温度计

温度计是一种测量温度或温度梯度的仪器。温度计中有两个重要的元件, 一个是温度感测器（例如水银温度计里的水银，或是红外线温度计里的高温感测器)，在温度变化时，其状态会改变。另一个元件是将前述变化转换为数值（例如水银温度计上印制，可用来目视读值的刻度，或是红外线温度计中的数位显示）。在许多领域都会使用温度计，包括工业上的制程监控、气象学、医学（医疗温度计）和科学领域。

双金属棒状温度计

温标

主条目：温度和温度测量

个别温度计都可以量测热的程度，但若要比较二个温度计的读值，都需要二个温度计有相同的温标，针对相同的温度，会有相同的数值。

目前常用的温标，有绝大多数国家采用的摄氏温标（纯水的凝固点为0℃，水的沸点为100℃），以及美国等国家使用的华氏温标（冰的熔点为32℉，水的沸点为212℉）。在一些科学领域会用绝对热力学温度，国际公认温标也大致近似热力学温度，以定点和温度计内插的方式处理。最近的国际官方温标是国际实用温标，从0.65 K（−272.5 °C；−458.5 °F）到近似1,358 K（1,085 °C；1,985 °F）。

历史

密封式玻璃液体温度计

17世纪中期，50度的温度计，陈列在伽利略博物馆，其中的黑点表示一度，白点表示十度，此温度计是用来量测大气温度

早期的温度计是利用气体受热膨胀的原理，但那其实也是气压表，对气压很敏感。1629年时，伽利略和意大利物理学家桑托里奥（Santorio Santorio）的学生约瑟夫·所罗门·德尔梅迪戈（英语：Joseph Solomon Delmedigo），发表了有关密封玻璃液体温度计的叙述和图示，一般也认为这是第一篇有关这类温度计的文献。温度计是密封的玻璃管，底部有一球状物，管内有半满的白兰地。管子上有刻度。德尔梅迪戈没有声称他发明了此仪器，也没有提到任何人发明了此仪器^[1]。约在1654年时，托斯卡纳大公斐迪南二世（1610–1670）制造了此仪器，第一个现代意义上的温度计，以液体的膨胀有关，和气压无关^[2]。许多科学家也实验不同的液体，以及不同的温度计设计，而当时的每一个温度计都是独一无二的，因为还没有统一的温标。

精准的温度量测

医疗用的水银最大值温度计

1714年时，发明家及科学家丹尼尔·加布里埃尔·华伦海特发明了可靠的温度计，他用水银温度计取代当时填充水和酒精的酒精温度计。他在1724年提出了温标，也就是现在的华氏温标（有略作调整）。1742年时，安德斯·摄尔修斯（1701–1744）提出了另一个温标，当时是以水的沸点为0度，水的冰点为100度^[3]，不过后来的摄氏度使用的定义和他当初的定义不同^[4]。法国昆虫学家勒内-安托万·费尔绍·德·列奥米尔在1730年发明了酒精温度计以及列氏温标，但最后证实其温度计不如水银温度计可靠。

测温的物理原理

许多19世纪的温度计

摄氏和华氏温标的比较

温度计可分为绝对温度计和经验温度计。绝对温度计是用热力学绝对温度来校正的。经验温度计在特定温度的读值不一定和绝对温度计完全一致。但经验温度计和绝对温度计需以以下方式维持一致：给定二个物体，各自是隔离的热平衡状态下，所有温度计对于两个物体中，何者温度较高，或是两物体温度相等，需要有一致的意见^[5]。针对两个经验温度计，上述要求不代表彼此之间的关系是线性的，但是要求两者的关系是严格单调函数^[6]。这是温度和温度计的基本特性^[7][8][9]。

在此条目的“一级温度计和二级温度计”章节中，有列出许多经验温度计运作的原理。许多原理是建构在特定物质其特性和温度之间的本构关系。只有一些物质适合用在这类用途上，这些物质会称为“测温材料”。辐射测温法和前述方式不同，辐射测温法是用黑体辐射的普遍特性，不是特定物质才有的特性，因此辐射测温法是普适性的测温法。

测温材料

许多经验温度计的原理是依测温材料其温度、压力和体积之间的本构关系。例如，水银受热会膨胀。

若测温方式是使用测温材料温度、压和和体积之间的关系，则需要符合以下三个性质：

1. 此物质要可以快速加热，快速冷却。当定量的热进入（或离开）此物质，此物质需膨胀或收缩到其最终体积，或达到最终压力，而且要几乎立刻达到其最终温度。有些热量视为是用来改变此物体定温下的体积，称为“定温下的膨胀潜热”，其余热量视为是在定容下改变其温度，称为定容比热容。有些物质没有此特性，需要时间用热来改变温度以及让体积变化^[10]。
2. 其加热和冷却需是可逆的。也就是说，此物质可以用相同的热增加量加热，再用相同的热减少冷却，且可以无限次重复，每一次都可以回复到原来的温度、压力和体积。有些塑胶没有此一特性^[11]。
3. 其加热和冷却需是单调的^[6][12]。

有关其加热和冷却的单调，也就是在其工作的整个温度范围内，需满足以下二个特性(a)或(b)的任一项

(a)在给定的固定压力下

可以是(i)其体积随着温度增加而增加，不然就是(ii)其体积随着温度增加而减少

不能是在某些温度下是(i)的特性，而在其他温度下是(ii)的特性

(b)在给定的固定体积下

可以是(iii)其压力随着温度增加而增加，不然就是(iv)其压力随着温度增加而减少

不能是在某些温度下是(iii)的特性，而在其他温度下是(iv)的特性

在温度在摄氏4度附近时，水不符合(3)的单调性，水在这温度区间有异常的温度-体积关系，因此不适合用在摄 4度附近的温度量测^{[8][13][14][15][16]}。

气体有上述的特性1, 2, 3(a)(i)和3(b)(iii)。因此是适合的测温材料，这也是气体在测温学上很重要的原因^[17]。

温度计的类型

温度计运利用一系列的物理反应去测量温度的。而多数的温度计最初是被校准到恒定容量的气体温度计。

• 水银温度计（Mercury-in-glass thermometer）
• 酒精温度计（Alcohol-in-glass thermometer）
• 双金属温度计（德语：Bimetallthermometer）（Bimetallic thermometer）
• 电阻温度计（Electrical resistance thermometer）
• 伽利略温度计（Galileo thermometer）
• 红外线温度计（Infra-red thermometer）
• 液晶体温度计（英语：Liquid crystal thermometer）（Liquid Crystal Thermometer）
• 最高最低温度计（Maximu Minimum thermometer）
• 颠倒温度计/倒置式温度计（Reversing thermometer）
• 硅带温度传感器（英语：Silicon bandgap temperature sensor）（Silicon bandgap temperature sensor）
• 息克斯温度计（英语：Six's thermometer）/悉氏温度计（Six's thermometer）
• 热敏电阻温度计（Thermistor Thermometer）
• 热电偶可以用在温度量测上。
• 旋转式温度计（Rotary Thermometer）
• 定容器体温度计隔测温度计

温度计的专业用途

• 实验室温度计（Laboratory thermometer）
• 糖果温度计（Candy thermometer）
• 肉类温度计（Meat thermometer）
• 医疗温度计（Medical thermometer）
• 室内温度计（又称寒暑表）（Room thermometer）

相关条目

• 温度测量