题。球体小意味着它可以很快达到测量对象的温度，温度计的管子也非常细，而且水银还可避免水的结冰和沸腾问题。

如何校准温度计？常用的刻度有两种：

华氏温标——丹尼尔?华伦海特（Daniel Fahrenheit）随意决定在水的冰点和沸点之间划分为180度，并把水的冰点定在32度。于是，他制作了一个温度计，把它插进冰水里，把玻璃上的水银面标为32度。然后，他把同一温度计插入沸水中，把水银面标为212度。之后，他在这两点之间作了180个均匀分布的标记。

摄氏温标——安德斯?摄尔修斯（Anders Celsius）随意决定在水的冰点和沸点之间划

分为100度，并把水的冰点定在100度。不过，后来人们将他的刻度反了过来，所以水的沸点变为100度，而冰点变为0度。

正如您所看到的，我们平常使用的温度刻度完全是随意确定的！如果愿意，您也可以提出自己的刻度。使用水的冰点和沸点作参考点很好，因为它们很容易再现，但这并不是说您不可以使用其他刻度。

球状温度计的优点是测量准确，但是，如果目的是要控制温度，它们就不太适宜了。双金属片温度计采用金属制作，因此比较容易控制温度。

双金属片温度计依据这样一个原理，不同的金属在变热时以不同的速率膨胀。将两种不同的金属焊接在一起，您可以制作一个能经受高温的简易电控制器。这类控制器通常可以在烤箱中找到。下面是总平面图：

两种金属组成双金属片，这也是其名称的来源。在上图中，如果是用在烤箱中，应选择让绿色金属比蓝色金属膨胀得更快。在冰箱中则应选择相反的设置，这样随着温度的升高，蓝色金属比绿色金属膨胀得更快，金属片向上弯曲，形成接触，从而接通电流。可以通过调节金属片和触片之间空隙的大小来控制温度。

您会经常发现较长的双金属片会盘绕成螺旋状。院子里的刻度盘温度计一般会设计成这样。将非常长的金属片盘绕起来，可以极大增强它对微小温度变化的敏感度。加热炉恒温器中应用了同样的方法，线圈还连有一个水银开关，可以打开和关闭加热炉。

现在使用电子设备测量温度很普遍。此类温度传感器中最常见的是热敏电阻。

这种设备的电阻可以随温度变化而变化。计算机或其他电路可以测量电阻并将它换算成温度，显示或者决定开关某些设备。