温度测量

温度是生物技术实验室中最常被测量、也是最为关键的物理量之一。无论是在细菌培养、酶促反应、蛋白质结晶、细胞培养，还是在PCR扩增、核酸和蛋白质储存等诸多生物实验环节中，温度的精确控制和实时监测都直接关系到实验的成败和数据的准确性。例如，细胞生长、酶的活性和稳定性、核酸杂交效率、蛋白质的构象乃至生化反应的速率，都具有强烈的温度依赖性。任何轻微的温度波动，都可能导致实验重复性下降或数据出现偏差。

尽管温度的测量方法多种多样，看似简单易行，但要获得准确可靠的结果却并不容易。除了需要对温度的本质有充分的认识，还需要理解不同温度测量原理、掌握各类温度计和测温仪器的结构特性及其使用条件。例如，水银温度计、电子温度计、红外测温仪、热电偶等器材各自的测量精度、反应速度、适用范围和保养方法都有所不同，选用不当或操作不规范均可能引入系统误差。

我们将梳理实验室常用的温度测量技术和仪器，包括各种温度计的工作原理、使用注意事项、校准和溯源的方法、常见误差和其避免措施等内容。通过深入学习这些基础知识，能够根据实验类型科学选择温度测量工具，并掌握规范、准确地进行温度测量的方法，从而显著提高生物实验的可重复性和数据的科学性，为后续实验工作的顺利进行打下坚实基础。

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温度的定义与温标

温度是物质分子热运动剧烈程度的宏观表现。在微观层面，物质中的分子、原子都在不断地做无规则运动，这种运动越剧烈，物质的温度就越高。当我们触摸一个物体感觉它是“热”还是“冷”时，实际上是在感受该物体分子热运动的强度。

在生物实验室中，我们经常需要精确控制温度。例如，大肠杆菌最适生长温度是37℃，这个温度下细菌的代谢酶活性最高，生长速度最快。如果温度偏离这个最适值，酶的构象会发生变化，活性下降，细菌生长速度随之减慢。再如PCR反应中，DNA聚合酶在72℃时延伸活性最高，而在94℃时DNA双链会解开。这些生物学过程对温度的要求精确到几度甚至零点几度，因此准确的温度测量至关重要。

温标体系的建立

为了定量描述温度，人类建立了温标系统。温标是温度的数值标度，就像用刻度尺测量长度一样，我们需要一个标准的“温度刻度尺”。目前实验室中常用的温标有三种：摄氏温标、华氏温标和热力学温标。

摄氏温标（Celsius scale）是中国及世界大多数国家采用的温标，以符号℃表示。瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯在1742年提出这一温标。他把标准大气压下水的冰点定为0℃，沸点定为100℃，中间平均分成100等份，每一等份代表1℃。这种定义方式简单直观，与日常生活经验紧密相关，因此被广泛采用。

华氏温标（Fahrenheit scale）主要在美国使用，以符号℉表示。德国物理学家华伦海特在1724年制定了这一温标。在标准大气压下，水的冰点是32℉，沸点是212℉，中间分为180等份。

华氏度与摄氏度之间可以通过公式转换：℉ = 1.8×℃ + 32。在阅读美国的实验文献时，经常会遇到华氏温度，需要进行换算。

下表总结了三种温标的关键特征和换算关系：

在中国的生物实验室中，我们几乎都使用摄氏温标。培养箱设置为37℃培养细菌，冰箱设置为4℃保存蛋白质，冷冻箱设置为-20℃或-80℃保存核酸样品。这些温度值已经成为生物学工作者的"行话"，不需要换算就能理解其含义。

温度的测量基准

温度测量需要一个统一的标准，否则不同实验室、不同仪器之间的测量结果就无法比较。国际温标（ITS-90）是目前国际上通用的温度基准，由国际计量委员会制定。这个温标定义了从0.65K到极高温度范围内的温度测量标准，使用一系列固定点（如水的三相点、锌的凝固点等）作为参考点。

对于生物实验室而言，我们主要关注-80℃到200℃这个范围。在这个范围内，水的三相点（0.01℃，273.16K）是一个重要的基准点。三相点是指水的固态、液态和气态三相共存的状态，这个状态只在特定的温度和压力下存在，因此可以作为一个精确的温度参考点。中国计量科学研究院和各省市的计量院都保存有标准温度计，定期与国际温标进行比对，确保我们的温度测量具有可追溯性。

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温度测量原理

温度本身是一种感觉量，无法像长度或质量那样直接测量。我们必须通过物质的某种物理性质随温度变化的规律，间接地确定温度值。这就是温度测量的基本原理：利用某种物理量（如长度、电阻、电压等）与温度之间的函数关系，通过测量这个物理量来推算温度。

热膨胀原理

几乎所有物质都会热胀冷缩。当温度升高时，物质分子的热运动加剧，分子间的平均距离增大，宏观表现为物质体积膨胀。液体的体积膨胀系数通常比固体大得多，因此液体温度计利用液体的体积膨胀来指示温度变化。常见的水银温度计和酒精温度计都是基于这一原理工作的。

在实际应用中，温度计玻璃泡中储存的液体会随温度变化而膨胀或收缩。当温度升高时，液体膨胀，沿着细管上升；温度降低时，液体收缩，沿着细管下降。通过在细管旁边刻上刻度，我们就可以读取温度值。这种温度计结构简单、成本低廉、不需要外部能源，在实验室中广泛使用。

电阻效应

金属和半导体材料的电阻值会随温度变化而改变。大多数金属的电阻随温度升高而增大，这是因为温度升高时，金属晶格中原子的热振动加剧，对自由电子的散射增强，导致电阻增大。这种关系可以用下面的经验公式表示：

R(T) = R₀[1 + α(T - T₀)]

其中R(T)是温度T时的电阻，R₀是参考温度T₀时的电阻，α是温度系数。对于铂金属，α约为0.00385/℃，这意味着温度每升高1℃，电阻大约增加0.385%。

上图展示了Pt100铂电阻温度计（0℃时电阻为100Ω）的电阻-温度特性曲线。可以看到，电阻值与温度呈现良好的线性关系，这使得铂电阻温度计具有较高的测量精度和稳定性。在中国的制药企业和科研实验室中，铂电阻温度计被广泛用作标准温度计和校准用温度计。

热电效应

当两种不同金属组成闭合回路，且两个接点处于不同温度时，回路中会产生电动势，这就是塞贝克效应（Seebeck effect），也称热电效应。产生的电动势称为热电势，其大小与两种金属的性质以及两个接点的温度差有关。

热电偶就是利用热电效应测量温度的传感器。把一个接点（称为测量端）置于待测温度处，另一个接点（称为参考端）置于已知温度处（通常是0℃或室温），通过测量热电势就可以确定测量端的温度。常用的热电偶包括K型（镍铬-镍硅）、T型（铜-康铜）、J型（铁-康铜）等，它们的测量范围和灵敏度各不相同。

热电偶的优点是响应速度快、测量范围宽、结构简单牢固，可以测量从-200℃到1800℃的温度范围。在生物实验室中，热电偶常用于高温灭菌器、恒温水浴等设备的温度监测。

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液体膨胀温度计

液体膨胀温度计是实验室中最常见、最传统的温度测量工具。走进任何一个生物实验室，我们都能看到各种液体温度计：水浴锅里插着的棒式温度计、冰箱里悬挂的挂式温度计、培养箱旁边的对照温度计。这些温度计结构简单，不需要供电，读数直观，因此经久不衰。

结构与工作原理

液体膨胀温度计主要由三部分组成：玻璃泡、毛细管和刻度标尺。玻璃泡是一个薄壁球形或柱形容器，内部储存温度计液体（如水银或酒精），具有较大的容积以提高灵敏度。玻璃泡连接一根内径极细的毛细管，通常直径只有0.1到0.2毫米。毛细管的作用是将液体的微小体积变化转化为明显的长度变化，从而提高读数精度。刻度标尺刻在毛细管外表面或旁边的玻璃板上，标明温度值。

工作原理非常简单：当玻璃泡与待测物体接触并达到热平衡后，温度计液体的体积会根据温度变化而变化。温度升高时，液体膨胀，在毛细管中的液柱上升；温度降低时，液体收缩，液柱下降。由于毛细管内径很小，液体微小的体积变化就会引起液柱明显的高度变化，使得温度的变化能够被清晰地观察和读取。

常用液体的选择

不同的测温液体具有不同的物理特性，适用于不同的测量场合。实验室中最常用的测温液体是水银和酒精（通常是染色的乙醇）。

水银是银白色液态金属，在常压下的液态范围是-38.87℃到356.7℃，能够满足大部分实验室测温需求。水银的膨胀系数较大且均匀，热容量小，导热性好，因此水银温度计反应迅速、精度高、稳定性好。在中国药典中，许多需要精确控温的实验都要求使用经过校准的水银温度计作为标准。但水银有剧毒，蒸气能通过呼吸道和皮肤进入人体，引起慢性中毒。因此，使用水银温度计必须格外小心，防止破损。

酒精温度计使用染成红色或蓝色的乙醇作为测温液体。酒精的凝固点为-114℃，沸点为78℃，可以测量-80℃到50℃的温度范围。酒精无毒，即使温度计破损也不会造成严重后果，因此在教学实验室和一些对精度要求不高的场合广泛使用。但酒精的缺点是易挥发，长期使用会导致液柱断裂；热容量较大，反应速度比水银慢；膨胀系数不够均匀，测量精度不如水银温度计。

下表比较了水银和酒精作为测温液体的特性：

正确使用方法

液体膨胀温度计看似简单，但要获得准确的测量结果，需要掌握正确的使用方法。首先，温度计的玻璃泡必须完全浸入被测介质中，并且不能接触容器底部或侧壁。接触固体表面会导致热传导异常，使读数偏离真实值。在测量水浴温度时，应该将温度计悬挂或固定在水浴中央位置，玻璃泡距离加热器和容器壁都要有一定距离。

其次，要等待足够的时间让温度计达到热平衡。这个时间取决于温度计的大小和被测介质的性质。对于标准棒式温度计，在水浴中通常需要等待3到5分钟。观察液柱停止移动并稳定一段时间后再读数。在精密测量中，可以轻轻搅拌被测液体，加快热平衡的建立。

读数时，视线应与液柱顶端处于同一水平面，垂直观察刻度。如果从斜上方或斜下方观察，会因为视差而产生读数误差。这一点在学生实验中经常被忽视，但在需要±0.1℃精度的测量中却至关重要。对于水银温度计，读数应读取水银凸液面的最高点；对于酒精温度计，读数应读取凹液面的最低点。

温度计使用后要轻轻擦干，垂直放置或平放在专用盒中，避免磕碰。水银温度计如果不慎破损，要立即开窗通风，用硫磺粉覆盖散落的水银珠，或用胶带纸粘取小水银珠，放入密封容器中交给专门机构处理。不能用吸尘器吸取或用扫帚清扫，这样会使水银雾化，增大危害。

常见误差来源

液体膨胀温度计的测量误差来源于多个方面。首先是温度计本身的制造误差，包括刻度不准确、毛细管内径不均匀、玻璃泡容积与标称值有偏差等。这些误差在温度计出厂时就已存在，可以通过在标准温度点进行校准来修正。中国计量法规定，用于贸易结算和安全防护的温度计必须经过检定合格后才能使用。

其次是浸没深度不当引起的误差。温度计在校准时，规定了特定的浸没深度（全浸、半浸或局部浸没）。如果实际使用时的浸没深度与校准时不同，露出部分的液柱温度与玻璃泡温度不同，会引起系统误差。对于测量范围较宽的温度计，这种误差可达数度。在精密测量中，应使用与校准条件相同的浸没方式，或者进行露茎温度修正。

环境因素也会影响测量准确度。大气压力的变化会影响液体的沸点，从而影响温度计的示值。在海拔较高的地区（如拉萨、昆明），大气压低于标准大气压，水的沸点不到100℃，用水的沸点校准温度计时需要进行气压修正。此外，玻璃有"热滞后"现象，即玻璃泡经受高温后体积会略微增大，冷却后不能完全恢复，导致温度计示值偏低。新买的温度计在首次使用前，最好在使用温度范围内进行几次热循环，使玻璃性质稳定下来。

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电阻温度计

随着电子技术的发展，电阻温度计在现代生物实验室中的应用越来越广泛。与传统的液体膨胀温度计相比，电阻温度计可以实现远程测量、自动记录、数字显示和计算机控制，这些特性使其成为自动化实验设备的理想温度传感器。

铂电阻传感器

铂电阻温度计（Platinum Resistance Thermometer，简称PRT）是精度最高、稳定性最好的电阻温度计。铂是贵金属，化学性质稳定，不易氧化，温度系数大且重复性好，因此被选为制作标准温度计的材料。国际温标ITS-90在13.8033K到961.78℃范围内，都是用铂电阻温度计来定义和传递温度标准的。

铂电阻传感器的命名方式是Pt后面跟一个数字，表示在0℃时的标称电阻值。最常用的是Pt100，即0℃时电阻为100Ω；还有Pt1000（0℃时1000Ω）和Pt10（0℃时10Ω）。Pt100在实验室中应用最广，因为100Ω是一个适中的阻值，既便于精密测量，又不会因为引线电阻而产生过大误差。

在0℃到850℃范围内，铂电阻的电阻与温度的关系遵循Callendar-Van Dusen方程：

R(T) = R₀[1 + AT + BT² - 100CT³ + CT⁴]

其中T是摄氏温度，R₀是0℃时的电阻，A、B、C是常数。对于标准铂电阻，A = 3.9083×10⁻³/℃。在0℃到200℃的范围内，二次项以上可以忽略，关系简化为近似线性。

铂电阻传感器的精度分为不同等级。根据IEC 60751国际标准，铂电阻分为Class AA、Class A、Class B等级别，其允许误差从±0.1℃到±0.3℃不等。中国的JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》也规定了相应的精度等级。在生物实验室中，用于培养箱、恒温水浴等关键设备的铂电阻应选择Class A或更高等级，并定期送检校准。

热敏电阻传感器

热敏电阻（Thermistor）是一种电阻值对温度极为敏感的半导体陶瓷电阻器。与铂电阻相比，热敏电阻的温度系数大得多，通常是铂电阻的10倍以上，因此灵敏度更高，能够检测微小的温度变化。这种特性使热敏电阻特别适合用于温度控制系统和温度变化检测。

热敏电阻分为两类：负温度系数（NTC）热敏电阻和正温度系数（PTC）热敏电阻。生物实验室中主要使用NTC热敏电阻，其电阻值随温度升高而降低。NTC热敏电阻的阻值-温度关系遵循指数规律：

R(T) = R₀ exp[B(1/T - 1/T₀)]

其中T是热力学温度（开尔文），R₀是参考温度T₀时的电阻，B是材料常数，通常在3000K到5000K之间。这种非线性关系在小范围内近似线性，但在宽温度范围内需要通过查表或计算来转换。

上图对比了NTC热敏电阻和Pt100铂电阻的电阻-温度特性。注意纵轴使用了对数刻度，实际上热敏电阻的阻值变化远大于铂电阻。在25℃附近10℃的温度变化中，热敏电阻的阻值变化约50%，而铂电阻只变化约4%。这种高灵敏度使热敏电阻成为高精度温度控制器的首选传感器。

热敏电阻的优点除了灵敏度高之外，还包括体积小、响应快、成本低。一个针头大小的热敏电阻珠可以在几秒钟内响应温度变化，这对于需要快速测温或温度控制的应用非常重要。在PCR仪中，热敏电阻用于监测样品管的温度，确保温度循环的精确性。在细胞培养箱中，热敏电阻用于反馈控制，当温度偏离设定值时立即调整加热功率。

但热敏电阻也有缺点，主要是非线性严重、互换性差、长期稳定性不如铂电阻。不同批次的热敏电阻，即使标称阻值相同，其B值也可能有差异，因此不能简单地互换。在精密测量中，需要对每个热敏电阻进行单独校准，并将校准数据存储在测量系统中。

测量电路设计

电阻温度计需要通过测量电路将电阻变化转换为可读取的电信号。最简单的方法是用恒流源给电阻供电，测量其两端的电压，根据欧姆定律U=IR计算电阻值。但这种二线制测量方法存在引线电阻的影响，当传感器离测量仪表较远时，引线电阻引入的误差不能忽略。

对于Pt100铂电阻，温度每升高1℃，电阻增加约0.385Ω。如果引线电阻是1Ω（对于几米长的细铜线很容易达到），相当于引入了2.6℃的误差。这在工业现场和需要远程测温的场合是不能接受的。为了消除引线电阻的影响，发展出了三线制和四线制测量方法。

三线制是工业上最常用的方案。铂电阻引出三根导线：两根接在电阻的同一端（电流输入和电压测量），一根接在另一端（电流输出和电压测量）。测量仪表通过巧妙的电桥电路设计，使得两根引线的电阻正好相互抵消，从而消除引线误差。这种方法要求三根导线的电阻尽量相等，因此三根线必须用同一束电缆，长度相同，材质相同。

四线制是精度最高的测量方案，常用于实验室标准温度计。铂电阻引出四根导线：两根用于供电（电流引线），另两根用于测量电压（电压引线）。由于电压表的输入阻抗很高（通常几MΩ以上），电压引线中几乎没有电流流过，引线电阻上几乎没有压降，测得的电压就是铂电阻两端的真实电压。这种方法完全消除了引线误差，测量精度可达±0.01℃，但需要四根导线，成本较高。

在现代数字温度测量系统中，常用专用的温度测量芯片，如MAX31865（用于铂电阻）或MAX6675（用于热电偶）。这些芯片内置精密电流源、高精度ADC和线性化算法，可以直接输出数字化的温度值，通过SPI或I2C接口与微控制器通信。这种集成方案大大简化了电路设计，提高了测量可靠性，在自动化实验设备中得到广泛应用。

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热电偶

热电偶是一种基于热电效应的温度传感器，以其宽广的测量范围、快速的响应时间和坚固的结构，在工业和科研领域得到广泛应用。虽然在常规生物实验室中不如铂电阻常用，但在高温灭菌、快速测温等特殊场合，热电偶仍然是不可替代的选择。

热电效应原理

1821年，德国物理学家塞贝克发现，由两种不同金属组成的闭合回路中，如果两个接点处于不同温度，回路中就会产生电流。这个现象被称为塞贝克效应或热电效应。产生电流的原因是两种金属的电子密度不同，在不同温度下，电子的扩散速度不同，形成了温差电动势。

热电偶就是利用这一效应制成的温度传感器。两种不同的导体或半导体A和B焊接成闭合回路，将一个接点（称为工作端或热端）置于待测温度T处，另一个接点（称为参考端或冷端）置于参考温度T₀处，则回路中产生的热电势E(T, T₀)是两个温度的函数。当参考温度T₀恒定时，热电势就只与工作端温度T有关，通过测量热电势就可以确定温度T。

热电势的大小取决于两种金属的性质和两端的温差，通常用塞贝克系数S来表征：S = dE/dT。塞贝克系数的单位是μV/℃，表示温度每变化1℃，热电势变化多少微伏。不同金属对的塞贝克系数差异很大，从几μV/℃到几十μV/℃不等。选择塞贝克系数大的金属对制作热电偶，可以获得更高的灵敏度。

常用热电偶类型

根据使用的金属材料不同，热电偶分为多种类型，每种类型用一个字母代号表示。国际上统一使用大写字母，如K型、T型、J型等。不同类型的热电偶具有不同的测量范围、精度和稳定性，适用于不同的应用场合。

在生物实验室中，K型热电偶最为常用。中国药典规定的高压蒸汽灭菌器温度验证，就是使用K型热电偶进行温度分布测试。K型热电偶可以测量从-200℃到1300℃的宽广温度范围，涵盖了从液氮温度到高温干燥的所有实验室温度。其价格适中，性能稳定，是性价比最高的选择。

T型热电偶适合低温测量，在-200℃到0℃范围内精度优于K型。对于需要监测超低温冰箱（-80℃）或液氮罐（-196℃）温度的场合，T型热电偶是更好的选择。T型热电偶的一个优点是铜线在低温下不会变脆，机械强度好。

S型热电偶使用铂铑合金，是高温标准温度计的材料。在中国计量科学研究院，S型热电偶用于传递1000℃以上的高温标准。但由于铂是贵金属，S型热电偶价格昂贵，只在需要高精度和高稳定性的标准实验室中使用。

冷端补偿技术

热电偶测量的是两端的温差电势，而不是绝对温度。要得到工作端的绝对温度，必须知道参考端的温度。理想情况下，应该把参考端置于0℃的冰水混合物中，这样参考温度恒定且已知，工作端温度可以直接从热电偶分度表中查得。这种方法称为冰点法或冰浴法，是实验室标准测量方法。

但在实际应用中，每次测量都要准备冰水混合物显然不现实。特别是在野外、工业现场或需要长期连续测量的场合，冰点法根本无法实施。因此，发展出了冷端补偿技术，使得参考端可以置于环境温度下，通过电路补偿的方式修正环境温度的影响。

最简单的冷端补偿方法是用另一个温度传感器（如铂电阻或热敏电阻）测量参考端的实际温度T₀，然后从热电偶测得的电势E(T, T₀)中加上一个补偿电势E(T₀, 0℃)，就得到了工作端相对于0℃的电势E(T, 0℃)。这种方法称为软件补偿，在现代数字温度计中广泛采用。

上图显示了三种常用热电偶的热电势-温度特性曲线（参考端0℃）。可以看到，J型热电偶的灵敏度最高（曲线最陡），相同温度下产生的热电势最大。在121℃（高压蒸汽灭菌温度）时，K型热电偶产生约4.9mV的电势，这个信号强度足够大，便于精确测量。

使用注意事项

热电偶虽然结构简单，但正确使用需要注意很多细节。首先，热电偶导线不能随意更换或延长。热电偶的电势是由两种特定金属产生的，如果用普通铜线连接或延长，连接点就成了新的热电偶，会引入额外的电势，造成测量误差。如果需要延长热电偶导线，必须使用与热电偶相同材料的补偿导线。补偿导线的正负极颜色有规定，接反了会使测量结果完全错误。

其次，热电偶的连接点质量对测量准确度影响很大。工作端的两种金属必须紧密焊接或压接，接触电阻要尽可能小。如果接触不良，会产生噪声信号，使测量结果波动。在高温测量中，接点还可能氧化变质，导致热电特性改变。因此，新购买的热电偶应该在使用前进行校验，使用过程中要定期检查接点状态。

再次，热电偶导线应避免经过强磁场、强电场和大电流导线附近。热电偶产生的电势只有几毫伏到几十毫伏，很容易受到电磁干扰。在实验室布线时，应该使用屏蔽双绞线，屏蔽层在测量仪表端接地。如果环境干扰很强，还可以使用金属管或金属软管保护热电偶导线。

最后，要注意热电偶的响应时间。虽然热电偶的响应速度一般比液体温度计快，但不同结构的热电偶响应时间差异很大。裸露的细丝型热电偶响应时间可以小于1秒，而套管型热电偶可能需要几十秒才能响应。在快速变化的温度测量中，需要选择响应速度合适的热电偶，并考虑响应时间对测量结果的影响。

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温度计的性能验证

无论多么精密的温度计,在长期使用过程中都会发生漂移或损坏，导致测量误差。为了确保温度测量的准确可靠，必须定期对温度计进行性能验证和校准。这不仅是质量管理的要求，也是实验数据准确性的保证。在中国，《计量法》规定用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测的温度计必须经过强制检定，并在有效期内使用。

校准与检定的区别

校准和检定是两个相关但不同的概念。校准（Calibration）是在规定条件下，确定测量仪器的示值与对应的标准量值之间关系的操作。校准的目的是确定示值误差，可以对测量结果进行修正，也可以判断仪器是否满足使用要求。校准通常由实验室自己进行，或送到有资质的校准机构。校准结果记录在校准证书中，给出各校准点的误差值，但不判定合格与否。

检定（Verification）是查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序，包括检查、加标记和出具检定证书。检定必须由法定计量检定机构或授权的计量技术机构进行，检定结果具有法律效力，合格的仪器加盖检定印章，不合格的仪器禁止使用。检定的依据是国家计量检定规程，判定标准明确，结果只有合格或不合格。

在生物实验室的日常工作中，对于非强检范围的温度计，通常进行校准而不是检定。例如，实验台上使用的温度计，可以用标准温度计在几个常用温度点进行比对，记录偏差值。如果偏差在允许范围内，继续使用；如果偏差超过要求，就送修或更换。这种校准可以由经过培训的实验室人员完成，成本较低，灵活性强。

标准温度点的选择

校准温度计需要标准温度点作为参考。理想的标准温度点应该容易复现、温度稳定、覆盖使用范围。在实验室条件下，最常用的标准温度点是水的三相点（0.01℃）、水的冰点（0℃）和水的沸点（100℃）。

水的冰点容易实现：将干净的冰块捣碎成冰屑，加入少量纯水，搅拌均匀，使冰水充分混合。这样得到的冰水混合物温度就是0℃（严格说是0.002℃左右）。把待校准的温度计插入冰水混合物中，等待数分钟达到热平衡，读取示值。如果温度计在0℃点的示值不是0℃，差值就是零点误差，可以用于修正其他温度的读数。

水的沸点稍复杂一些，因为沸点与气压有关。在标准大气压（101.325kPa）下，纯水的沸点是100℃。但实际气压很少恰好是标准大气压，需要根据实际气压进行修正。修正公式是：T = 100 + 0.037(P - 101.325)，其中P是实际气压（kPa），T是沸点（℃）。实验时，将纯水加热至沸腾，把温度计的感温部分置于蒸汽中（不要接触液面或容器壁），读取稳定后的示值，与修正后的沸点比较。

除了水的相变点，还可以使用其他纯物质的相变点作为标准温度点，如苯甲酸的熔点122.4℃、萘的熔点80.2℃、二氧化碳的升华点-78.5℃等。中国计量科学研究院出售的标准物质包括多种金属纯度样品，其熔点经过精确测定，可以作为高温校准的标准点。

对于实验室常用的温度范围（-80℃到200℃），还可以使用恒温槽进行校准。恒温槽是一个温度高度稳定的液体浴，通常使用水、矿物油或硅油作为介质。把标准温度计和待校准温度计同时放入恒温槽中，等待热平衡后比较读数。恒温槽的温度可以任意设定，可以在多个温度点进行校准，获得完整的校准曲线。高精度的恒温槽温度稳定性可达±0.01℃，是实验室校准温度计的标准装置。

校准记录与不确定度

每次校准都应该详细记录校准条件和结果，包括：校准日期、环境温度湿度、标准器名称和证书号、被校温度计编号、校准温度点、标准值、示值、误差等。这些记录应该保存在温度计档案中，作为温度计使用历史的一部分。通过比较历次校准结果，可以发现温度计是否存在漂移趋势，预测其寿命。

校准结果应该给出测量不确定度（Uncertainty）。测量不确定度表征测量结果的可信程度，考虑了标准器误差、重复性、环境影响等各种因素。例如，用0.1℃精度的标准温度计校准普通温度计，校准结果可能是“在20℃点，被校温度计示值为20.3℃，标准值为20.0℃，误差为+0.3℃，扩展不确定度为0.2℃（k=2）”。这表示被校温度计在20℃点的真实误差有95%的概率在+0.1℃到+0.5℃之间。

不确定度的评估需要一定的统计学知识，对于不熟悉的人员可以采用简化方法：将标准器的最大允许误差、被校温度计的分辨力、重复测量的标准偏差等主要因素的影响相加（或平方和开根号），乘以一个覆盖因子（通常取2），就得到扩展不确定度的估计值。虽然不够严格，但对于一般实验室已经足够。

日常核查方法

除了定期的正式校准，还应该进行日常核查，及时发现温度计的异常。最简单的核查方法是“冰点检查法”：每隔一段时间（如每月或每周），用冰水混合物检查温度计在0℃点的示值。如果示值与以前的记录相比有明显变化（超过仪器分辨力的2-3倍），说明温度计可能出现了问题，需要进一步检查或校准。

对于数字温度计，可以设置“越限报警”功能。在配置文件中设定温度计允许的最大误差范围，如果核查时发现误差超出范围，系统自动发出警报，提醒操作人员处理。这种方法特别适合于有多个测温点的自动化系统，可以在不增加太多工作量的情况下，有效监控温度计的性能。

另一个有用的核查方法是“比对法”：在同一温度场中放置两支或多支温度计，比较它们的示值。如果某支温度计的示值与其他温度计明显不同，说明它可能存在问题。这种方法不需要标准温度计，但要求参与比对的温度计规格相近，都经过校准。在中国药典要求的温度分布验证中，就使用了多点比对的方法，同时在培养箱或冰箱的不同位置放置多支校准过的温度计，监测温度的均匀性。

通过建立完善的温度计管理制度，包括定期校准、日常核查、档案记录、标识管理等环节，可以确保实验室温度测量的准确可靠。这是实验质量控制的基础，也是实验数据可信度的保证。在现代生物技术研究和生产中，温度控制精度往往直接影响产品质量和实验成功率，因此对温度测量给予足够的重视是十分必要的。

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小结

本内容系统地介绍了温度测量的基本原理、主要方法及实际应用。首先，阐述了液体膨胀温度计、电阻温度计、热电偶等常用温度计的结构原理、工作机制与适用范围，分析了各种温度测量技术的优缺点和选型依据。另外，详细说明了温度计的校准和检定流程，标准温度点的选择，校准记录要求，以及如何评估和记录测量不确定度。还介绍了实验室实际工作中常用的日常核查方法及常见问题的排查办法，为保障实验数据的准确可靠提供了操作层面的指导。

通过学习和掌握这些理论知识与实践技能，能够帮助我们在实验工作中根据具体需求正确选择、合理使用和规范管理温度测量仪器，确保温度控制的精度和一致性，从而提升实验数据的可靠性和生物技术实验的成功率。此外，温度计的定期校准和维护，也是实验室质量管理体系和合规监管的重要组成部分，为科学研究、产品开发以及生产过程中的温度监控打下坚实基础。