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较早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(1564~1642)发明的。他的**只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差较大。
后来伽利略的学生和其他科学家,在这个基础上反复改进,如把玻璃管倒过来,把液体放在管内,把玻璃管封闭等。比较**的是法国人布利奥在1659年制造的温度计,他把玻璃泡的体积缩小,并把测温物质改为水银,具备了温度计的雏形。
以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度;经过反复实验与核准,较后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉,把纯水凝固时的温度定为32℉,把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉,用℉代表华氏温度,这就是华氏温度计。
在华氏温度计出现的同时,法国人列缪尔(1683~1757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小,不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现,含有1/5水的酒精,在水的结冰温度和沸腾温度之间,其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份,定为自己温度计的温度分度,这就是列氏温度计。
制成后又经过30多年,瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度,他把水的沸点定为0度,把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来(即沸点100度,冰点0度),就成了的百分温度,即摄氏温度,用℃表示。
温度计用玻璃应具有良好的热稳定性:
用玻璃应具有良好的热稳定性:(耐热性)o玻璃耐热性是指玻璃经受急速温度变化而不破裂的性能j往往把造成玻璃破裂的急冷或急热的温度差,称为玻璃开裂温度差。这一要求十分重要,因为温度计在使用时,总是经历着急冷急热这样反复的过程。
玻璃的耐热性与玻璃的膨胀系数、导热系数、机械强度等因素有关,也与制品的厚度有关。玻璃是热的不良导体;导热系数很小,耶那160玻璃约为0.814W/(m..℃)。玻璃所能承受的伸张或压缩的能力,称为抗张强度或抗压强度。玻璃的抗张强度约大于抗压强度的几倍。因此,玻璃急速冷却比急速受热更易破裂。
根据上述分析,温度计插入高温油、盐、锡槽前,须先把温度计放到槽盖上仔细预热;从高温槽中拔出的温度计,要擦净油迹,放到导热性差的板或棉制品上。千万不能让刚从高温槽中拔出的温度计碰到水或金属制品上。
二、温度计用玻璃的化学稳定性
温度计用玻璃还应具有较高的化学稳定性。温度计在使用中与水接触较多,其次是与酸碱等化学溶液接触。因此’,要求温度计用玻璃应具有抵抗这些化学溶液侵蚀的能力。玻璃的耐碱性能差,比耐水性、耐酸性小14~19倍。所以,左碱性环境中测温对玻璃温度计腐蚀性大。
三、温度计用玻璃的热后效
要求温度计玻璃的热后效要小。由于温度计感温泡加热冷却后,其容积不会立即恢复到原来的状态。冷却后感温泡的状态与冷却方法有关,这种现象称为热后效应。温度计玻璃的热后效,与玻璃的成分和热处理工艺以及热历史有关,直接影响温度计的示值,也是影响温度计质量的一个重要问题。由于玻璃内部组织的变化,经过一段时间之后,温泡体积会呈现一些缩小现象,这种收缩称为玻璃的自然变化。由于收缩,将使温度计零位升高。此外,当温度计受热后,膨胀了的温泡不能及时恢复到原来的容积,因而造成低降,即零点降低的现象。低降现象需要经过几个小时,有时甚至几天的时间方能消除。所以温度计用玻璃的热后
效是玻璃温度计测量的误差主要来源之一。
为了缩短变化的过程,对于温度计的玻璃采用人工老化。人工老化的过程是将玻璃加热到接近软化温度,然后逐渐冷却,这样反复进行数次,以消除玻璃内部组织的应力,使之能较快地达到稳定状态。
还应考虑温度计用玻璃的软化点温度要高,在热加工过程中不失透明和不变得混浊,以及质地均匀,不含未熔化颗粒和大的气线、气泡等。
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