Un termometro è un dispositivo che misura la temperatura o il gradiente di temperatura, utilizzando una varietà di principi diversi. Un termometro ha due elementi importanti: il sensore di temperatura in cui si verifica un cambiamento fisico con la temperatura fisica, ad esempio il bulbo di un termometro a mercurio e la molla o qualche altro mezzo per convertire questo cambiamento fisico in un valore, ad esempio la scala di un termometro a mercurio.
Esistono diversi tipi di termometri.
Il termometro liquido in vetro utilizza la variazione di volume di un liquido in temperatura. Sfruttano il fatto che la maggior parte dei fluidi si espandono per riscaldamento. Il fluido è contenuto in un bulbo di vetro sigillato e la sua espansione viene misurata mediante una scala graduata incisa nello stelo del termometro. Come sappiamo che il termometro non si espande poi come proprietà fisica utilizza la variazione di lunghezza del liquido con la temperatura.
I liquidi comunemente usati nei termometri a liquido in vetro sono il mercurio e l'alcool. In base al liquido utilizzato sono di due tipi: termometri a mercurio in vetro e termometri ad alcool in vetro.
Il termometro liquido in vetro è composto da due parti fondamentali:
Vantaggi:
Svantaggi:
Questi sono stati inventati da un fisico tedesco Daniel Gabriel Fahrenheit.
Questo termometro è costituito da mercurio in un tubo di vetro. I segni calibrati sul tubo consentono di leggere la temperatura in base alla lunghezza del mercurio all'interno del tubo. La lunghezza del mercurio all'interno del tubo varia a seconda della temperatura. Per aumentare la sensibilità, di solito c'è un bulbo di mercurio all'estremità del termometro che contiene la maggior parte del mercurio; l'espansione e la contrazione di questo volume di mercurio sono amplificate nel foro molto più stretto del tubo. Lo spazio sopra il mercurio può essere riempito con azoto o può essere un vuoto.
Il termometro a mercurio in vetro copre un'ampia gamma di temperature da - 38 °C a 356 °C, sebbene l'introduzione di un gas nello strumento possa aumentare la gamma fino a 600 °C o oltre.
Vantaggi di un termometro a mercurio in vetro
Svantaggi di un termometro a mercurio in vetro
Come liquido utilizza alcol etilico, toluene e pentano tecnico, che possono essere utilizzati fino a -200 °C. Il suo intervallo va da -200°C a 80°C, anche se l'intervallo tende a dipendere fortemente dal tipo di alcol utilizzato.
Vantaggio: il suo più grande vantaggio è che può misurare temperature molto basse.
Svantaggio: poiché l'alcol è trasparente, richiede un colorante per renderlo visibile. I coloranti tendono ad aggiungere impurità che potrebbero non avere lo stesso intervallo di temperatura dell'alcol. Questo rende difficile la lettura soprattutto ai limiti di ogni liquido. Inoltre, l'alcool bagna il vetro.
Il termometro a resistenza o rilevatore di temperatura a resistenza (RTD) utilizza la resistenza di un conduttore elettrico per misurare la temperatura. La resistenza del conduttore varia nel tempo. Questa proprietà del conduttore viene utilizzata per misurare la temperatura. La funzione principale dell'RTD è quella di fornire una variazione positiva della resistenza con la temperatura.
Il metallo ha un coefficiente di alta temperatura che significa che la loro temperatura aumenta con l'aumento della temperatura. Il carbonio e il germanio hanno un coefficiente di bassa temperatura che mostra che la loro resistenza è inversamente proporzionale alla temperatura.
La termoresistenza utilizza un elemento sensibile costituito da metalli purissimi come platino, rame o nichel. La resistenza del metallo è direttamente proporzionale alla temperatura. Principalmente, il platino viene utilizzato in un termometro a resistenza. Il platino ha un'elevata stabilità e può resistere alle alte temperature.
L'oro e l'argento non vengono utilizzati per RTD perché hanno una bassa resistività. Il tungsteno ha un'elevata resistività, ma è estremamente fragile Il rame viene utilizzato per realizzare l'elemento RTD perché ha una bassa resistività ed è anche meno costoso. L'unico svantaggio del rame è che ha una bassa linearità. La temperatura massima del rame è di circa 120°C.
Il materiale RTD è costituito da platino, nichel o leghe di nichel. I fili di nichel vengono utilizzati per un intervallo di temperatura limitato, ma sono piuttosto non lineari.
Di seguito sono riportati i requisiti del conduttore utilizzato negli RTD
La resistività del materiale è elevata in modo che il volume minimo del conduttore venga utilizzato per la costruzione
La variazione di resistenza del materiale in relazione alla temperatura dovrebbe essere la più elevata possibile.
La resistenza del materiale dipende dalla temperatura
Il termometro a resistenza è posizionato all'interno del tubo protettivo per fornire protezione contro i danni. L'elemento resistivo è formato posizionando il filo di platino sulla bobina di ceramica. Questo elemento di resistenza è posto all'interno del tubo che è costituito da acciaio inossidabile o acciaio ramato.
Il cavo conduttore viene utilizzato per collegare l'elemento di resistenza con il cavo esterno. Il filo conduttore è coperto dal tubo isolato che lo protegge dai cortocircuiti. Il materiale ceramico viene utilizzato come isolante per materiale ad alta temperatura e per fibra o vetro a bassa temperatura viene utilizzato.
I termometri a resistenza stanno lentamente sostituendo le termocoppie in applicazioni industriali a temperature molto più basse (sotto i 600 °C). I termometri a resistenza sono disponibili in una serie di forme costruttive e offrono maggiore stabilità, precisione e ripetibilità. La resistenza tende ad essere quasi lineare con la temperatura.
Vantaggi
Svantaggi:
Le termocoppie sono sensori composti da due metalli che generano forze elettromotrici (EMF) o tensioni in presenza di differenze di temperatura tra loro. La quantità di tensione prodotta dipende da queste differenze. Le termocoppie funzionano in base al principio dell'effetto Seebeck.
L'effetto Seeback è stato scoperto dal medico tedesco diventato fisico Thomas Johann Seebeck. Scoprì che quando produceva una serie di circuiti formando una giunzione di due metalli diversi, con un metallo a una temperatura più alta dell'altro, era in grado di generare una tensione. Maggiore è la differenza, maggiore è la tensione e ha scoperto che i risultati erano indipendenti dalla forma del metallo.
Una termocoppia è composta da una giunzione formata da due leghe metalliche. Una porzione della giunzione è posta su una sorgente di cui si vuole misurare la temperatura, mentre l'altra estremità è mantenuta ad una temperatura di riferimento costante secondo il principio zero della termodinamica. Le termocoppie più vecchie utilizzano bagni di ghiaccio come fonte di temperatura, ma quelle moderne utilizzano un sensore di temperatura a stato solido.
Le termocoppie sono preziose nella scienza e nell'ingegneria grazie alla loro precisione, tempi di reazione rapidi, dimensioni ridotte e capacità di misurare temperature estreme. Quest'ultima abilità si basa sulle combinazioni di metalli utilizzate; una combinazione nichel-nichel può misurare da -50 °C a 1410 °C, mentre una combinazione renio-renio può misurare da 0 °C a 2315 °C. Le combinazioni più comuni sono ferro-costantana, rame-costantana e cromol-alumel. Gli svantaggi delle termocoppie sono che i segnali prodotti potrebbero non essere non lineari e quindi devono essere calibrati attentamente.
Un termometro a gas misura la temperatura mediante la variazione di volume o pressione di un gas. I termometri a gas funzionano meglio a temperature molto basse.
Esistono due tipi principali di termometri a gas: uno che funziona a volume costante e l'altro a pressione costante.
Un pirometro è un tipo di termometro utilizzato per misurare le alte temperature. Viene utilizzato per misurare la temperatura senza alcun contatto fisico. Viene utilizzato per misurare la temperatura corporea misurandone la radiazione elettromagnetica.
Il suo principio dipende dal rapporto tra la temperatura di un corpo caldo e la radiazione elettromagnetica emessa dal corpo. Quando un corpo viene riscaldato emette energia termica nota come radiazione di calore. È una tecnica per determinare la temperatura corporea misurandone la radiazione elettromagnetica.
Pirometro ottico - Il pirometro ottico è un dispositivo di misurazione della temperatura di tipo senza contatto. Funziona secondo il principio di far corrispondere la luminosità di un oggetto alla luminosità del filamento che si trova all'interno del pirometro. Il pirometro ottico viene utilizzato per misurare la temperatura dei forni, dei metalli fusi e di altri materiali o liquidi surriscaldati. Non è possibile misurare la temperatura del corpo altamente riscaldato con l'ausilio dello strumento a contatto. Quindi il pirometro senza contatto viene utilizzato per misurare la loro temperatura.
Vantaggi di un pirometro ottico
Svantaggi di un pirometro ottico
Termometro clinico | Termometro da laboratorio |
Il termometro clinico è graduato da 35°C a 42°C o da 94°F a 108°F. | Il termometro da laboratorio è generalmente graduato da -10°C a 110°C. |
Il livello di mercurio non scende da solo, poiché c'è una piega vicino al bulbo per impedire la caduta del livello di mercurio. | Il livello di mercurio scende da solo poiché non è presente alcun nodo. |
La temperatura può essere letta dopo aver rimosso il termometro dall'ascella o dalla bocca. | La temperatura viene letta mantenendo il termometro nella fonte di temperatura, ad esempio un liquido o qualsiasi altra cosa. |
Per abbassare il livello del mercurio vengono dati degli scatti. | Non c'è bisogno di dare uno strattone per abbassare il livello di mercurio. |
Serve per misurare la temperatura corporea. | Serve per misurare la temperatura in laboratorio. |
