在溫度測量中，溫度分佈不均是導致測量誤差的主要因素之一。溫度並非總是均勻地擴散，而是受到測量對象的材質、周圍環境以及熱傳遞方式（傳導、對流、輻射）等影響而發生顯著變化。
若未考慮這些溫度變化就進行測量，不同測量位置可能會獲得不同的溫度值，導致錯誤的溫度評估。
本章將詳細說明溫度分佈不均的成因，並介紹具體的對策，以減少測量誤差。
4.1 什麼是溫度分佈不均？
溫度分佈不均指的是測量對象的整體溫度不均勻，導致不同測量位置出現不同的溫度數值。這種現象的發生主要由以下因素導致：
1. 加熱與冷卻設備的非均勻性
加熱器和冷卻裝置並不總是能夠均勻地供應熱量或冷氣，因此物體可能會出現溫度梯度（溫度變化的傾斜程度）。
2. 材質的熱傳導率差異
例如，鋁這類高熱傳導率材料能迅速傳遞熱量，而塑膠等低熱傳導率材料則傳熱較慢，因此難以形成均勻的溫度分佈。
3. 空氣與液體的對流影響
室內或液體環境中，溫度較高的空氣或液體會上升，而較冷的部分會下降，形成對流現象，導致測量位置的溫度不同。
4. 輻射熱的影響
物體表面透過輻射（紅外線）傳遞熱量，導致表面與內部溫度產生差異，特別是在高溫環境下，輻射熱影響更加明顯。
這些因素相互作用後，可能會導致測量結果出現誤差。因此，理解溫度分佈不均的成因，並選擇合適的測量方法至關重要。
4.2 溫度分佈不均造成的測量誤差與對策
4.2.1 熱傳導的影響與對策
熱傳導是指熱量在物質內部的移動方式。然而，不同材料的熱傳導率不同，因此熱擴散的速度和方式也有所不同。
成因：
1. 高熱傳導率材料（例如：銅、鋁）
這類材料的熱量較容易均勻擴散，但當物體體積較大時，中心與邊緣的溫度仍可能存在差異。
例如：當加熱鋁板的一側時，中心和邊緣可能會出現不同的溫度分佈。
2. 低熱傳導率材料（例如：塑膠、陶瓷、隔熱材料）
即使表面溫度發生變化，內部溫度仍需較長時間才能達到平衡。
例如：當加熱厚塑膠板時，表面溫度迅速上升，但背面溫度卻上升較慢。
對策：
1. 在多個測量點測量，並計算平均值
若溫度分佈不均，應選擇多個測量點測量溫度，然後計算平均值以獲取更準確的測量結果。
2. 考慮熱傳導率差異進行測量
例如，對於熱傳導率較低的不鏽鋼材料，應進行長時間測量，確保內部溫度穩定後再進行測量。
3. 將溫度感測器插入測量對象的內部
除了測量表面溫度外，還應測量內部溫度，以更準確地反映熱傳導影響。
4.2.2 熱對流的影響與對策
在氣體和液體環境中，熱量主要透過對流傳遞，當流體（空氣或水）受熱膨脹並上升，而較冷的流體下降時，就會形成溫度差異。
成因：
1. 空氣對流
室內環境中，溫暖的空氣上升，而冷空氣下降，導致天花板和地面之間的溫度不同。
例如：在桑拿房內，天花板附近的溫度比地板附近的溫度更高。
2. 水的對流
當液體受熱時，較熱的部分上升，較冷的部分下降，形成對流現象。
如果攪拌不足，則液體內部溫度無法均勻分佈，測量結果會有所偏差。
例如：當鍋底加熱時，底部的水會先變熱，但若不攪拌，則上下層的水溫會有所不同。
對策：
1. 使用風扇或攪拌裝置來均勻化溫度
在空氣環境中，可使用風扇幫助氣流循環，使溫度均勻分佈。
在液體環境中，可使用攪拌裝置確保液體溫度均勻。
2. 等待溫度穩定後再測量
空調或加熱設備啟動後，應等待溫度穩定後再進行測量。
液體加熱後應充分攪拌，確保溫度均勻後再進行測量。
4.2.3 輻射熱的影響與對策
輻射熱是透過紅外線傳遞的熱能。材料的發射率（吸收或釋放紅外線的能力）會影響測量結果的準確性。
原因：
1. 高輻射率材料（例如磚、木材、紙張）
這些材料能有效吸收熱量，進而引起顯著的溫度變化。
例如：黑色汽車比白色汽車吸收更多的陽光紅外線輻射，使其表面更熱。
2. 低輻射材料（例如拋光金屬表面）
這些材料會反射熱量，常常導致表面溫度讀數低於實際溫度。
例如：在同一熱源下加熱時，木質表面的溫度會比鋁表面高。
對策：
1. 進行發射率校正
在使用紅外線溫度計時，應根據測量對象的發射率設定正確的值，以確保測量準確度。
如果發射率未知，請使用接觸式溫度感測器（例如熱電偶）測量實際溫度並估算正確的發射率設定。
2. 統一測量對象的表面性質
可使用黑體塗料來提高發射率，確保測量結果的一致性。
3. 調整測量角度，避免反射影響
透過改變測量角度，減少紅外線反射影響，以提高測量精度。
4.3 總結
若未考慮溫度分佈不均，可能會導致嚴重的測量誤差。因此，應充分理解熱傳導、對流與輻射的影響，並採取適當的測量方法。
選擇適當的測量方法，能夠實現更準確且可靠的溫度測量。
