認識各種溫度計 李芳瑜、戴明鳳 主要資料參考來源 ： ntent-wa/wchm3/wpage3-1.htm

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1 認識各種溫度計 李芳瑜、戴明鳳 主要資料參考來源 ： http://content.edu.tw/vocation/chemical_engineering/tp_ss/co ntent-wa/wchm3/wpage3-1.htm http://homepage19.seed.net.tw/web@5/championtech/n- learn.html

2 溫度計種類 溫度計是利用一系列物理反應測量溫度。大部分溫度計以恆定容量的氣 體溫度計做校正。   水銀 溫度計(Mercury-in-glass thermometer)   酒精溫度計(Alcohol-in-glass thermometer)   紅外線溫度計(Infra-red thermometer)   雙金屬溫度計(Bi-metal mechanical thermometer)   電阻溫度計(Electrical resistance thermometer)   熱電偶溫度計(Thermocouple Thermometer)   伽利略溫度計(Galileo thermometer)   液晶溫度計(Liquid Crystal Thermometer)   最高最低溫度計(Maximu Minimum thermometer)   顛倒溫度計/倒置式溫度計(Reversing thermometer)   矽帶溫度傳感器(Silicon bandgap temperature sensor)   息克斯溫度計/悉氏溫度計(Six's thermometer)   熱敏電阻溫度計(Thermistor Thermometer)   旋轉式溫度計(Rotary Thermometer )

3   水銀/酒精溫度計 原理: 液體熱膨脹係數 溫度範圍: 水銀: -36 ℃ ~1200 ℃; (1830℃ if 填充氮氣) 由於水銀廢棄物對環境危害的顧慮，有些國家已禁止使用水銀溫 度計。   紅外線溫度計 (Infra-red thermometer) 原理: 物體表面因溫度會有紅外線產生。利用偵測待測物發出紅 外線能量計算物體溫度。位於紅外線溫度計內的光學設備，可以 收集物體輻射的紅外能量並將能量聚集於檢測器上。隨後，檢測 器把能量轉化為電信號，電信號經放大並顯示為溫度讀數   雙金屬溫度計(Bi-metal mechanical 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。 溫度範圍: -184 ℃ ~538 ℃ 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。 ( 注一 )

4 原理: 利用溫度變化造成電阻改變的材料做成溫度感應 器, 使用材料多為鉑。故也常稱白金(鉑)電阻温度計。 溫度與電阻的關係通常如下 RT = Ro(1+aT+bT 2 ) 式中 R T ：溫度 T 時的電阻(歐姆)值; R 0 ：0℃時的電阻(歐姆) ; T：溫度(℃) a ：電阻的溫度係數 ; b ：校正係數 溫度測量範圍 : ☆白金線：金屬線型溫度計之最佳感溫線材 溫度範圍：-688 ℃ ~192℃/-400℉~1200℉ ☆鎳 線：因其價廉亦常被採用 溫度範圍：-418 ℃ ~1274 ℃/-250℉～690℉ ☆銅 線：限用於欲測定溫度低於鎳線者 溫度範圍為-396 ℃ ~482℃/-328℉～+250℉ 電阻温度計 (Pt-Electrical resistance thermometer）

5 構造： 1.感測元件－電阻元件：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。 2.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。 3.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。 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。 溫度範圍：-70~850 ℃ ( 注一 )

6 原理：利用金屬在不同溫度下，會產生熱電流。藉由不同金屬連接時與參考接 點造成不同熱電流產生的電壓差換算或是利用自動補償電流表得到溫度 值。 熱電偶材料：熱電偶的熱電流運動力係與線徑大小或長度無關。但與導線的規 格有關。熱電偶通常都置於絕緣體內且密封於保護管中，此保護管與端 子座及鑲嵌附件相連。 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。 Type : KJTERSN (以 K-type 最常見), 參考下頁列表 ( 注二 ) 上述產品以外特殊的熱電偶，例如 W-W26%Re ， Cu-CoAu 等也是可以做的。 熱電偶溫度計 (Thermocouple Thermometer)

7 材料 符號 正負 極 主要材質 線徑 JIS C 1602ANSI JISANSI 一般用途 ( ℃ ) 時的最大 操作溫度 加熱後用途 ( ℃ ) 時的最 大操作溫度 最大操作溫度 ( ℃ ) B ＋－＋－ 白金 70%+ 銠 30% 白金 94%+ 銠 6% 0.50 1,5001,700 R ＋－＋－ 白金 87%+ 銠 13% 高純度白金 0.50 1,4001,6001,480 S ＋－＋－ 白金 90%+ 銠 10% 高純度白金 0.50 K ＋－＋－ 鎳 90%+ 鉻 10% 鎳 95%+ 錳 2%+ 鋁 2% 3.2 2.3 1.6 1.0 0.65 3.2 1.6 0.8 0.5 0.32 1,000 900 850 750 650 1,200 1,100 1,050 950 850 1,260 1,090 980 870 E ＋－＋－ 鎳 90%+ 鉻 10% 銅 55%+ 鎳 45% 3.2 2.3 1.6 1.0 0.65 3.2 1.6 0.8 0.5 0.32 700 600 550 500 450 800 750 650 550 550 870 650 540 430 J ＋－＋－ 高純度鐵 銅 55%+ 鎳 45% 3.2 2.3 1.6 1.0 0.65 3.2 1.6 0.8 0.5 0.32 600 550 500 450 400 750 650 550 500 760 590 480 370 T ＋－＋－ 高純度銅 銅 95%+ 鎳 45% 1.6 1.0 0.65 0.32 1.6 0.8 0.5 0.32 300 250 200 200 350 300 250 250 370 260 200

8 伽利略溫度計 (Galileo thermometer) 原理： 利用同溫度下, 不同比重的液體分開置於小球中, 比重小球內包含有色液體，至於玻璃容器。 當液體的溫度改變，它們的密度會隨之改變， 並且那些懸浮的小球也會上升或下降到一個與 周圍的液體密度相等的位置。 如果重物有非常少的不同，還有被排列為最低 密度的在上面，最高密度在底部，這樣他們便 形成溫度標度。 溫度一般是讀取自一個被刻記的在各重物上的 金屬圓盤。頂面重物的最低重物是表示四周的 溫度。

9 熱電偶溫度計 (Thermocouple Thermometer) 三個重要的熱電效應： 1. 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。 2. 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。 3. 湯木生效應(Thomson effect)：均質金屬線上，若二端溫度不同，即產生電動 勢(emf)，此電動勢與金屬線兩端的溫度差成正比。故當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的現象，即為湯木生效應。 若電流方向相反，產生相反的反應，故亦稱為可逆性效應。

10 熱電偶溫度計 (Thermocouple Thermometer) 熱電理論的三定律： 均勻線路定律(Law of homogeneous circuit)： 在單一均質金屬線上，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)： 在熱電反應中，使用第三金屬線，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主要仍為第一、二種金屬的熱電偶所產生的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， 則其產出之emf，必等於其二接點之溫度在T1、T2及在T1、T3 時所產出emf之總和。

11   注一: 參考網址 http://content.edu.tw/vocation/chemical_engineering/tp_s s/content-wa/wchm3/wpage3-1.htm   注二:參考網址 http://homepage19.seed.net.tw/web@5/championtech/n- learn.html