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温度測定(温度測定法とも呼ばれる) は、即時または後で評価するために現在の温度を測定するプロセスを表します。標準化された測定値を繰り返し記録したデータセットを使用して、温度の傾向を評価できます。
歴史
17 世紀以前の温度測定の標準化の試みは、せいぜい粗雑なものでした。たとえば、西暦 170 年に医師のクラウディウス ガレノス[1] : 18 は、 等量の氷と沸騰したお湯を混ぜて「中性」温度標準を作成しました。現代科学の分野は、温度の相対的変化を測定できるが大気圧の変化による影響を受けやすい装置を製作したガリレオを含む 1600 年代のフィレンツェの科学者による研究に端を発しています。これらの初期の装置はサーモスコープと呼ばれていました。最初の密封型温度計は、1654 年にトスカーナ大公フェルディナンド 2 世によって製作されました[1] : 19 今日の温度計と温度目盛りの開発は、ダニエル ガブリエル ファーレンハイトが水銀温度計と目盛りを製作した18 世紀初頭に始まりました。これらはどちらもオーレ クリステンセン レーマーによって開発されました。華氏の温度計は、摂氏温度計やケルビン温度計と並んで今でも使用されています。
テクノロジー
温度を測定するための多くの方法が開発されてきました。これらのほとんどは、温度によって変化する作動材料の何らかの物理的特性を測定することに依存しています。温度を測定するための最も一般的な装置の 1 つは、ガラス温度計です。これは、作動流体として機能する水銀またはその他の液体で満たされたガラス管で構成されています。温度が上昇すると流体が膨張するため、流体の体積を測定することで温度を判断できます。このような温度計は通常、温度計内の流体のレベルを観察するだけで温度を読み取ることができるように較正されています。実際にはあまり使用されませんが、理論的観点からは重要な別のタイプの温度計は、ガス温度計です。
温度を測定するためのその他の重要なデバイスは次のとおりです。
温度を測定するときは、測定機器 (温度計、熱電対など) の温度が測定対象の物質の温度と実際に同じであることを確認する必要があります。状況によっては、測定機器からの熱によって温度勾配が生じ、測定温度がシステムの実際の温度と異なることがあります。このような場合、測定温度はシステムの温度だけでなく、システムの熱伝達特性によっても変化します。
人間、動物、植物が感じる温熱的快適性は、ガラス温度計に表示される温度以上のものと関係があります。周囲の空気の相対湿度レベルは、多かれ少なかれ蒸発冷却を引き起こします。湿球温度を測定すると、この湿度の影響が正常化されます。 平均放射温度も温熱的快適性に影響します。風冷係数により、ガラス温度計は同じ温度を示していても、風が吹いているときは風のないときよりも寒く感じます。気流により、体からの熱伝達率または体への熱伝達率が上昇し、同じ周囲温度でも体温の変化が大きくなります。
温度計の理論的根拠は、熱力学の第 0 法則です。これは、A、B、C という 3 つの物体があり、A と B が同じ温度で、B と C も同じ温度であれば、A と C は同じ温度であるという仮定です。もちろん、B が温度計です。
温度測定の実際的な基礎は、三重点セルの存在です。三重点とは、固体、蒸気、液体など、3 つの相が同時に存在する圧力、体積、温度の状態です。単一成分の場合、三重点には自由度がなく、3 つの変数が変化すると、セルから 1 つ以上の相が消えます。したがって、三重点セルは温度と圧力の普遍的な基準として使用できます (ギブスの相則を参照)。
ある条件下では、プランクの黒体放射の法則を直接利用して温度を測定することが可能になる。例えば、宇宙マイクロ波背景放射の温度は、 WMAPなどの衛星観測によって観測された光子のスペクトルから測定されている。重イオン衝突による クォーク・グルーオン・プラズマの研究では、単一粒子のスペクトルが温度計として役立つことがある。
非侵襲性体温測定
ここ数十年で、多くの温度測定技術が開発されました。バイオテクノロジーの分野で最も有望で広く普及している非侵襲性温度測定技術は、磁気共鳴画像、コンピューター断層撮影画像、エコー断層撮影の分析に基づいています。これらの技術により、感知素子を導入することなく組織内の温度を監視できます。[2]反応性流れ（例：燃焼、プラズマ）の分野では、レーザー誘起蛍光（LIF）、CARS、レーザー吸収分光法が、エンジン、ガスタービン、衝撃波管、合成反応器[3]などの内部の温度測定に利用されています。このような光学ベースの技術には、測定対象（例：炎、衝撃加熱ガス）を乱さ ない能力に加えて、迅速な測定（ナノ秒単位まで）が含まれます。
米国（ASME）規格
- B40.200-2008: 温度計、直接読み取りおよび遠隔読み取り。[4]
- PTC 19.3-1974(R2004):温度測定の性能試験コード。[5]
気温
標準
アメリカ機械学会 (ASME) は、温度測定に関する 2 つの別個の異なる規格、B40.200 と PTC 19.3 を開発しました。B40.200 は、バイメタル作動式、充填システム、およびガラス内液体温度計のガイドラインを提供します。また、サーモウェルのガイドラインも提供します。PTC 19.3 は、パフォーマンス テスト コードに関連する温度測定のガイドラインを提供し、特に測定誤差の基本的な原因とそれに対処するための手法に重点を置いています。
衛星温度測定
衛星温度測定は、衛星による放射測定から得られた、さまざまな高度の大気温度や海面温度、地表温度の推定値です。これらの測定は、気象前線の位置の特定、エルニーニョ南方振動の監視、熱帯低気圧の強さの判定、都市ヒートアイランドの研究、地球規模の気候の監視に使用できます。山火事、火山、産業ホットスポットも、気象衛星からの熱画像から見つけることができます。
気象衛星は温度を直接測定するのではなく、さまざまな波長帯の放射輝度を測定します。1978 年以来、米国海洋大気庁の極軌道衛星に搭載されたマイクロ波探知ユニット (MSU) は、大気の広い垂直層の温度に関連する、大気中の酸素からの湧昇マイクロ波放射の強度を測定しています。海面温度に関連する赤外線放射の測定値は、1967 年以来収集されています。
衛星データによると、過去 40 年間で対流圏は温暖化し、成層圏は寒冷化しています。この両方の傾向は、大気中の温室効果ガス濃度の上昇の影響と一致しています。参照
参考文献
- ^ ab TJ Quinn (1983).温度. ロンドン: アカデミック プレス. ISBN 978-0-12-569680-7。
- ^ 「ハイパーサーマル手順」。計測および生物医学計測研究室。ローマ大学バイオメディコキャンパス。2014年7月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年7月10日閲覧。
- ^ Chrystie, Robin SM; Feroughi, Omid M.; Dreier, Thomas; Schulz, Christof (2017-03-21). 「ナノ粒子の炎合成における定量的温度イメージングのためのSiOマルチラインレーザー誘起蛍光」.応用物理B. 123 ( 4): 104. Bibcode :2017ApPhB.123..104C. doi :10.1007/s00340-017-6692-0. ISSN 1432-0649. S2CID 125569546.
- ^ 「ASME」。アメリカ機械学会。 2015年5月13日閲覧。
- ^ 「ASME」。アメリカ機械学会。2015年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年5月13日閲覧。
- ^ 1962 年の米国標準大気から得られた幾何高度と温度、圧力、密度、音速の関係。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、測定機器 (温度)に関連するメディアがあります。
- カレンダー、ヒュー・ロングボーン(1911)。ブリタニカ百科事典第 26 巻 (第 11 版)。pp. 814–821。関連資料のもう一つの同時調査。
- カレンダー、ヒュー・ロングボーン (1911)。ブリタニカ百科事典第 26 巻 (第 11 版)。pp. 821–836。温度測定理論と温度計の設計に関する詳細な同時調査。
- さまざまな測定技術の比較Agilent Technologies, Inc. 「実用的な温度測定」(PDF)。2017-11-16 にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2018-11-19に取得。
[私たちは] より一般的な温度監視技術を調査し、その精度を向上させる手順を紹介します。