很早以前,人們在燒窯和冶鍛時,通常是憑借火焰和被加熱物體的顏色來判斷溫度的高低。據記載,1780年韋奇伍德根據瓷珠在高溫下顏色的變化,來識別燒制陶瓷的溫度,后來又有人根據陶土制的熔錐在高溫下彎曲變形的程度,來識別溫度。
1709年,德國的華倫海特于荷蘭首次創立溫標,隨后他又經過多年的分度研究,到1714年制成了以水的冰點為32度、沸點為212度、中間分為180度的水銀溫度計,即至今仍沿用的華氏溫度計。
1742年,瑞典的攝爾西烏斯制成另一種水銀溫度計,它以水的沸點為100度、冰點作為 0度。到1745年,瑞典的林奈將這兩個固定點顛倒過來,這種溫度計就是至今仍沿用的攝氏溫度計。
早在1735年,就有人嘗試利用金屬棒受熱膨脹的原理,制造溫度計,到18世紀末,出現了雙金屬溫度計;1802年,查理斯定律確立之后,氣體溫度計也隨之得到改進和發展,其精確度和測溫范圍都超過了水銀溫度計。
1821年,德國的塞貝克發現熱電效應;同年,英國的戴維發現金屬電阻隨溫度變化的規律,這以后就出現了熱電偶溫度計和熱電阻溫度計。1876年,德國的西門子制造出第一支鉑電阻溫度計。
輻射溫度計和光學高溫計是20世紀初,維思定律和普朗克定律出現以后,才真正得到實用。從60年代開始,由于紅外技術和電子技術的發展,出現了利用各種新型光敏或熱敏檢測元件的輻射溫度計(包括紅外輻射溫度計),從而擴大了它的應用領域。
各種溫度計產生的同時就規定了各自的分度方法,也就出現了各種溫標,如原始的攝氏溫標、華氏溫標、氣體溫度計溫標和鉑電阻溫標等 。為了統一溫度的量值,以達到國際通用的目的,國際權度局最早規定以玻璃水銀溫度計為基準儀表,統一用攝氏溫標。后經數次改革,到1927年改用以熱力學溫度為基礎、以純物質的相變點為定義固定點的國際溫標 ,以后又經多次修改完善。
國際現代通用的溫標是1967年第13次國際權度大會通過的 ,1968年國際實用溫標。它以13個純物質的相變點,如氫三相點,即氫的固、液、氣三態共存點(-259.34℃);水三相點(0.01℃)和金凝固點(1064.43℃)等,作為定義固定點來復現熱力學溫度的。
中間插值在-259.34～630.74℃之間 ,用基準鉑電阻;在630.74～1064.43℃之間,用基準鉑銠-鉑熱電偶;在1064.43℃以上用普朗克公式復現。
按作用原理分類
溫度的測量是借助于物體在溫度變化時,它的某些性質隨之變化的原理來實現的。但是,并不是任意選擇某種物理性質的變化就可做成溫度計。用于測溫的物體的物理性質要求連續、單值的隨溫度變化,不與其它因素有關,而且復現性好,便于精確測量。
目前按作用原理制作的溫度計主要有膨脹式溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計,熱電偶高慍計和輻射高溫計等幾種。它們是分別利用物體的膨脹,壓力、電阻、熱電勢和輻射性質隨溫度變化的原理制成的。
按測量方法分類
溫度測量時按感溫元件是否直接接觸被測溫度場(或介質)而分成接觸式溫度測量儀表(膨脹式溫度計,壓力式溫度計、電阻溫度計和熱電偶高溫計屬此類)和非接觸式溫度測量儀表(如輻射式高溫計)兩類。
接觸式測溫法的特點是測溫元件直接與被測對象相接觸,兩者之間進行充分的熱交換,最后達到熱平衡,這時感溫元件的某一物理參數的量值就代表了被測對象的溫度值。這種測溫方法優點是直觀可靠,缺點是感溫元件影響被測溫度場的分布,接觸不良等都會帶來測量誤差,另外溫度太高和腐蝕性介質對感溫元件的性能和壽命會產生不利影響。
非接觸測溫法的特點是感溫元件不與被測對象相接觸,而是通過輻射進行熱交換,故可避免接觸測溫法的缺點,具有較高的測溫上限。此外,非接觸測溫法熱慣性小,可達千分之一秒,便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。由于受物體的發射率、被測對象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他介質的影響,這種測溫方法一般測溫誤差較大。
按測量溫度范圍分類
通常將測量溫度在600℃以下的溫度測量儀表叫溫度計,如膨脹式溫度計,壓力式溫度計和電阻溫度計等。測量溫度在600℃以上的溫度測量儀表通常叫高溫計,如熱電高溫計和輻射高溫計.
溫度測量儀表的選用
正確選擇和使用溫度測量儀表是實現對溫度參數進行正確、有效測控的首要前提。下面是一些研究人員根據自己以往在計量第一線的設計、安裝、調試經驗。
儀表功能的選擇
如果我們需要隨時了解溫度的變化趨勢,就應該選擇具有記錄功能的儀表;如果溫度變化對安全生產、產品質量有重大影響的話,我們一定要選擇具有報警功能的儀表;對于一般只需要監視溫度的情況下,我們用指示類測溫儀觀察溫度值就行了;在需要對溫度參數進行隨時調節時,設計溫度測控系統來對溫度進行控制。
儀表精度的選擇
精度的選擇,一般要考慮生產工藝過程對溫度儀表的要求以及溫度參數對生產的重要程度;在需要對溫度參數進行控制的情況下,我們還要考慮儀表的精度與整個測控系統的匹配問題。
儀表量程的選擇
量程選擇既要考慮到正常的生產情況,又要考慮在故障情況下溫度的變化范圍。
其它注意事項
進行現場中低溫測量時,宜選擇雙金屬溫度計,同時要注意其刻度盤直徑和徑向;有振動的地方,不宜選用工業玻璃棒式溫度計;測溫點較高或現場環境不好時,宜選擇壓力式溫度計,但與溫包相連的毛細管的長度不能超過20m;熱電阻、熱電偶的選擇要考慮它們的測量范圍、響應速度、分度號、使用安全等方面;對于需要對溫度參數進行控制時,需要設計一個測控系統,同時要考慮敏感元件、變送器、執行器、顯示儀表等之間的匹配、安全等問題。