Термометр - это устройство, которое измеряет температуру или температурный градиент, используя множество различных принципов. У термометра есть два важных элемента - датчик температуры, в котором происходит физическое изменение физической температуры, например, колба ртутного термометра и пружина, или некоторые другие средства преобразования этого физического изменения в значение, например шкалу на ртутном термометре.
Есть разные типы термометров.
Жидкостный стеклянный термометр использует изменение объема жидкости в температуре. Они используют тот факт, что большинство жидкостей расширяются при нагревании. Жидкость содержится в герметичной стеклянной колбе, и ее расширение измеряется с помощью шкалы, вытравленной на стержне термометра. Как мы знаем, термометр не расширяется, поэтому в качестве физического свойства он использует изменение длины жидкости в зависимости от температуры.
Жидкости, обычно используемые в жидкостных стеклянных термометрах, - это ртуть и спирт. В зависимости от используемой жидкости они бывают двух типов: стеклянные ртутные термометры и стеклянные спиртовые термометры.
Жидкостный стеклянный термометр состоит из двух основных частей:
Преимущества:
Недостатки:
Их изобрел немецкий физик Даниэль Габриэль Фаренгейт.
Этот термометр состоит из ртути в стеклянной трубке. Откалиброванные метки на трубке позволяют определять температуру по длине ртути внутри трубки. Длина ртути внутри трубки зависит от температуры. Для увеличения чувствительности на конце термометра обычно находится ртутный шарик, который содержит большую часть ртути; расширение и сжатие этого объема ртути усиливаются в гораздо более узком отверстии трубки. Пространство над ртутью может быть заполнено азотом или это может быть вакуум.
Стеклянный ртутный термометр охватывает широкий диапазон температур от -38 ° C до 356 ° C, хотя введение газа в прибор может увеличить диапазон до 600 ° C или выше.
Преимущества стеклянного ртутного термометра
Недостатки ртутного стеклянного термометра
В качестве жидкости используется этиловый спирт, толуол и технический пентан, которые можно использовать при температуре до -200 ° C. Его диапазон составляет от -200 ° C до 80 ° C, хотя диапазон, как правило, сильно зависит от типа используемого спирта.
Преимущество: его самое большое преимущество в том, что он может измерять очень низкие температуры.
Недостаток: поскольку спирт прозрачен, он требует красителя, чтобы сделать его видимым. Красители, как правило, добавляют примеси, диапазон температур которых может отличаться от диапазона температур спирта. Это затрудняет чтение, особенно на пределе каждой жидкости. Также спирт смачивает стекло.
Термометр сопротивления или резистивный датчик температуры (RTD) использует сопротивление электрического проводника для измерения температуры. Сопротивление проводника меняется со временем. Это свойство проводника используется для измерения температуры. Основная функция RTD - давать положительное изменение сопротивления в зависимости от температуры.
Металл имеет высокотемпературный коэффициент, что означает, что их температура увеличивается с повышением температуры. Углерод и германий имеют низкотемпературный коэффициент, который показывает, что их сопротивление обратно пропорционально температуре.
В термометре сопротивления используется чувствительный элемент из чрезвычайно чистых металлов, таких как платина, медь или никель. Сопротивление металла прямо пропорционально температуре. В основном платина используется в термометре сопротивления. Платина обладает высокой стабильностью и выдерживает высокие температуры.
Золото и серебро не используются для RTD, потому что они имеют низкое удельное сопротивление. Вольфрам имеет высокое удельное сопротивление, но он чрезвычайно хрупок. Медь используется для изготовления элемента RTD, потому что он имеет низкое удельное сопротивление, а также дешевле. Единственный недостаток меди - низкая линейность. Максимальная температура меди около 120oC.
Материал термометра сопротивления - платина, никель или сплавы никеля. Никелевые проволоки используются в ограниченном диапазоне температур, но они довольно нелинейны.
Ниже приведены требования к проводнику, используемому в RTD.
Удельное сопротивление материала высокое, поэтому для строительства используется минимальный объем проводника.
Изменение сопротивления материала относительно температуры должно быть как можно большим.
Стойкость материала зависит от температуры.
Термометр сопротивления помещен внутри защитной трубки для защиты от повреждений. Резистивный элемент формируется путем размещения платиновой проволоки на керамической катушке. Этот резистивный элемент помещается внутри трубки, изготовленной из нержавеющей стали или медной стали.
Подводящий провод используется для соединения резистивного элемента с внешним проводом. Подводящий провод покрыт изолированной трубкой, которая защищает его от короткого замыкания. Керамический материал используется как изолятор для высокотемпературного материала, а для низкотемпературного волокна или стекла.
Термометры сопротивления постепенно заменяют термопары в промышленных приложениях с гораздо более низкими температурами (ниже 600 ° C). Термометры сопротивления бывают разных конструкций и обеспечивают большую стабильность, точность и воспроизводимость. Сопротивление почти линейно зависит от температуры.
Преимущества
Недостатки:
Термопары - это датчики, состоящие из двух металлов, которые создают электродвижущие силы (ЭДС) или напряжения, когда между ними существует разница температур. Количество создаваемого напряжения зависит от этих различий. Термопары работают по принципу эффекта Зеебека.
Эффект Зеебека был обнаружен немецким врачом, ставшим физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил, что когда он создавал серию цепей, формируя соединение двух разных металлов, причем один металл имеет более высокую температуру, чем другой, он мог генерировать напряжение. Чем больше разница, тем выше напряжение, и он обнаружил, что результаты не зависят от формы металла.
Термопара состоит из спая, образованного двумя металлическими сплавами. Одна часть перехода помещается на источник, температура которого должна быть измерена, а на другом конце поддерживается постоянная эталонная температура в соответствии с нулевым законом термодинамики. В старых термопарах в качестве источника температуры используются ледяные ванны, а в современных - твердотельный датчик температуры.
Термопары ценны в науке и технике благодаря своей точности, быстрому времени реакции, небольшому размеру и способности измерять экстремальные температуры. Последняя способность основана на используемых сочетаниях металлов; комбинация никель-никель может измерять от -50 ° C до 1410 ° C, а комбинация рений-рений может измерять температуру от 0 ° C до 2315 ° C. Наиболее распространены комбинации железо-константан, медь-константан и хромель-алюмель. Недостатки термопар состоят в том, что создаваемые сигналы не могут быть нелинейными, и поэтому их необходимо тщательно калибровать.
Газовый термометр измеряет температуру по изменению объема или давления газа. Газовые термометры лучше всего работают при очень низких температурах.
Существует два основных типа газовых термометров: один работает при постоянном объеме, а другой - при постоянном давлении.
Пирометр - это тип термометра, который используется для измерения высоких температур. Он используется для измерения температуры без какого-либо физического контакта. Он используется для измерения температуры тела путем измерения его электромагнитного излучения.
Его принцип зависит от соотношения между температурой горячего тела и электромагнитным излучением, испускаемым телом. Когда тело нагревается, оно испускает тепловую энергию, известную как тепловое излучение. Это метод определения температуры тела путем измерения его электромагнитного излучения.
Оптический пирометр - Оптический пирометр представляет собой устройство для измерения температуры бесконтактного типа. Он работает по принципу соответствия яркости объекта яркости нити накала, помещенной внутри пирометра. Оптический пирометр используется для измерения температуры печей, расплавленных металлов и других перегретых материалов или жидкостей. Невозможно измерить температуру сильно нагретого тела с помощью прибора контактного типа. Следовательно, бесконтактный пирометр используется для измерения их температуры.
Преимущества оптического пирометра
Недостатки оптического пирометра
Клинический термометр | Лабораторный термометр |
Клинический термометр имеет шкалу от 35 ° C до 42 ° C или от 94 ° F до 108 ° F. | Лабораторный термометр обычно имеет шкалу от -10 ° C до 110 ° C. |
Уровень ртути не падает сам по себе, так как рядом с лампочкой имеется перегиб, предотвращающий падение уровня ртути. | Уровень ртути падает сам по себе, так как перегиба нет. |
Температуру можно прочитать, сняв градусник с подмышки или рта. | Температура считывается, когда термометр находится в источнике температуры, например жидкости или другом предмете. |
Для понижения уровня ртути даются рывки. | Не нужно рывком понизить уровень ртути. |
Он используется для измерения температуры тела. | Он используется для измерения температуры в лаборатории. |
