温度測定
38.7 °C (101.7 °F) の温度を示す医療用/臨床用体温計

温度測定（温度測定法とも呼ばれる）とは、即時または事後の評価のために現在の温度を測定するプロセスを指します。標準化された測定値を繰り返し記録したデータセットは、温度の傾向を評価するために使用できます。

歴史

17 世紀以前の標準化された温度測定の試みは、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、 等量の氷と熱湯を混ぜて「中性」温度標準を作成しました。近代科学分野は、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起源を持ちます。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18 世紀初頭に始まり、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ました。水銀温度計と目盛りはどちらもオーレ・クリステンセン・レーマーによって開発されました。華氏の温度目盛りは、摂氏やケルビンの目盛りと並んで今でも使われています。

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定できます。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校正されています。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には次のものがあります。

温度を測定する際には、測定機器（温度計、熱電対など）の温度が測定対象物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。周囲の空気中の相対湿度レベルは、蒸発冷却の程度に多少の影響を与えます。湿球温度を測定することで、この湿度の影響を標準化できます。 平均放射温度も温熱的快適性に影響を与える可能性があります。風冷係数（風速）の影響により、ガラス温度計の表示温度が同じであっても、風が吹いているときは風が吹いていないときよりも寒く感じられます。空気の流れは体への熱伝達率を高め、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第零法則です。これは、A、B、Cの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も同じ温度であるというものです。もちろん、Bが温度計です。

温度測定の実用的な基礎は、三重点セルの存在です。三重点とは、圧力、体積、温度の3つの相（例えば固体、蒸気、液体）が同時に存在する状態です。単一の成分の場合、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つ以上の相が消失します。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（ギブスの相律を参照）。

ある条件下では、プランクの黒体輻射の法則を直接利用することで温度を測定することが可能です。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ます。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、単一粒子スペクトルが温度計として機能することがあります。

非侵襲性体温測定

近年、多くの温度測定技術が開発されてきた。バイオテクノロジー分野において最も有望かつ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、コンピュータ断層撮影画像、および超音波断層撮影法の解析に基づくものである。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モニタリングすることができる。[ 2 ]反応性流体（例：燃焼、プラズマ）の分野では、レーザー誘起蛍光（LIF）、CARS、および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 ]などの内部温度測定に利用されている。このような光学ベースの技術は、測定対象（例：炎、衝撃加熱ガス）を乱さないだけでなく、迅速な測定（ナノ秒単位まで）を可能にする。

米国（ASME）規格

  • B40.200-2008: 温度計、直接読み取り式および遠隔読み取り式。[ 4 ]
  • PTC 19.3-1974(R2004):温度測定の性能試験規格。[ 5 ]

気温

1962年の米国標準大気の幾何学的高度のグラフと、空気密度、圧力、音速、温度を様々な物体のおおよその高度と比較した図。[ 6 ]

気温は、地球の大気圏の様々な層における気温の尺度です。太陽放射、湿度、高度など、多くの要因によって左右されます。MAATという略語は、地理的な場所における年間平均気温を表すのによく用いられます。

標準

アメリカ機械学会（ASME）は、温度測定に関する2つの独立した規格、B40.200とPTC 19.3を策定しました。B40.200は、バイメタル作動式、充填式、およびガラス管内液体式の温度計に関するガイドラインを提供します。また、サーモウェルに関するガイドラインも提供しています。PTC 19.3は、性能試験規格に関連する温度測定に関する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の対処法に重点を置いています。

衛星温度測定

1979年から2010年までの地上測定による地表付近の温度（青）と衛星による中層対流圏温度記録（赤：UAH、緑：RSS）の比較。傾向は1982年から2010年までプロットされています。
衛星測定に基づく 1979 年から 2016 年までの大気温度の傾向。上は対流圏、下は成層圏です。

衛星による気温測定は、衛星による放射測定から得られる様々な高度の大気温度、および海面・地表温度の推定値です。これらの測定値は、気象前線の位置特定、エルニーニョ・南方振動の監視、熱帯低気圧の強度判定、都市ヒートアイランド現象の研究、そして地球規模の気候監視に利用できます。また、気象衛星からの熱画像撮影によって、山火事、火山、産業ホットスポットなども発見できます。

気象衛星は温度を直接測定するのではなく、様々な波長帯の放射輝度を測定します。1978年以降、米国海洋大気庁（NOAA）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、大気中の酸素からの湧昇マイクロ波放射の強度を測定しており、これは大気の広い鉛直層の温度と関連しています。海面水温に関連する赤外線放射の測定は1967年から行われています。

衛星データセットは、過去40年間で対流圏が温暖化し、成層圏が寒冷化したことを示しています。これらの傾向はいずれも、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

  1. ^ a b T. J. Quinn (1983).温度. ロンドン: アカデミック・プレス. ISBN 978-0-12-569680-7。
  2. ^ 「ハイパーサーマル法」 .計測・生体医学計測研究室. ローマ大学バイオメディコキャンパス.オリジナルより2014年7月14日アーカイブ. 2014年7月10日閲覧。
  3. ^ 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」. Applied Physics B. 123 ( 4): 104. Bibcode : 2017ApPhB.123..104C . doi : 10.1007/s00340-017-6692-0 . ISSN 1432-0649 . S2CID 125569546 .  
  4. ^ "ASME" . アメリカ機械学会. 2015年5月13日閲覧。
  5. ^ "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。
  6. ^ 1962 年の米国標準大気から得られた幾何学的高度と温度、圧力、密度、音速の関係。
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