質問: 熱膨張率が異なる2枚の金属板を張り合わせて作られる、温度計やサーモスタットに使われるものは何?
回答: バイメタル

タイトル: ボロメータ
ボロメータ (bolometer、ギリシア語: βολόμετρον、測るもの (-μετρον)、放射物の (βολο-) から)は入射する電磁波などの放射のエネルギーを、温度に依存する電気抵抗を持つ物質の受ける熱を通して計測する観測機器である。1878年にアメリカ人天文学者サミュエル・ラングレーにより発明された。名前は、光線のことを放り投げられたものを意味するギリシア語: βολή により表現している。熱力学における熱量計として使用する事が本来の使用法である。低温物理学に於いて代替し得る物は無い。20世紀初頭には既に現在の形態になったが、20世紀後半には赤外線カメラなどの赤外線撮像素子等に応用されたが、近年、MEMS技術を取り入れる事で、さらなる応用の広がりが期待されている。

タイトル: パイロメーター
複数波長式パイロメーターは3以上の波長および数学的操作を用いて、放射率が未知で変化したり、どの波長でも異なるような場合でも、正確な温度測定を実現させようとするものである。

タイトル: サーモグラフィー
外壁タイルの浮きなどの調査用として撮影される。 タイルとモルタルの接着強度の低下により空気層ができる。この空気層が太陽光や外気温により温度が上昇することを利用し、タイルの浮きを判断する。そのほか、同様に温度差を利用して、外壁の中の雨漏りの経路の調査、断熱不良部分の調査、さらに木造建築物の壁の内部に設けられた筋かいの有無の調査にも応用範囲が広がっている。

タイトル: 走査型熱顕微鏡
走査型プローブ顕微鏡(SPM)の一種で温度計測機能を付加して数10 nm以下の高い空間分解能で試料表面の温度や熱物性値の分布を計測する。複数の形式があり、それぞれ一長一短がある。最初の熱の分布を可視化するSPMは1986年に報告された試料に近接させた加熱探針の温度変化を絶縁体の形状計測に利用した Scanning Thermal Profilerで、1989年に走査型トンネル顕微鏡 (STM)を利用して金属探針と金属試料表面の起電力を測定するナノスケールでの光熱変換顕微測定法および光熱変換分光法が示された。接触ポテンシャル を利用した熱伝導性の計測が1992年に報告され、微細熱電対カンチレバーを用いた電子素子の温度分布計測が1993年に報告され、Wollastonワイヤーを利用した測温抵抗体(RTD)を使用した計測が1994年に報告された。

タイトル: 非接触温度計測
非接触温度計測(ひせっしょくおんどけいそく)は、物体表面から放射される赤外線のエネルギー量を測定し、対象物に触らずに非接触で行う温度計測法である。サーモグラフィや放射温度計で測定できる。また、熱自身が発生する輝きの色(色温度)をオングストローム単位で計測する光温度計もあり、窯や炉内など高熱源体の温度測定に使われ、理論上は何でも温度が測れる。

タイトル: 温度
それぞれの検出波長帯は、大気による赤外線の減衰が小さい波長帯にあたり、量子型は検出素子にInSb(インジウムアンチモン)、InAs(ヒ化インジウム)などを使い、熱型はマイクロボロメータを使っている。非接触式の温度計としては代表的なものとして、赤外線サーモグラフィがある。

タイトル: 放射温度計
放射温度計(ほうしゃおんどけい)は、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計である。これらの赤外線や可視光線といった熱放射は黒体放射によって生じ、温度と放出エネルギーとの関係を表すシュテファン=ボルツマンの法則およびプランクの法則によって、物体の温度を算出することができるのを活用している(色温度)。放射温度計の主な長所は、測定が高速に行えることと、非接触で測定可能な点である。非接触で測定可能なことは、熱伝導によって測定対象と温度計とが同じ温度になる必要がある多くの温度計・測定方法と違い、短時間で温度測定が可能となる要因ともなっている。

タイトル: パイロメーター
大半の失敗は、ソルトバスよりも低温である表面のスラグによって引き起こされるトゥイア(Tuyère)・パイロメーターは、高炉の鋼浴に供給する空気や反応物の温度を羽口(はぐち)を通して測定する光学装置である。蒸気ボイラーには、過熱蒸気発生装置の蒸気温度を測定する目的でパイロメーターを設置する場合がある。熱気球では、布地の過熱を防止するために球皮(エンベロープ)上部の温度を測定するパイロメーターが備え付けられている。パイロメーターは、タービンブレードの表面温度を測定する目的で実験用ガスタービンエンジンに設置される場合がある。こうしたパイロメーターは、個々のタービンブレードの位置とパイロメーターの出力を連動させるべくタコメータと組み合わされることもある。タイミングと放射状位置を組み合わせることで、エンジニアは回転するブレードの正確な温度を判断できる。

タイトル: サーメット
サーメット (cermet) は、金属の炭化物や窒化物など硬質化合物の粉末を金属の結合材と混合して焼結した複合材料。定義上は超硬合金と呼ばれる炭化タングステン (WC) を主成分としたものも含まれるが、これを別のものとして扱うことが多い。名称はceramics(セラミックス)とmetal(金属)からの造語である。これは、1959年にセラミックスよりは靭性の点が少し大きい工具材料として開発された。全般的に耐熱性や耐摩耗性が高い反面、脆く欠けやすい。主に切削工具の材料として使われるほか、化学プラントの機械の部品や、高温用のノズルなどにも用いられている。組成 (wt%) の一例としては、TiC-20TiN-15WC-10Mo2C-5Ni が挙げられる。

タイトル: 熱流センサ
人間における熱交換の測定は、医学研究、衣服、耐寒耐水服(イマージョンスーツ)、寝袋の設計に重要である。この測定での難点は、人間の皮膚が熱流センサの取り付けに、特に適しているというわけではないことである。 また、センサーは薄くなければならない。皮膚は本質的に一定の温度のヒートシンクであるため、追加される熱抵抗は避けなければならない。 別の問題は、テストの被験者が動いている可能性があるということである。 被験者とセンサとの接触が失われる可能性がある。熱流センサは、温度および熱フラックスがはるかに高い可能性がある工業分野でも使用される。 これらの環境の例としては、アルミニウム精錬、集光型太陽光発電、石炭ボイラー、高炉、フレアシステム、流動床、コーカーユニットなどがある。

タイトル: サーモテープ
サーモテープとは、温度にあわせて表面の色が変化するようにしたテープ状の示温材である。用途に応じて多くの種類のサーモテープが市販されている。なお、「サーモテープ」は、日油技研工業株式会社の登録商標(登録番号第4878740号)。一定の温度に達すると表面の色が変化する仕組みになっており、特定の温度に達すると色が変化する二段階のものもあれば、温度に応じて数段階で徐々に色が変化するものもある。また、不可逆性のもの(一度変色すると温度が元に戻っても色は変化しないもの)と可逆性のもの(温度が元に戻ると色も元に戻るもの)がある。裏面を接着できるようにしたものはサーモシール、サーモラベルともいう(「サーモラベル」は、日油技研工業株式会社の登録商標(登録番号第5637415号他))。以上のように色の変化で温度を識別するもののほか、色付きの数字を液晶によって表示するデジタル式のものもある。

タイトル: 温度
物体の寒暖の度合いを定量的に表そうという試みを初めて行ったのは異説はあるがガリレオ・ガリレイであると考えられている。ガリレイは空気の熱膨張の性質を利用して物体の温度を計測できる装置、すなわち温度計を作成した。ガリレイの作った温度計は気圧などの影響を受けてしまうために実際に温度を定量的に表すには及ばなかったが、このように物質の温度による性質の変化を利用して、寒暖の度合いを定量的に表そうという試みは以後も続けられた。初めて目盛付き温度計により数値によって温度を表現しようとしたのはオーレ・レーマーである。レーマーは水の沸点を60度、水の融点を7.5度とする温度目盛を作成した。温度目盛を作成するにはこのように2点の定義定点が必要となる。

タイトル: 乾湿計
アウグスト乾湿計は、湿球と乾球とを大気中に開放したものである。壁面や卓上スタンドなどに固定しての測定に用いられる。乾球も湿球も露出した構造であり、風当たりや輻射熱の影響を受けやすく誤差が大きくなりやすいので、風や日光に曝されない場所や百葉箱内に取り付けて用いられる例が多い。畜産農業養蚕や倉庫の湿度管理、空調設備や建物内の定点観測、気象観測で百葉箱内に取り付けるなどの業務用途向けでは光沢メッキを施した金属フレームに水銀一重ガラス管温度計を取り付けたものが多い。簡易型と称するものや家庭用と称する安価なものでは、軽質な木板やプラスチック製基盤に最小目盛1°Cでアルコール(着色灯油)温度計を組み込んだものが多い。

タイトル: 超音波厚さ計
超音波厚さ計(ちょうおんぱあつさけい)とは、超音波を利用して対象物の厚みを測定する計測機器である。

タイトル: インバー
インバーの用語は1907年以降登録商標となっており、現在ではAperam Imphy Alloysの資産である。公的な名前はFe-Ni36%という。温度によって寸法が変化しないので、時計や実験装置、LNGタンカーのタンク、ブラウン管のシャドーマスク等に用いられる。また、バイメタルの低熱膨張率側の材料としても用いられる。

タイトル: ガリレオ温度計
色付けられた液体と球体内の空気のすきまとの温度変化による膨張がどれほどあっても、これらの原材料は一定の寸法のガラス球内に密封されているため、温度計の作動に影響しない。球体が没せられている透明な液体は水ではなく、温度による密度の変化が水よりも大きい何かしらの有機化合物(例えばエタノール)である。温度の変化に伴う透明な液体の密度の変化が、球を上下させる。図 4は、2つの温度でのガリレオ温度計の図式的な表現を示す。あるモデルでは、上端にいくつか球体があり(図 4 左)そして下端にいくつかあるが、空隙に浮いているただ1個(緑色の24度)が温度を示す。もし空隙に球がないならば(図 4 右)、空隙の上方と下方にある球体の値の平均がおおよその温度を示す。またあるモデルにおいては、最も低く浮いている球体がおおよその温度を示す。球体と重りは、互いに妨害しあわない大きさに作ってある。

タイトル: 耐熱ガラス
熱膨張率が小さいと、ガラスに温度差があっても熱応力が小さくなるため、急激な温度変化に耐えることができる。

タイトル: インバー
熱膨張係数が低い(長手方向で、約 2 × 10 − 6 K − 1 {\displaystyle 2\times 10^{-6}K^{-1}} )ため、精密計器を製造するために使用されている。一部のグレードでは負の膨張係数を示す。温度変化に対する安定性は、熱応力の影響を受けにくい構造物の建造を可能にする。インバー製メタンタンクの内側コーティングは、-162°C・大気圧の天然ガスの輸送によく使用されている技術である。近年では、さらなる低温環境耐性についても改善が図られており、深宇宙環境において用いられる観測衛星用の構造材料としても適用が検討されている。インバーと同様に膨張係数が非常に低い材料は他にもあるが、インバーは金属の長所を備えている(電気伝導率、溶接またははんだ適性、弾性など)。また、イリジウム、タンタル、タングステンは熱膨張の特性と金属の長所を備えているが、非常に高価である。

タイトル: 基板接合
シリコン基板とシリコンの熱膨張係数が近いガラスを接合する方法。シリコンとガラスを合わせ400~500V程度の電圧を印加しながら加熱するとガラス中のイオンが接合界面に移動し共有結合が起こり強固に接合される。主にパッケージングやMEMSデバイス作製に用いられる

タイトル: バイメタル
鉄とニッケルの合金に、マンガン、クロム、銅などを添加して2種類の熱膨張率の異なる金属板を作り、冷間圧延で貼り合わせたものである。長期間の使用では熱により性質が変化することがあるため、高度な製造技術が必要とされる。熱膨張率が小さい側の合金として、インバーが使われている。これはC・E・ギョームが1896年に発見したニッケル36%・鉄64%の合金で、室温付近では熱膨張率がほとんどゼロとなる。この業績に関連して、1920年にノーベル物理学賞がギョームに授与されている。

タイトル: ヒートシンク
ヒートシンクの材料としては、主に、伝熱特性の良いアルミニウム、鉄、銅などの金属が用いられる。また、外気などへ熱を排出する目的上、表面積が広くなるような形状(一般的にはフィンと呼ばれる板や棒の生えた剣山状や蛇腹状)に成型されることが多い。ヒートシンクにファンを取り付けることにより、冷却能力を向上させることができる。ヒートシンクの性能は、熱抵抗によって表され、一般的用途においては熱抵抗が小さいものほど性能が高い。熱抵抗は、ヒートシンクの材質、大きさ、形状などによって決まる。用途によって、大きさ・形状も、千差万別であり、小さいものは数mmから、大きなものは数百メートル程度まである。

タイトル: ヒートスプレッダ
これは放熱器の各部から見た場合に発熱体を直線的に見通すことができ、伝熱距離を少なくする事ができる場合である。このため発熱体と放熱器の大きさが著しく異なる場合によく用いられる構造であり、代表的な使用例としてデスクトップパソコン等のCPUの放熱が挙げられる。

タイトル: パイロメーター
パイロメーターは、動く物体の温度や、届かなかったり触れない物体の温度を測定するのに特に適している。現代のマルチスペクトル・パイロメーターは、ガスタービンエンジン燃焼室内の高温を高精度で測定するのに適している。冶金での高炉操作において、温度は根幹のパラメータである。信頼性があり溶融温度を連続して測定できる方法は、精錬操作の効率的な制御のために必須である。精錬速度を最大化し、スラグを最適温度で生成し、燃料消費を最小限とし、耐火物の寿命を長くすることにもなる。従来は熱電対が用いられてきたが、すぐに溶けてしまうために連続測定には適していない。ソルトバス(塩浴)炉は最大1300°Cで稼働し、熱処理用途で用いられる。溶融塩と処理が行われる鋼との間で猛烈な熱伝導を伴う非常に高温な稼働は、溶融塩の温度を測定することで精度が維持される。

タイトル: サーモホン
サーモホン(thermophone)は電気信号を熱に変え音に変換する装置である。サーモホンの原理は19世紀頃から知られており、20世紀の初めごろにはマイクロフォンの感度較正用に用いられた。その後しばらく忘れられていたが、カーボンナノチューブなどの新しい素材の発明に伴いシート状スピーカーなどへの応用が研究されている。

タイトル: 熱間圧接
熱間圧接(Hot pressing)とは、圧接の一種で加圧と加熱を併用して接合する手法。

タイトル: ベレンゼン・サーモスタット
ベレンゼン・サーモスタット(英: Berendsen thermostat)は、分子動力学シミュレーションにおいてシミュレーション温度を制御するために粒子の速度の縮尺を変更するためのアルゴリズムである。

タイトル: 熱交換器
熱交換器(ねつこうかんき)は、保有する熱エネルギーの異なる2つの流体間で熱エネルギーを交換するために使用する機器。温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させることで物体の加熱や冷却を行う目的で用いられる。

タイトル: 熱流センサ
 ガードンタイプは、円形箔構造のため正確なセンサの面に垂直な対流を測定しなければならず、シュミット・ボエルターゲージのワイヤー巻き幾何学形状は垂直流と平行流の両方を測定することができる。 このセンサーは水冷式のボディに取り付ける。 これらのセンサは、火災抵抗試験において、試料に対する火炎の放射熱フラックスなどを測定するために使用される。熱流センサが内部で使用される、検出器の例としては、レーザーパワーメーター、日射計、赤外放射温度計などのさまざまな例がある。以下では、3つの大きな応用分野について説明する。土壌熱フラックスは、土壌に蓄積された太陽エネルギーの量を時間の関数として調べることができるため、農業気象学的研究で最も重要なパラメータである。典型的には、2、3個の土壌熱流センサが、気象観測装置のまわりの地表面または、地表から約5cm下埋設される。

タイトル: 自動火災報知設備
定温式スポット型感知器および差動式スポット型感知器についてはサーミスタを使用した熱半導体式、差動式スポット型感知器の熱電対式タイプも普及が進んでいる。サーミスタは温度変化に応じて電気抵抗が変化する半導体であり、それにより測定した温度変化を電子回路で解析し、定温式または差動式の動作をさせることができる。環境に影響されにくい安定した性能が特徴である。また、バイメタル式、ダイヤフラム式の熱感知器は発報を示す表示灯が熱を感知している間しか点灯しないのに対し、サーミスタを使用した場合は受信機側で復旧をかけるまで自己保持させることが可能であり、発報した感知器が特定しやすいため、非火災報発生時の対処がより適切に行える。火災の煙を検知するもの。防火シャッター・防火扉・空調設備の防火ダンパーなどと連動する場合もある。火災の炎を検知するもの。

タイトル: 水高計
水高計(すいこうけい、英語:water-height-gauge)は、圧力と温度とを一つの計器で計測する計器で、主にボイラーや貯湯槽管理などに使用される。 一般的に圧力の測定原理はブルドン管圧力計と同様であり、温度の計測はバイメタル金属を使用する。

タイトル: 熱膨張
これで温度変化1°Cごとの相対的な長さの変化を計算できるようになる。脆性素材の熱膨張制御は様々な理由から重要な懸念事項である。例えば、ガラスとセラミックスはいずれも脆く、不均一な温度が不均一な膨張を引き起こし、それが熱応力を生むことによってひび割れが生じる場合がある。セラミックスは幅広い素材と組み合わせたりして扱う必要があるため、その膨張が用途に合っている必要がある。釉薬は下の磁器(または他の下地)にしっかり塗付する必要があるため、ひび割れ等が出来ないよう下地に「吸着」するように熱膨張を調整する必要がある。熱膨張が成功の鍵となる製品の例としてコーニングウェアとスパークプラグがある。セラミック下地の熱膨張は焼成によって制御可能であり、材質の望ましい方向への膨張に影響を与える結晶種を作り出す。釉薬の熱膨張は、その化学組成と施された熱履歴によって制御される。