温度测量
温度测量（亦即测温术）是一个描述测量此时此地温度以立即或稍后估计的过程。由重复标准化测量组成的数据集可被用于评估温度趋势。
历史 编辑
在17世纪之前，在标准化温度测量这方面的尝试是非常粗糙的。例如在公元170年，物理学家盖伦[1]将等量的冰和在沸点状态下的水混合以创建“中立”的温度指标。近代的科学领域源于17世纪佛罗伦萨科学家们的努力，包含了伽利略建造了能够测量相对温度变化的装置，但实验仍会受到大气压力变化的干扰。这些早期的装置被称为测温器（thermoscope）。1654年，费迪南多二世·德·美第奇[1]建造了第一个密封测温器。现今温度计与温度尺度的发展始于18世纪初期，当丹尼尔·加布里尔·华伦海特制作出一个，由奥勒·罗默研发的，以汞为内容物且有刻度的温度计。华氏温标，与摄氏温标和克氏温标一起，现在仍被使用着。
技术 编辑
现今已开发了许多测量温度的技术。其中大部分的都依赖于测量某些会随着温度变化的物理特性的材料。其中最常用的温度测量装置是水银温度计，由一个充满水银或其他流体的玻璃管组成，其中的流体也就是所谓的工作流体（Working Fluid）。温度升高会导致流体膨胀，因此可以通过测量流体的体积来决定当下的温度。此类温度计通常已经过校准，因此只需观察温度计中的液面高度即可读取温度。还有另一种在不会在现实中使用到的，但从理论角度来看非常很重要，就是气体温度计。
其他重要的温度测量设备包括：
测量温度时要小心，必须确保测量仪器（温度计、热电偶等）与被测材料的温度确实相同。在某些情况下，来自测量仪器的热量可能会导致温度梯度而使测量到的温度与实际温度有所偏差，在这种情况下，测得的温度不仅会随着系统的温度而变化，还会随着系统的导热性质而变化。
人类、动物和植物所体验到的温度感不仅仅只是与玻璃温度计上显示的温度有关。环境空气中的相对湿度水平会引起或多或少的蒸发冷却，湿球温度的测量标准化了这种湿度的影响。平均辐射温度也会影响体感温度。即使玻璃温度计显示相同的温度，风寒指数也会使有风条件下的天气感觉比无风条件下的天气更冷。气流会增加了从身体传热或向身体传热的速度，导致相同环境温度下体温的较大变化。 温度计的理论基础是热力学第零定律，理论中假设如果你有 A、B 和 C 三个物体，如果 A 和 B 处于相同温度，并且 B 和 C 处于相同温度，则 A 和 C 处于相同温度。 B，当然就是温度计了。
测温的基础是建立在三相点（Triple Point Cells）瓶的存在。三相点是一个压力、体积和温度的条件，使得三相相同时存在，例如固体、蒸汽和液体。对于如此唯一组成的条件，三个变量的任何变化都会导致一个或多个相从瓶（cell）中消失。因此，三相点瓶（triple point cells）可用作温度和压力的通用参考。（参见吉布斯相律）。
在某些情况下，可以直接使用普朗克黑体辐射定律来测量温度。例如，宇宙微波背景的温度是透过威尔金森微波各向异性探测器等卫星观测器所观测到的光子光谱测量到的。在夸克-胶子等离子体对重离子碰撞的研究中，单粒子光谱有时候作为温度计。
非侵入性测温术 编辑
近几十年来，已有许多测量温度的技术被开发。生物技术领域最有前途和最广泛使用的非侵入式测温技术，是基于对磁共振图像、计算断层扫描图像和超声波断层扫描的分析。这些技术允许在不植入感应元件的情况下监测组织内的温度。[2] 在反应流（例如，燃烧、等离子体）的领域，镭射诱导萤光（LIF）、CARS 和镭射吸收光谱已被用于测量引擎、燃气涡轮发动机、冲击波管、合成反应器（synthesis reactors）[3] 等内部的温度。尽管能够“不”干扰测量对象（例如：火焰、冲击加热的气体），这种以光学为基础技术仍需要高速测量（低至纳秒时间尺度）的能力。
地表气温 编辑
地球表面附近的空气温度是在测候所（meteorological observatories）与气象站，他们通常是使用放置在阴暗处中的温度计，例如百叶箱（一个标准且通风良好的白色箱子），而温度计应放置在于离地面1.25-2米的位置。此设置的详细信息由世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）所定义的。
真实的每日平均值可以从连续记录的温度记录仪中获得，通常它是透过取离散读数的平均值（例如 24 小时读一次、四个 6 小时读一次等）或是每日最高和最低读数的平均值（尽管后者可能导致平均温度比真实平均温度更冷或更暖高达1 °C ，具体取决于观察时间）。[4]
全球的平均地表气温大约为14 °C。
温度比较 编辑
| 事件 | 凯氏温标 | 摄氏温标 | 华氏温标 | 兰金温标 | 德利尔温标 | 牛顿温标 | 列氏温标 | 罗氏温标 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 绝对零度 | 0.00 | −273.15 | −459.67 | 0.00 | 559.73 | −90.14 | −218.52 | −135.90 |
| 地球表面温度最低纪录[5] | 184 | −89.2[5] | −128.6[5] | 331 | 284 | −29 | −71 | −39 |
| 华氏盐冰混合物 | 255.37 | −17.78 | 0.00 | 459.67 | 176.67 | −5.87 | −14.22 | −1.83 |
| 标准大气压下水的冰点 | 273.15 | 0.00 | 32.00 | 491.67 | 150.00 | 0.00 | 0.00 | 7.50 |
| 水三相点 | 273.16 | 0.01 | 32.018 | 491.688 | 149.985 | 0.0033 | 0.008 | 7.50525 |
| 地球表面平均温度 | 288 | 15 | 59 | 519 | 128 | 5 | 12 | 15 |
| 人体正常体温* | 310 | 37 | 98 | 558 | 95 | 12 | 29 | 27 |
| 地球表面温度最高纪录[6] | 331 | 58[6] | 136.4[6] | 596 | 63 | 19 | 46 | 38 |
| 标准大气压下水的沸点 | 373.1339[7] | 99.9839[7] | 211.97102[8] | 671.64102[8] | 0.00 | 33.00 | 80.00 | 60.00 |
| 钛 溶点 | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| 太阳表面温度 | 5800 | 5500 | 9900 | 10400 | −8100 | 1800 | 4400 | 2900 |
标准 编辑
美国机械工程师学会（American Society of Mechanical Engineers (ASME)）在温度测量上制定出了两种不同且独特的标准,B40.200和PTC 19.3.。 B40.200 为双金属驱动（bimetallic-actuated）、填充系统（filled-system）、玻璃液体（liquid-in-glass）温度计提供指南。它还提供了保护套管（thermowell）的指南。 PTC 19.3 提供与性能测试规范（Performance Test Codes，PTCs）相关的温度测量指南，特别了强调测量误差的基本来源和应对这些误差的技术。
美国机械工程师学会（ASME）之标准 编辑
参见 编辑
引用 编辑
- ^ 1.0 1.1 T. J. Quinn. Temperature
. London: Academic Press. 1983.
- ^ Hyperthermal Procedure. Measurements and Biomedical Instrumentation Lab. Università Campus Bio-Medico di Roma. [2022-12-08]. （原始内容存档于2014-07-14）.
- ^ Chrystie, Robin S. M.; Feroughi, Omid M.; Dreier, Thomas; Schulz, Christof. SiO multi-line laser-induced fluorescence for quantitative temperature imaging in flame-synthesis of nanoparticles. Applied Physics B. 2017-03-21, 123 (4): 104. Bibcode:2017ApPhB.123..104C. ISSN 1432-0649. doi:10.1007/s00340-017-6692-0 （英语）.
- ^
Baker, Donald G. Effect of Observation Time on Mean Temperature Estimation. Journal of Applied Meteorology. June 1975, 14 (4): 471–476. Bibcode:1975JApMe..14..471B. doi:10.1175/1520-0450(1975)014<0471:EOOTOM>2.0.CO;2
.
- ^ 5.0 5.1 5.2 The Coldest Inhabited Places on Earth （页面存档备份，存于互联网档案馆）; researches of the 沃斯托克站 recorded the coldest known temperature on Earth on July 21st 1983: −89.2 °C (−128.6 °F).
- ^ 6.0 6.1 6.2 World: Highest Temperature 互联网档案馆的存档，存档日期January 4, 2013，.; an Italian weather station in 阿齐济耶 (利比亚) measured a temperature of 58 °C (136.4 °F) on September 13th 1922. "Although this record has gained general acceptance as the world's highest temperature recorded under standard conditions, the validity of the extreme has been questioned."
- ^ 7.0 7.1 International Temperature Scale of 1990, Wikipedia, 2018-03-09 [2018-07-05] （英语）
- ^ 8.0 8.1 http://www.tampile.com/scales.php （页面存档备份，存于互联网档案馆） Tampile – Temperature Conversion Scales
- ^ ASME. American Society of Mechanical Engineers. [2015-05-13]. （原始内容存档于2018-11-20）.
- ^ ASME. American Society of Mechanical Engineers. [2015-05-13]. （原始内容存档于2015-09-08）.
外部链接 编辑
| 维基共享资源上的相关多媒体资源：温度测量 |
Callendar, Hugh Longbourne. Thermoelectricity. Encyclopædia Britannica 26 (第11版). London: 814–821. 1911. Another contemporaneous survey of related material.- Callendar, Hugh Longbourne. Thermometry. Encyclopædia Britannica 26 (第11版). London: 821–836. 1911. A detailed contemporaneous survey of thermometric theory and thermometer design.
- A comparison of different measurement technologies Agilent Technologies, Inc. Practical Temperature Measurements (PDF). [2018-11-19]. （原始内容 (PDF)存档于2017-11-16）.
[We] explore the more common temperature monitoring techniques and introduce procedures for improving their accuracy.
