測量溫濕度的種纇

測量溫溼度的種類：

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 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。 (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 ℃ ~ -184 ℃ 。 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 Rt 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， Rt 為感溫電阻器， Rs 為可變電阻，上面標以溫度刻度。 Ro 為零點調整電阻， 當 Rt 感受溫度升高時 Rt 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 Rs ( 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： Rs ＝ K ‧ Rt 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。

ANSI 型

正　　　線

負　　　線

T

100% 銅

55% 銅 + 45% 鎳

J

100% 鐵

55% 銅 + 45% 鏡鎳

K

90% 鉻 + 10% 鋁

97% 鎳 + 3% 鋁

S

87% 鉑 + 13% 銠

100% 鉑

R

90% 鉑 + 10% 銠

100% 鉑

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。 ☆ <span style="FONT-FAMILY:新細明體;FONT-SI window.googletag = window.googletag || {cmd: []}; googletag.cmd.push(function() { googletag.defineSlot('/22590772197/pc_textbottom', [1, 1], 'div-gpt-ad-1639353180888-0').addService(googletag.pubads()); googletag.pubads().enableSingleRequest(); googletag.enableServices(); }); googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1639353180888-0'); });

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