卡伦德铂温度计

任何阅读气候文献的人，即使是偶尔阅读，都会遇到“代理”的概念，这是一种可以用来推断其他事情的测量方法:例如，碳酸盐岩中的氧同位素比率可以用来重建过去数十万年的温度分布。如果复杂的因果链导致一些自封的“怀疑论者”质疑它们的有效性，那么所有的仪器——从气压计到葡萄糖传感器——都是间接的，并且都有一组与它们测量的数量之间的因果关系作为支持。连接链最短的设备之一是铂电阻温度计，其精湛的精度为科学技术提供了100多年的基础，直到最近，它还定义了国际温标。

1821年，汉弗莱·戴维(Humphry Davy)在他职业生涯的晚期首次提出了电阻随温度变化的观点，当时他注意到铂线在较高温度下导电性能较差。这个发现很了不起，因为电流，电势和电阻之间的关系，我们现在称之为欧姆定律当时还不知道。

尽管有几位科学家跟进了这一观察，但直到1843年，一位年轻的德国工程师查尔斯·威廉·西门子(Charles William Siemens)来到英国，为他哥哥的电报公司担任代理，这一观察才有所进展。在做过各种工作后，他建立了一家制造海底电缆的公司，以他对不同金属电阻的研究为基础，将大英帝国的偏远地区连接起来。1860年，当西门子的公司获得了连接缅甸和新加坡的合同时，西门子带着电缆四处旅行。由于担心他们在旅途中会过热，西门子需要测量温度。水银温度计太硬太脆弱，无法完成这项工作，所以他尝试了不同的东西。

他在一根中央杆上绕了一根细长的丝套铜线。然后他把它密封在caoutchouc(一种天然橡胶)中，放入铜管中。电线连接铜螺旋到电池和惠斯通电桥西门子可以测量电缆卷内部的温度。不到一度的变化是很容易测量的，西门子警惕地看着气温日复一日地上升。当温度达到30°C时，西门子下令将冷水浇在线圈上，以防止它们被破坏。西门子公司建立了电阻测温原理。1861年，他在写给约翰·廷德尔(John Tyndall)的信中报告了他的发明，他建议使用铂可以扩大其范围，并允许测量工业炉内的温度。不幸的是，一个测试西门子仪器的科学家委员会认为这种方法太不可靠，不适合认真使用。

这种情况在1885年发生了改变，休·卡伦德加入了J·J·汤普森在剑桥的研究小组，打算开发电阻温度计作为新的测温标准。虽然他的学位是古典文学和数学，但他在孩提时代通过制作感应线圈和玩电玩而获得了毋庸置疑的机械和科学技能。

当时，测量温度最精确的方法是由维克多·雷纳德在19世纪40年代设计的精密恒压空气温度计。正如Callendar在他1887年的论文中指出的那样，新的测温标准必须是一种高度可复制的便携式设备，足够稳定，不需要定期校准，并且易于复制，以便标准可以从一个实验室传播到下一个实验室。Regnault方法没有达到所有这些标准。

在费力地做了一个空气温度计之后，他从庄信万丰(Johnson Matthey)买了非常细的高纯度铂金线。他意识到纯度是至关重要的，就像电线的受力程度一样。退火后的电线通过一个脂肪本生灯火焰他把非常柔软的线绕在一个坚硬的玻璃框架上，把它插进空气温度计的灯泡里，进行平行测量。

这项工作的精细程度令人抓狂——他一遍又一遍地报告破损情况，他对自己缺乏技术能力感到沮丧，而且他得到的技术支持也相当有限。他向伦敦的玻璃吹制工求助。当修改后的设备交付时，铂金线断了。1886年的头几个月发生了一系列的灾难，设备泄漏，损坏，不得不重新设计。后来，卡伦德遇到了一场不明事故，导致他的右手一个月无法使用。

最终他有了一个工作装置，一个小空气球，里面放着他的白金螺旋，现在缠绕在云母上。灯泡可以浸泡在冰水、蒸汽浴或热炉中，有了这个系统，他可以逐渐缩小误差，修正玻璃的膨胀。惠斯顿电桥可以精确地测量电阻，他建立了一个二次方程来拟合数据。

到1897年，他有足够的信心提出白金温度计作为新的温度标准，现在已经没有煤气球了。到1903年，美国国家物理实验室开始使用标准铂电阻温度计，即使在开尔文重新定义之后，标准铂电阻温度计仍然定义着今天的国际温标。

卡伦德后来成为伦敦帝国理工学院的物理学教授。他于1930年去世。从制作冰淇淋到冶炼钢铁，再到监测发电站，铂金温度计的应用无处不在。在我们的实验室里，铂温度计也能精确到千分之一度。但卡伦德的温度学遗产会有更大的变化:就在他去世8年后，他的儿子盖伊·斯图尔特·卡伦德发表了一篇开创性的论文，将二氧化碳排放与全球气温联系起来。它提醒我们，一件事会导致另一件事，不仅在讲故事方面，在科学和测量方面也是如此。

鸣谢

Michael de Podesta分享了他关于温度的智慧。