เทอร์โมมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดอุณหภูมิหรือการไล่ระดับอุณหภูมิโดยใช้หลักการต่างๆ ที่หลากหลาย เทอร์โมมิเตอร์มีองค์ประกอบที่สำคัญสองประการ – เซ็นเซอร์อุณหภูมิซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพบางอย่างเกิดขึ้นกับอุณหภูมิทางกายภาพ เช่น กระเปาะบนเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทและสปริง หรือวิธีการอื่นในการแปลงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพนี้เป็นค่า เช่น สเกลบนเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท
เทอร์โมมิเตอร์มีหลายประเภท
ของเหลวในเทอร์โมมิเตอร์แบบแก้วใช้การเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของของเหลวในอุณหภูมิ พวกเขาใช้ความจริงที่ว่าของเหลวส่วนใหญ่ขยายตัวเมื่อได้รับความร้อน ของเหลวบรรจุอยู่ในหลอดแก้วที่ปิดสนิท และการขยายตัวของของเหลวนั้นวัดโดยใช้สเกลที่สลักอยู่ในก้านเทอร์โมมิเตอร์ อย่างที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเทอร์โมมิเตอร์ไม่ขยายตัวเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของความยาวของของเหลวกับอุณหภูมิ
ของเหลวที่ใช้กันทั่วไปในเทอร์โมมิเตอร์แบบเหลวในแก้วคือปรอทและแอลกอฮอล์ ตามของเหลวที่ใช้ มีสองประเภท: เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทในแก้วและเทอร์โมมิเตอร์แบบแอลกอฮอล์ในแก้ว
ของเหลวในเทอร์โมมิเตอร์แบบแก้วประกอบด้วยสองส่วนพื้นฐาน:
ข้อดี:
ข้อเสีย:
สิ่งเหล่านี้ถูกคิดค้นโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Daniel Gabriel Fahrenheit
เทอร์โมมิเตอร์นี้ประกอบด้วยปรอทในหลอดแก้ว เครื่องหมายที่ปรับเทียบแล้วบนท่อช่วยให้สามารถอ่านอุณหภูมิได้จากความยาวของปรอทภายในท่อ ความยาวของปรอทภายในหลอดจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เพื่อเพิ่มความไว มักจะมีหลอดปรอทอยู่ที่ปลายเทอร์โมมิเตอร์ซึ่งมีสารปรอทส่วนใหญ่อยู่ การขยายตัวและการหดตัวของปริมาตรของปรอทนี้จะถูกขยายในรูที่แคบกว่ามากของหลอด ช่องว่างเหนือปรอทอาจเต็มไปด้วยไนโตรเจนหรืออาจเป็นสุญญากาศ
เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทในแก้วครอบคลุมช่วงอุณหภูมิกว้างตั้งแต่ - 38 °C ถึง 356 °C แม้ว่าการนำก๊าซเข้าไปในอุปกรณ์จะสามารถเพิ่มช่วงอุณหภูมิเป็น 600 °C ขึ้นไปได้
ข้อดีของเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทในแก้ว
ข้อเสียของเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทในแก้ว
ในฐานะของเหลว มันใช้เอทิลแอลกอฮอล์ โทลูอีน และเพนเทนทางเทคนิค ซึ่งสามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิ -200 °C ช่วงของมันคือ -200°C ถึง 80°C แม้ว่าช่วงนั้นมักจะขึ้นอยู่กับประเภทของแอลกอฮอล์ที่ใช้เป็นอย่างมาก
ข้อดี: ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดคือสามารถวัดอุณหภูมิที่ต่ำมากได้
ข้อเสีย: เนื่องจากแอลกอฮอล์มีความโปร่งใส จึงต้องใช้สีย้อมเพื่อให้มองเห็นได้ สีย้อมมีแนวโน้มที่จะเพิ่มสิ่งเจือปนที่อาจไม่มีช่วงอุณหภูมิเท่ากับแอลกอฮอล์ ทำให้การอ่านยากโดยเฉพาะที่ขีด จำกัด ของของเหลวแต่ละชนิด นอกจากนี้ แอลกอฮอล์ยังทำให้แก้วเปียก
เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทานหรือเครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) ใช้ความต้านทานของตัวนำไฟฟ้าสำหรับการวัดอุณหภูมิ ความต้านทานของตัวนำแปรผันตามเวลา คุณสมบัติของตัวนำนี้ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิ หน้าที่หลักของ RTD คือการให้ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงในเชิงบวกกับอุณหภูมิ
โลหะมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิสูงซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น คาร์บอนและเจอร์เมเนียมมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำซึ่งแสดงว่าความต้านทานแปรผกผันกับอุณหภูมิ
เทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานใช้องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งทำจากโลหะบริสุทธิ์อย่างยิ่ง เช่น แพลตตินั่ม ทองแดง หรือนิกเกิล ความต้านทานของโลหะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ ส่วนใหญ่ แพลทินัมใช้ในเทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทาน แพลตตินั่มมีความเสถียรสูง และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูง
ทองและเงินไม่ได้ใช้สำหรับ RTD เพราะมีความต้านทานต่ำ ทังสเตนมีความต้านทานสูง แต่ทองแดงที่เปราะบางมากใช้สำหรับทำองค์ประกอบ RTD เพราะมีความต้านทานต่ำและยังมีราคาไม่แพงอีกด้วย ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของทองแดงคือมันมีความเป็นเส้นตรงต่ำ อุณหภูมิสูงสุดของทองแดงอยู่ที่ประมาณ 120oC
วัสดุ RTD ทำจากแพลตตินัม นิกเกิล หรือโลหะผสมของนิกเกิล ลวดนิกเกิลใช้สำหรับช่วงอุณหภูมิที่จำกัด แต่ไม่เป็นเชิงเส้น
ต่อไปนี้เป็นข้อกำหนดของตัวนำที่ใช้ใน RTDs
ความต้านทานของวัสดุสูงเพื่อให้ปริมาณตัวนำขั้นต่ำใช้สำหรับการก่อสร้าง
การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของวัสดุเกี่ยวกับอุณหภูมิควรสูงที่สุด
ความต้านทานของวัสดุขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
เทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานถูกวางไว้ในท่อป้องกันเพื่อป้องกันความเสียหาย องค์ประกอบต้านทานเกิดขึ้นจากการวางลวดแพลตตินั่มบนกระสวยเซรามิก องค์ประกอบความต้านทานนี้ถูกวางไว้ภายในท่อที่ประกอบด้วยสแตนเลสหรือเหล็กทองแดง
ลวดตะกั่วใช้สำหรับเชื่อมต่อองค์ประกอบความต้านทานกับตะกั่วภายนอก ลวดตะกั่วถูกหุ้มด้วยท่อฉนวนซึ่งป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร วัสดุเซรามิกใช้เป็นฉนวนสำหรับวัสดุที่มีอุณหภูมิสูงและสำหรับเส้นใยหรือแก้วที่มีอุณหภูมิต่ำ
เทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานกำลังค่อยๆ แทนที่เทอร์โมคัปเปิลในการใช้งานในอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิต่ำกว่ามาก (ต่ำกว่า 600 °C) เทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานมีหลายรูปแบบและให้ความเสถียร ความแม่นยำ และความสามารถในการทำซ้ำที่มากขึ้น ความต้านทานมีแนวโน้มที่จะเป็นเส้นตรงเกือบกับอุณหภูมิ
ข้อดี
ข้อเสีย:
เทอร์โมคัปเปิลเป็นเซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่สร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) หรือแรงดันไฟฟ้าเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกัน ปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างเหล่านี้ เทอร์โมคัปเปิลทำงานตามหลักการของเอฟเฟกต์ Seebeck
ผลกระทบ Seeback ถูกค้นพบโดยแพทย์ชาวเยอรมันชื่อ Thomas Johann Seebeck นักฟิสิกส์ เขาพบว่าเมื่อเขาสร้างชุดของวงจรโดยสร้างจุดเชื่อมต่อของโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน โดยที่โลหะตัวหนึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอีกโลหะหนึ่ง ทำให้เขาสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ ยิ่งความแตกต่างมีขนาดใหญ่เท่าใด แรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้น และเขาพบว่าผลลัพธ์ไม่ขึ้นกับรูปร่างของโลหะ
เทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยทางแยกที่เกิดจากโลหะผสมสองชนิด ส่วนหนึ่งของทางแยกวางอยู่บนแหล่งกำเนิดซึ่งมีการวัดอุณหภูมิ ในขณะที่ปลายอีกข้างหนึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิอ้างอิงคงที่ตามกฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์ เทอร์โมคัปเปิลรุ่นเก่าใช้อ่างน้ำแข็งเป็นแหล่งอุณหภูมิ แต่เทอร์โมคัปเปิลในยุคปัจจุบันใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิโซลิดสเตต
เทอร์โมคัปเปิลมีคุณค่าในด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม เนื่องจากความแม่นยำ เวลาตอบสนองที่รวดเร็ว ขนาดที่เล็ก และความสามารถในการวัดอุณหภูมิที่สูงมาก ความสามารถหลังขึ้นอยู่กับการผสมโลหะที่ใช้ การผสมระหว่างนิกเกิลและนิกเกิลสามารถวัดได้ตั้งแต่ -50 °C ถึง 1410 °C ในขณะที่การผสมระหว่างรีเนียมและรีเนียมสามารถวัดได้ตั้งแต่ 0 °C ถึง 2315 °C ชุดค่าผสมที่พบบ่อยที่สุดคือ เหล็ก-ค่าคงที่ ทองแดง-ค่าคงที่ และโครเมียม-อลูเมล ข้อเสียของเทอร์โมคัปเปิลคือสัญญาณที่ผลิตอาจไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับเทียบอย่างระมัดระวัง
เทอร์โมมิเตอร์แบบแก๊สจะวัดอุณหภูมิโดยการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรหรือความดันของแก๊ส เครื่องวัดอุณหภูมิแก๊สทำงานได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิต่ำมาก
เทอร์โมมิเตอร์แก๊สมีสองประเภทหลัก - ชนิดหนึ่งทำงานที่ปริมาตรคงที่และอีกประเภทหนึ่งทำงานที่ความดันคงที่
ไพโรมิเตอร์เป็นเทอร์โมมิเตอร์ชนิดหนึ่งที่ใช้วัดอุณหภูมิสูง ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิโดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิร่างกายโดยการวัดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
หลักการขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของวัตถุร้อนกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากร่างกาย เมื่อร่างกายได้รับความร้อน มันจะปล่อยพลังงานความร้อนที่เรียกว่าการแผ่รังสีความร้อน เป็นเทคนิคในการกำหนดอุณหภูมิของร่างกายโดยการวัดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
ออปติคัล pyrometer - ออปติคัล pyrometer เป็นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส มันทำงานบนหลักการของการจับคู่ความสว่างของวัตถุกับความสว่างของไส้หลอดที่วางอยู่ภายในไพโรมิเตอร์ ออปติคัลไพโรมิเตอร์ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิของเตาหลอม โลหะหลอมเหลว และวัสดุหรือของเหลวที่มีความร้อนสูงเกินไปอื่นๆ ไม่สามารถวัดอุณหภูมิของร่างกายที่มีความร้อนสูงโดยใช้เครื่องมือชนิดสัมผัสได้ ดังนั้นจึงใช้ไพโรมิเตอร์แบบไม่สัมผัสเพื่อวัดอุณหภูมิ
ข้อดีของเครื่องวัดแสงแบบออปติคัล
ข้อเสียของออปติคัลไพโรมิเตอร์
เครื่องวัดอุณหภูมิทางคลินิก | เครื่องวัดอุณหภูมิในห้องปฏิบัติการ |
เทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิกปรับขนาดจาก 35 °C ถึง 42 °C หรือจาก 94 °F ถึง 108 °F | เทอร์โมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการโดยทั่วไปจะปรับมาตราส่วนตั้งแต่ -10 °C ถึง 110 °C |
ระดับปรอทไม่ได้ลดลงเอง เนื่องจากมีหงิกงอใกล้หลอดไฟเพื่อป้องกันไม่ให้ระดับปรอทลดลง | ระดับปรอทลดลงเองเนื่องจากไม่มีหงิกงอ |
สามารถอ่านอุณหภูมิได้หลังจากถอดเทอร์โมมิเตอร์ออกจากรักแร้หรือปาก | อ่านอุณหภูมิในขณะที่เก็บเทอร์โมมิเตอร์ไว้ในแหล่งอุณหภูมิ เช่น ของเหลวหรือสิ่งอื่นใด |
เพื่อลดระดับปรอทให้กระตุก | ไม่จำเป็นต้องกระตุกเพื่อลดระดับปรอท |
ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิร่างกาย | ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิในห้องปฏิบัติการ |
