Een thermometer is een apparaat dat de temperatuur of temperatuurgradiënt meet, met behulp van verschillende principes. Een thermometer heeft twee belangrijke elementen: de temperatuursensor waarin een fysieke verandering optreedt met fysieke temperatuur, bijvoorbeeld de lamp op een kwikthermometer en veer, of een ander middel om deze fysieke verandering om te zetten in een waarde, bijvoorbeeld de schaal op een kwikthermometer.
Er zijn verschillende soorten thermometers.
De vloeistof in glasthermometer maakt gebruik van de variatie in het volume van een vloeistof in temperatuur. Ze maken gebruik van het feit dat de meeste vloeistoffen uitzetten bij verhitting. De vloeistof zit in een afgesloten glazen bol en de uitzetting wordt gemeten met een schaal die in de steel van de thermometer is geëtst. Omdat we weten dat de thermometer niet uitzet, gebruikt hij als fysieke eigenschap de variatie van de lengte van de vloeistof met de temperatuur.
De vloeistoffen die gewoonlijk worden gebruikt in de vloeistof-in-glas thermometers zijn kwik en alcohol. Op basis van de gebruikte vloeistof zijn er twee soorten: kwik-in-glas thermometers en alcohol-in-glas thermometers.
De vloeistof in glasthermometer bestaat uit twee basisonderdelen:
Voordelen:
nadelen:
Deze werden uitgevonden door een Duitse natuurkundige Daniel Gabriel Fahrenheit.
Deze thermometer bestaat uit kwik in een glazen buis. Dankzij de gekalibreerde markeringen op de buis kan de temperatuur worden afgelezen aan de lengte van het kwik in de buis. De lengte van het kwik in de buis varieert afhankelijk van de temperatuur. Om de gevoeligheid te vergroten, zit er meestal een kwikbol aan het einde van de thermometer die het meeste kwik bevat; uitzetting en samentrekking van dit kwikvolume worden versterkt in de veel smallere boring van de buis. De ruimte boven het kwik kan gevuld zijn met stikstof of het kan een vacuüm zijn.
Kwik-in-glas thermometer bestrijkt een breed temperatuurbereik van -38 °C tot 356 °C, hoewel de introductie van een gas in het instrument het bereik kan vergroten tot 600 °C of hoger.
Voordelen van een kwik-in-glas thermometer
Nadelen van een kwik-in-glas thermometer
Als vloeistof gebruikt het ethylalcohol, tolueen en technisch pentaan, dat kan worden gebruikt tot -200 °C. Het bereik is -200 ° C tot 80 ° C, hoewel het bereik sterk afhankelijk is van het type alcohol dat wordt gebruikt.
Voordeel: Het grootste voordeel is dat het zeer lage temperaturen kan meten.
Nadeel: Omdat alcohol transparant is, heeft het een kleurstof nodig om het zichtbaar te maken. Kleurstoffen hebben de neiging om onzuiverheden toe te voegen die mogelijk niet hetzelfde temperatuurbereik hebben als de alcohol. Dit maakt het lezen moeilijk, vooral aan de limieten van elke vloeistof. Ook maakt alcohol glas nat.
De weerstandsthermometer of weerstandstemperatuurdetector (RTD) gebruikt de weerstand van een elektrische geleider voor het meten van de temperatuur. De weerstand van de geleider varieert met de tijd. Deze eigenschap van de geleider wordt gebruikt voor het meten van de temperatuur. De belangrijkste functie van de RTD is om een positieve verandering in weerstand met temperatuur te geven.
Het metaal heeft een hoge temperatuurcoëfficiënt, wat betekent dat hun temperatuur toeneemt met de temperatuurstijging. De koolstof en germanium hebben een lage temperatuurcoëfficiënt, wat aantoont dat hun weerstand omgekeerd evenredig is met de temperatuur.
De weerstandsthermometer maakt gebruik van een gevoelig element gemaakt van extreem zuivere metalen zoals platina, koper of nikkel. De weerstand van het metaal is recht evenredig met de temperatuur. Meestal wordt platina gebruikt in een weerstandsthermometer. Het platina heeft een hoge stabiliteit en is bestand tegen hoge temperaturen.
Goud en zilver worden niet gebruikt voor RTD omdat ze een lage soortelijke weerstand hebben. Wolfraam heeft een hoge soortelijke weerstand, maar het is extreem bros. Koper wordt gebruikt voor het maken van het RTD-element omdat het een lage soortelijke weerstand heeft en ook minder duur is. Het enige nadeel van koper is dat het een lage lineariteit heeft. De maximale temperatuur van het koper is ongeveer 120oC.
Het RTD-materiaal is gemaakt van platina, nikkel of legeringen van nikkel. De nikkeldraden worden gebruikt voor een beperkt temperatuurbereik, maar ze zijn vrij niet-lineair.
Hieronder volgen de vereisten van de geleider die in de RTD's wordt gebruikt:
De soortelijke weerstand van het materiaal is hoog, zodat het minimale volume van de geleider voor de constructie wordt gebruikt
De verandering in weerstand van het materiaal met betrekking tot temperatuur moet zo hoog mogelijk zijn.
De weerstand van het materiaal is afhankelijk van de temperatuur
De weerstandsthermometer is in de beschermbuis geplaatst ter bescherming tegen beschadiging. Het weerstandselement wordt gevormd door de platinadraad op de keramische spoel te plaatsen. Dit weerstandselement wordt in de buis geplaatst die is gemaakt van roestvrij staal of koperstaal.
De geleidingsdraad wordt gebruikt om het weerstandselement met de externe geleiding te verbinden. De geleidingsdraad wordt afgedekt door de geïsoleerde buis die hem beschermt tegen kortsluiting. Het keramische materiaal wordt gebruikt als isolator voor materiaal op hoge temperatuur en voor lage temperatuur wordt glasvezel of glas gebruikt.
Weerstandsthermometers vervangen langzaam thermokoppels in industriële toepassingen met veel lagere temperaturen (onder 600 °C). Weerstandsthermometers zijn er in een aantal constructievormen en bieden meer stabiliteit, nauwkeurigheid en herhaalbaarheid. De weerstand heeft de neiging bijna lineair te zijn met de temperatuur.
Voordelen:
nadelen:
Thermokoppels zijn sensoren die zijn samengesteld uit twee metalen die elektromotorische krachten (EMV's) of spanningen genereren wanneer er temperatuurverschillen tussen zijn. De hoeveelheid geproduceerde spanning is afhankelijk van deze verschillen. Thermokoppels werken volgens het principe van het Seebeck-effect.
Het Seeback-effect werd ontdekt door de Duitse arts die natuurkundige Thomas Johann Seebeck werd. Hij ontdekte dat wanneer hij een reeks circuits produceerde door een kruising van twee verschillende metalen te vormen, waarbij het ene metaal een hogere temperatuur heeft dan het andere, hij in staat was een spanning op te wekken. Hoe groter het verschil, hoe hoger de spanning, en hij ontdekte dat de resultaten onafhankelijk waren van de vorm van het metaal.
Een thermokoppel bestaat uit een verbinding gevormd door twee metaallegeringen. Een deel van de junctie wordt op een bron geplaatst waarvan de temperatuur moet worden gemeten, terwijl het andere uiteinde op een constante referentietemperatuur wordt gehouden in overeenstemming met de nulde wet van de thermodynamica. Oudere thermokoppels gebruiken ijsbaden als hun temperatuurbron, maar moderne thermokoppels gebruiken een solid-state temperatuursensor.
Thermokoppels zijn waardevol in wetenschap en techniek vanwege hun nauwkeurigheid, snelle reactietijd, kleine afmetingen en het vermogen om extreme temperaturen te meten. Dit laatste vermogen is gebaseerd op de gebruikte metaalcombinaties; een nikkel-nikkel combinatie kan -50 °C tot 1410 °C meten, terwijl een rhenium-rhenium combinatie 0 °C tot 2315 °C kan meten. De meest voorkomende combinaties zijn ijzer-constantaan, koper-constantaan en chromel-alumel. De nadelen van thermokoppels zijn dat de geproduceerde signalen mogelijk niet niet-lineair zijn en daarom zorgvuldig moeten worden gekalibreerd.
Een gasthermometer meet de temperatuur door de variatie in volume of druk van een gas. Gasthermometers werken het beste bij zeer lage temperaturen.
Er zijn twee hoofdtypen gasthermometers: de ene werkt bij constant volume en de andere bij constante druk.
Een pyrometer is een soort thermometer die wordt gebruikt om hoge temperaturen te meten. Het wordt gebruikt voor het meten van temperatuur zonder enig fysiek contact. Het wordt gebruikt voor het meten van de lichaamstemperatuur door de elektromagnetische straling te meten.
Het principe hangt af van de relatie tussen de temperatuur van een heet lichaam en de elektromagnetische straling die door het lichaam wordt uitgezonden. Wanneer een lichaam wordt verwarmd, straalt het thermische energie uit die bekend staat als warmtestraling. Het is een techniek om de lichaamstemperatuur te bepalen door de elektromagnetische straling ervan te meten.
Optische pyrometer - De optische pyrometer is een contactloos temperatuurmeetapparaat. Het werkt volgens het principe van het afstemmen van de helderheid van een object op de helderheid van de gloeidraad die in de pyrometer is geplaatst. De optische pyrometer wordt gebruikt voor het meten van de temperatuur van ovens, gesmolten metalen en ander oververhit materiaal of vloeistoffen. Het is niet mogelijk om de temperatuur van het sterk verwarmde lichaam te meten met behulp van het contacttype-instrument. Daarom wordt de contactloze pyrometer gebruikt voor het meten van hun temperatuur.
Voordelen van een optische pyrometer
Nadelen van een optische pyrometer
Klinische thermometer | Laboratoriumthermometer |
Klinische thermometer is geschaald van 35 ° C tot 42 ° C of van 94 ° F tot 108 ° F. | De laboratoriumthermometer wordt over het algemeen geschaald van -10°C tot 110°C. |
Het kwikniveau daalt niet vanzelf, omdat er een knik in de buurt van de lamp is om te voorkomen dat het kwikniveau daalt. | Het kwikniveau daalt vanzelf omdat er geen knik aanwezig is. |
De temperatuur kan worden afgelezen nadat de thermometer uit de oksel of mond is verwijderd. | De temperatuur wordt afgelezen terwijl de thermometer in de temperatuurbron wordt gehouden, bijv. een vloeistof of iets anders. |
Om het kwikgehalte te verlagen worden schokken gegeven. | U hoeft geen ruk te geven om het kwikgehalte te verlagen. |
Het wordt gebruikt voor het opnemen van lichaamstemperatuur. | Het wordt gebruikt om de temperatuur in het laboratorium op te nemen. |
