温度计的种类

在有文字记载的人类历史上，关于冷热一类的词很早就出现了。我国古代早在先秦文献上就有不少寒暑冷热的记载；到了战国时期，人们已经知道将水存放在瓶内，由水是否结冰来推知气温下降的程度；汉代初期，我国人民进一步发展了以冰测温的温度计雏形。《淮南子》这本书中有这样的说法： “睹瓶中之冰而知天下之寒暑。”

大家都知道“炉火纯青”这个成语吧！它的意思是比喻某人的品德修养、学问、技术或处事手段等达到精纯完美的境地。其实，“炉火纯青”还体现了我国古代的一种独特的光学测温术呢！据说，古时候的道家在炼丹时，必须到炉火纯青时才算炼成。

以后，这种技术又被广泛用于熔铸青铜合金的技术之中。战国初期有一本书，书名为《考工记》，其中这样写道：“铸金之状⋯⋯青、白之气竭，青气次之，然后可铸也。”根据现代科学原理，它是说，当温度升至 1200℃ 时，杂质锌将全部挥发，所以白烟消竭。“炉火纯青”说明炉温已经够高，可以浇铸了。

您看，这是多么有趣啊！

世界上很多物质都具有热胀冷缩的特性，水、空气、水银和酒精等等在加热的情况下体积都会膨胀，而在变冷的情况下则会缩小。因此，在日常生活中，我们发现夏天的电线往下垂、冬天的电线绷得直；铁路的路轨夏天变长冬天变短，中间空隙就有大有小；踩瘪的乒乓球放到热水中，凹下去的地方一下子就复原了⋯⋯这些都是因为热胀冷缩的缘故。人类很早就知道了这种现象，公元前 3 世纪就有人做实验来演示空气的热胀冷缩，然而都没有想到利用它来测量温度。

据说，最早利用这一特性来反映冷热程度的是伽利略，他曾于 1581 年在意大利的比萨大学学习医学。在这过程中，他发现生病往往与体温的变化有关，可当时，人们除了凭人手触摸确定体温高低外，几乎没有什么可靠的办法。

“为什么不发明一种温度计呢？用这种温度计不就可以精确地测出病人的体温了吗？”伽利略的创造发明欲望又一次在心头涌起，“根据什么原理来制造呢？嗯，看来必须在和温度变化有关的热胀冷缩上下功夫！”

于是，伽利略一头钻进了“热胀冷缩”世界中去了。然而，发明创造并非一蹴而就之事，它必须具有灵敏的脑袋和灵巧的双手，必须经过认真仔细的思索和坚持不懈的努力，才能最后取得成功，温度计的发明同样如此。

一晃 10 多年过去了，在这期间，伽利略当然不仅仅考虑温度计一件事，他发现了摆动定律，可以使机械钟走得更准确；他在比萨斜塔上做了著名的落体实验；他还因故离开了比萨大学被聘为帕多瓦大学的教授。在帕多瓦大学，伽利略白天教书，晚上同学生们讨论学问，然后再回到自己家里休息。说是休息，其实他还要做实验、制仪器，天天如此。

就在这忙忙碌碌之时，1593 年伽利略发明了第一支空气温度计。这种仪器结构非常简单，但以前从未有人想到过：它是一根玻璃管，一端开口，另一端有一小泡，然后将它注满水，并将开口的一端立于水盆内的水面之下，这样，小泡内出现了一个含有空气的空间。如果用手握紧小泡，就会使泡内空气受热膨胀，越热膨胀得越厉害，小泡中的空间也越大；相反，小泡内空气就变冷而收缩。如果在玻璃管边上装一个标尺，用来测定水的高度变化，

也就可以确定空气温度的变化了。

第一枝空气温度计制成以后，伽利略满心欢喜，马上用它到处去测定温度。不久，他就感到不满意了，因为他发现这种温度计很不精确，既不能测低温，又不能测高温：温度太低玻璃管内的水会结冰，温度太高水又会汽化。同时，伽利略还发现，即使温度不变，玻璃管内的水的高度也会有所差异，这是由于它还要受到大气压强变化的影响。由于工作繁忙，伽利略没有精力和时间去进一步研究、改进他的空气温度计了。

首先对伽利略的温度计加以改进的是一位名叫雷伊的法国化学家。1632 年元旦，雷伊给他朋友写了一封信，信中提出了一种液体温度计，他建议把伽利略的温度计反过来装，在泡里充水，管子里充空气，用水的膨胀来指示温度。他在信中这样写道：

“使用的时候，将泡充满水直到颈部，把它放在阳光下或一个发烧病人的手中，热会使水膨胀而上升，上升多少则根据热的高低而定。”

但是，雷伊的液体温度计由于没有把玻璃管的上端封闭，水的蒸发就会带来较大的误差。

后来，在意大利托斯卡纳大公爵斐迪南二世的指导下，佛罗伦萨的院士们提出了将管子密封的设想，他们将玻璃泡装上酒精，然后熔化玻璃尖把它密封，并把刻度附在玻璃管上。这就是第一个与大气压强无关的温度计。

1657 年，大公爵把这种温度计赠送给波兰皇后的使节，皇后的大臣又把温度计转送给巴黎的天文学家布里奥。两年以后，布里奥制造出了第一支用水银作为测温物质的温度计。这样，温度计可测的温度范围就更大了。

就在伽利略发明第一支空气温度计之时，他的一位朋友帕多瓦大学的医学教授桑克托留斯则在用一种特殊的验温器来指示人体温度的变化，这种独特的验温器可以说是世界上最早的体温计了。

桑克托留斯发明的这种体温计像一条蛇形，球状的上端可放在病人的口中，管子下端放在一个盛水的容器内；蛇形管的刻度用玻璃珠标示，玻璃珠之间的距离则是任意的。虽然这是一个粗糙的仪器，但桑克托留斯却利用它发现了人体在健康和患病时的体温变化。

在温度计发展过程中，我们不得不提到德国物理学家盖里克，他曾以马德堡半球实验而闻名于世，殊不知，他在 1660 年至 1662 年还创建了一个最不寻常的温度计呢！

盖里克这架独特的仪器有近 20 英尺长，它由一个绘成蓝色，上面嵌着金星的钢球壳和 1 英寸宽的铜管连接而成，铜管弯成一个很窄很窄的 U 形，管内灌入了一些酒精。U 形管较短一臂的顶端是开口的，酒精液面上漂浮着一个微小的倒扣着的铜箔杯，它与一根绳子连着，绳子绕过悬挂在球壳下的滑轮，绳子的另一端是一个带翅膀的小天使，用小天使来指示管子上的刻度。大钢球壳的一侧加了一道阀门，用空气泵排除空气用以调节酒精的高度。当铜球内的空气膨胀时，U 形管开口一端的酒精就上升，小天使则下降；相反，

当空气收缩时，小天使就上升。

盖里克制造的这个巨大的温度计安装在房子背阴的一面，它上面有 7 个标度，从“大热”开始一直到“大冷”。这个温度计在当时还真引人注目呢。

自从伽利略制成第一支空气温度计开始，人们始终碰到一个难题，那就是“温标”——温度计需要有一个共同的标准，才能被人们广泛接受呀！

首先意识到这一问题的是英国著名物理学家玻义耳，他为缺少一个绝对的测温标准而感到深深的苦恼。

“有什么办法呢？”玻义耳一边思索着，一边实验着。经过一番钻研，玻义耳建议用茴香油放在酒精温度计的周围，让油凝固，记下当茴香油开始凝固时的酒精高度，然后再计算酒精的膨胀。

玻义耳有个助手，名叫胡克，他也跟着玻义耳一起思考着温标问题。有一天，胡克做完实验以后感到十分疲劳，于是，他走到实验室外的酒柜里，倒了半杯葡萄酒，独个儿自斟自饮开了。突然，胡克的眼睛盯在那洋红色的葡萄酒上不动了。

“咦，这倒是个好主意，为什么不用这样红色葡萄酒酒精代替无颜色的酒精呢？这样的话，不是更容易观测温度的变动化了吗？”

这个灵感，使胡克感到十分高兴，不久，一支清晰易辨的温度计便制成了，它里面灌着红色的酒精。胡克制造的温度计变化非常大，夏天可以膨胀到顶端，冬天可以降低到底部。在杆上刻度时，胡克先是把它放在正在凝固的蒸馏水中，把它停留的位置当作零，再根据液体的膨胀程度分度。

著名英国科学家牛顿也曾研究过温标这个难题呢！1701 年，牛顿用笔名发表了一篇论文，报道了他在测温学方面的研究成果，牛顿做了一支温度计，取了两个固定点作为温标，一个是雪融化时的温度，另一个是人体的温度，然后，他将这两个固定点间分为 12 等份。尽管牛顿提出的这种温标并不十分令人满意，但是，他发现的固体冷却定律和他对溶解与沸腾温度稳定性的观察，对温度计的发展至关重要。

除此之外，还必须一提的是法国科学家阿蒙顿，他于 1702 年改进了伽利略温度计，他的温度计是由一个恒定体积的玻璃泡和一个 U 形管较短的一臂连接而成，U 形管较长的一臂内的水银柱高度表示所测得的温度。阿蒙顿的温度计测出的温度与大气压强无关，因此，不同地方的温度计读数可作比较，但是由于他选择水的沸点作为一个固定点，这又与大气压强有关，结果还是不能取得较高的准确度。

时间进入了 18 世纪。

由于物理学、医学和气象学等各个方面日益发展的需要，对温度测量的要求越来越高。真所谓“时势造英雄”，在这样的形势下，有 3 位科学家脱颖而出，他们便是华伦海特、列奥默和摄尔萨斯。

华伦海特于 1686 年出生在德国的但泽，他的父亲是一个商人，父亲为了让他继承家业，特地送他到荷兰学习商业。但是，华伦海特却对科学产生了

浓厚的兴趣。终于，他成了阿姆斯特丹一个有名的科学仪器制造家。

华伦海特最初是用酒精来制作温度计的，直到 1714 年，28 岁的华伦海特才制造了现在仍以他的名字命名的那种水银温度计。在他的温度计上，他选了 3 个固定点：第一点取冰、纯水和氯化镁混合物的温度定为 0 度；第二

点取无盐的冰水混合物的温度定为 32 度，称之为凝结的起点；第三点取温度

计插入人体口中或置于腋下的温度定为 96 度。这便是“华氏温标”。

有趣的是，水的沸点虽然不是华氏温标的一个固定点，但是 212 这一点恰恰与之重合。以后，为了使固定点更精确，人们便改以冰水混合物的温度为 3 2 度，以在标准大气压下水的沸腾温度为 212 度。

列奥默是一位法国贵族博物学家，他在不知晓华伦海特工作的情况下，沿着不同的路线，探索着温度计的改良工作。

列奥默于 1683 年生于法国的拉罗歇尔，他是一位数学家、动物学家。1730

年，列奥默引入了一种温标，他把水的冰点和沸点之间划分为 80 度，这是因为列奥默注意到，酒精和五分之一水的混合液在从水的冰点加热到沸点时，其体积从 1000 份膨胀到 1080 份。但是，由于他忽视了空气压强对液体沸点的影响，他的温度计的测量结果并不理想。列奥默发明的这种温标人们称之为“列氏温标”。

瑞典天文学家摄尔萨斯是 18 世纪前半叶以温标标准化著称的第三位科学家。1742 年，摄尔萨斯在一篇向瑞典科学院宣读的论文中，建议人们采用一种新的温标，即“百分温标”，又称“摄氏温标”。他选择了两个固定点，一个是沸水的温度记作 0，另一个是结冰的温度记作 100，中间分为 100 个分度。因此，摄尔萨斯当时的情况和我们今天恰恰相反：沸腾的水不是 100 度，

而是 0 度！这个“摄氏温标”使用起来比以前所有的温标都更令人满意，渐渐地成了科学研究中应用最广的温标。第二年，有人对“摄氏温标”的方向不太满意，于是，将它倒了过来，取水的沸点为 100 度，冰点为 0 度，这种习惯便一直延用至今。

对于气象观测者来说，最感兴趣的莫过于某一段时间，例如 24 小时内温度计所测得的最高温度和最低温度了。今天的报纸、广播和电视上的天气预报，所报的温度也是最高和最低两项。但是，这两项温度如何测定呢？如果使用普通的温度计，岂不是需要一个人每时每刻去观测温度计才行吗？有没有办法制造出可以测出 24 小时内最高温度和最低温度的温度计呢？

18 世纪，许多人都在考虑这个问题，也在设法解决它，英国科学家卡文

迪许便是其中之一，他是 18 世纪英国受人尊敬的一名科学家。18 世纪 50 年代前后，卡文迪许发明了早期类型的最高温度计和最低温度计，它们是两个互相独立的仪器。

最高温度计的外表与普通温度计相差不大，关键在于它的上端：水银柱上部有一部分酒精柱，上端开口处还有一个小小的玻璃容器。当温度逐渐上升，达到最高时，水银柱顶着酒精柱达到最高处，多余的酒精便溢出到玻璃

容器中。随着温度的下降，酒精柱上方出现了一段空间，这段空间便能表示它曾达到的最高温度。

最低温度计就像一根倒置的虹吸管，长肢封闭，短肢通过一个玻璃球与一个大圆筒连通。玻璃球和大圆筒原先都装有酒精，水银则从短肢顶端延伸到长肢向上的某一点来表示环境温度。当温度下降时，圆筒内的酒精收缩，水银从短肢跑进玻璃球内就跑不出来了。如果后来温度上升了，则短肢上部充入一段酒精柱，其长度同温度上升成正比。短肢上水银高度将表明这温度计比它这时的温度低了多少，如果从现在的高度减去这个差值，就可以知道它所达到的最低温度是多少了。

卡文迪许发明的这种仪器直到 18 世纪末才被人们废弃，代之以带有小的活动指标的温度计。这个指标由温度计液体表面的升降来加以操纵，至今我们还可以看到它们的应用，这便是由一个名叫西克斯的人所改进的组合式最高最低温度计。对自己的这一发明，西克斯曾自豪地说：“我通常在晚上去察看我的温度计，从左边的指标看看昨天夜里的冷，从右边的指标看看今天白天的热。我将这些记录下来，然后把一块小磁铁作用于管子被指标贴住的部分，使指标向下移动到水银表面。这样，无需加热、冷却、分离或扰动水银，也无需移动仪表，便可以使这仪表一动也不动就已经调整好了，准备作另一次记录。”

发明了能测最高、最低温度的温度计对我们真是太有用了，我们今天的天气预报不就是预报每天的最高、最低温度吗？

到了 19 世纪末 20 世纪初，科学技术的发展要求更精确的温度计，同时，科学技术的发展也为更精确温度计的诞生创造了条件。在这一时期，诞生了温差电偶温度计、电阻温度计、辐射热计、光测高温计以及氢温度计等。

1874 年，德国科学家西门子首次制成了电阻温度计，它是利用金属或半导体的电阻随着温度改变的性质而制成的一种温度计，由于这种温度计比较精确，往往被用作温度测量的标准。

1902 年，由费里发明的辐射热计是一个带有手柄的圆柱型仪表，它可以测定来自一个方向的热辐射强度。仪器的背面有着棋盘形黑、白相间铝箔制成的辐射热接受体，正面则是一个电流表。如果我们要进行测量，只要将接受体对着辐射源直接读数就可以了。

光测高温计又称为光学高温计，它是利用炽热物体发出的光测量其温度的一种高温测量仪器。1878 年由克罗伐研制的这种仪器其实是一个内部装有特制电灯泡的简单望远镜，使用的时候，将它直对着待测物体，使待测物体的发光面在灯泡的灯丝处形成一个明亮的像，然后再调节灯丝的电流，使其亮度与像的亮度相同，这时，由电流的大小就可读出炽热物体的温度。它可以测量 800℃至 3200℃之间的温度。

氢温度计是一种气体温度计，1901 年由霍尔本研制成功。氢温度计是利用氢气的压强或体积随温度而变化的性质制成的温度计。

今天的温度计已成了一个大家族，尤其是进入电子时代以后，小巧灵便的液晶显示温度计更是受人欢迎。