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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。
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