一、概說
溫度在工業界為一重要的變數，例如反應速率依操作時的變化而昇降，反應速   率依操作時的變化而昇降，反應過程中操作溫度的高低不但影響反應完成所需的時   間，還影響到轉化率的大小。因此工業上溫度的測定變成不可缺的一項要素。

二、溫標
       一般常用的國際溫標有下列幾種：
           1、攝氏溫標（℃）
                   由攝氏1大氣壓下水的冰點為℃；沸點為100℃。
           2、華氏溫標（℉）
                   由華氏制定一大氣壓下水的冰點為32℉，沸點為212℉。
          3、克耳文溫標（K）
                   卡氏制定水的三相點為273.16K，一大氣壓下水的冰點為273.16K，沸點為373.16K。
           4、冉肯溫標（°R）
                   亦稱華氏絕對溫標。定一大氣壓下水的冰點為491.69°R，沸點為671.69°R。

上列各項溫標間的關係為：
             ℉＝1.8℃+32；K＝℃+273.16；°R＝℉+459.69

三、種類
  膨脹式溫度儀器，電阻式溫度計，熱電偶式溫度計，光測高溫計，輻射高溫計

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1、膨脹式溫度儀器
 （1）水銀溫度計（mercury-in-glass thermometer）
                   原理：
           當熱度自球莖外壁傳入時，膨漲球內之水銀即在細管中上昇至一定高度，玻璃管外壁刻以度數，水銀之位置即代表此溫度。
        構造：
          為一圓形或其他形狀之玻璃管，管的中間為一內徑極小之毛細管，其下端與一裝滿水銀之膨漲球莖相連。
      使用說明：
         Ⅰ、普通工業用水銀溫度計之溫度指示範圍，為-38℉至650℉。
                            （普通水銀之凝固點為-38℉，沸點為675℉）欲測高溫時，於水銀上充以高壓一自30psi至300psi之壓力，視溫度之指示範圍而定如充以乾燥之氮氣。則其溫度可測至1000℉，此類溫度計應以石英替代普通玻璃，以免發生玻璃管軟化變形的現象。
   Ⅱ、工業用水銀溫度計與實驗室內所用的溫度計極為相似，只差在工業用的在玻璃球莖及玻璃管外罩以金屬保護套，以免受意外損害。
                   Ⅲ、水銀溫度計不宜應用於溫度變化激烈，驟昇驟降，或外界常易變遷之處。

優、缺點：

水銀溫度計之最大優點為價格低廉，使用便利，無需高度複雜之各種調節校正手續其缺點為：
         Ⅰ、指示不夠準確，水銀溫度計指示不夠準確，其原氏為在高溫時，玻璃管受熱而膨漲，因之而改變毛細久體積，於是使指示值產生若干偏差。
                   Ⅱ、水銀之膨漲係數隨溫度之昇降而有些微變化。
                   Ⅲ、溫度之指示範圍不大。
                   Ⅳ、膨漲球莖插入待測溫度流體之深度，常易導致嚴重錯誤。欲避免此誤差，最好將膨漲球莖連玻璃桿一齊浸入流體內，使兩者在同一溫度，如此可避免受大氣溫度之影響。

冷凍冷藏設備、製冰機、除濕乾燥機、冷卻機、溫度控制機、模溫機、油氣分離器、噴霧乾燥機、恆溫冷凍機、空氣乾燥機、冷媒回收機、冷凍機。

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（2）雙金屬溫度計（bimetal 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，因金屬片膨脹程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。

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。

  使用說明：
  Ⅰ、工業之工業冷凍機、空壓乾燥機、凍式乾燥機、電子空調機、模具溫度控制機、蒸發罐上常用之雙金屬膨脹溫度儀器，其低膨脹金屬多用恒範鋼，此為一種含鎳36%的鎳鐵合金。高膨脹金屬在較低溫時用青銅，高溫度時用鎳。
  Ⅱ、為保持其精確度，此種溫度計不宜長期連續使用，以防金屬片組產生彈性疲乏現象。
                   Ⅲ、含有金屬片組部分應全部插入待測流體中，以求取測得的溫度之精確。
                   Ⅳ、為消除輻射能之影響，金屬片組之外殼應為光滑之金屬表面。
                   Ⅴ、雙金屬溫度計一般可測之溫度範圍為５３８度C~－１８４度C。
      Ⅵ、雙金屬片的一端固定，則另一端撓曲，則其撓曲度與溫度平方成正比與其厚度成反比。

2、電阻式溫度計（resistance thermometer）
           原理：
               金屬導體的電阻隨溫度的升高而增加；隨溫度之降低而減少，測量此金屬導體之電阻值，即能間接求得其溫度。
                 此種溫度與電阻之關係可由下列算式代表：
  Rt=Ro(1+at+bt²)

其中  
Rt：在溫度t時的電阻，歐姆
Ro：溫度，℃
t ：0℃時的電阻，歐姆
a ：電阻的溫度係數
b ：校正係數

  構成(金屬線型)：
  Ⅰ、感測元件－電阻元件。
               ☆它是一個精心製造的電阻器
               ☆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。
      Ⅱ、線材之種類
                ☆白金線：又稱鉑線，乃金屬線型溫度計線材之最佳材料。（使用溫度範圍為-400℉～+1200℉）
                ☆鎳線：亦時常被採用（因其價廉，使用溫度範圍-250℉～+690℉）
                ☆銅線：一般限用於欲測定溫度低於鎳線者（其可使用溫度範圍為-328℉～+250℉）。
  Ⅲ、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。
  Ⅳ、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。

惠斯頓電橋
  (1)偏轉式（deflection type）又稱不平衡式（unbalanced type）：
            原理：
            此電橋中其他各電阻皆固定，若R_t因溫度變化而產生改變時，則電橋失去平衡而造成指示計（檢流器）發生偏轉，因而指示溫度。
            優點：構造簡單，價廉
            缺點：感測電阻與檢流器的電壓值關係並非線性，誤差較大。
            用於測量較低溫度0～150℉

(2)平衡式（balanced type）
           原理：
            R₁、R₂為固定電阻器，R_t為感溫電阻器，R_s為可變電阻，上面標以溫度刻度。R_o為零點調整電阻，當R_t感受溫度升高時R_t電阻則變大，此時電橋不平衡檢流計即產生偏轉。此時若小小變動電阻R_s（慢慢變大），則必能調得一點使檢流計歸零。一般此類溫度計均直接將電阻值標示成溫度標度。
            公式：R_s＝K‧R_t
            優點：準確性大於偏轉式電橋
            缺點：感測球莖線路的電阻值大小會影響測量值，造成誤差。滑動電阻的接觸點有電阻存在造成誤差。

電阻式溫度計的優缺點
             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。

 3、熱電偶式溫度計（Thermocouples）
       構造：
       兩種不同金屬，在其一端接合置於被測物體上，另一端接在測示的儀器上，即為一熱電偶溫度儀器。
       原理及效應：
       三效應：
       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。
      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。
      湯木生效應（Thomson effect）：
        ☆在均勻質之金屬線上，若二端之溫度不同，即發生電動勢（emf），此電動勢與金屬線兩端之溫度差成正比。
        ☆所得之結論為：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之現象，稱之為湯木生效應。
        ☆若電流方向相反，產生相反的反應，故亦稱為可逆性效應。

       熱電理論的三定律：
       均勻線路定律（law of homogeneous circuit）：
            ☆在單一均勻質之金屬線上，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）：
                        ☆在一熱電反應中，使用一第三金屬線，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仍為熱電偶所產生的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，則其發出之emf，必等於其二接點之溫度在T₁、T₂及在T₁、T₃ 時所發出emf之總和。

                      熱電偶材料：
  (1)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。
                            ☆熱電動勢較穩定，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。
   (2)熱電偶材料的種類

                   優缺點：
                        優點：
   1. 些微的溫度變化亦可測定
                                   2. 測定時反應快
                                    3. 不而能源供應。
  缺點：
                          1. 參考點需作補整（compensation）
                                    2. 如儀器沒有作補償的工作，常溫左右的溫度不易精確測定。

                     安裝熱電偶溫度計的注意事項：
                         ☆避免將熱電偶裝於火焰經過之處。
                         ☆將熱電偶置於平均溫度處，於加熱爐之情況，可 多裝數對熱電偶並聯相接。
                         ☆將熱電偶之熱點儘可能置於可窺見之處。
                         ☆熱電偶必須深深插入，使其熱點確實在所測量溫度之中。
                         ☆考慮熱電偶是否因所測溫度太高而有熔融之危險。
               ☆切勿將瓷管保護套管突然插入高溫之流體中，防止套管之破裂。
                        ☆測量各式加熱爐氣體溫度時，須將煙突及爐壁之輻射問題詳加考慮。
                         ☆因熱電偶產生的emf很小，故配線時須注意不能與其他電路共同一導管，並至少離開一至二呎以上。
  熱電偶的校正：
                            熱電偶使用的日久，常使溫度與emf的特性改變，故視操作情況的需要給予校正。

4、光測高溫計（optical pyrometer）
            原理：
                 集中於一幕屏（screen）上，幕屏後裝一紅色濾鏡，僅讓波長為0.65之輻射能透過，俾使觀察者易觀察幕屏上之情形。同時另裝一標準鎢絲燈，其發出之輻射能亦可集中在幕屏上，以作為比較。調整變阻器以調整通過標準鎢絲燈之電流，使標準光源在幕屏上之亮度（brightness）與輻射熱之亮度相等。此時變阻器之刻度即代表此輻射熱源之溫度。
            優缺點：
                優點：
            1. 輕便
            2. 可測1000度C以上之高溫
            3. 勿需接近待測物
                缺點：
            1. 需人工操作
            2. 因人工操作，可能產生讀出誤差

5、輻射高溫計（Rediation pyrometer）
      原理：當熱源放射之輻射光射到物體時，則使該物體之溫度上升，溫度上升的程度與熱源輻射光之強度成一定的關係。因此如將高溫待測物體放射出之輻射光用小型之受光器予以吸收，而測受光器溫度之上升，便可測知高溫待測物之溫度。

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