Back to the topics list

thermometer

Ang thermometer ay isang aparato na sumusukat sa temperatura o gradient ng temperatura, gamit ang iba't ibang mga prinsipyo. Ang isang thermometer ay may dalawang mahalagang elemento – ang sensor ng temperatura kung saan ang ilang pisikal na pagbabago ay nangyayari sa pisikal na temperatura hal. ang bumbilya sa isang mercury thermometer at tagsibol o iba pang paraan ng pag-convert ng pisikal na pagbabagong ito sa isang halaga hal. ang sukat sa isang mercury thermometer.

Mayroong iba't ibang uri ng mga thermometer.

1. Ang likido sa mga glass thermometer

Ang likido sa glass thermometer ay gumagamit ng pagkakaiba-iba sa dami ng isang likido sa temperatura. Ginagamit nila ang katotohanan na ang karamihan sa mga likido ay lumalawak sa pag-init. Ang likido ay nakapaloob sa isang selyadong bombilya ng salamin, at ang pagpapalawak nito ay sinusukat gamit ang isang sukat na nakaukit sa tangkay ng thermometer. Tulad ng alam natin na ang thermometer ay hindi lumalawak pagkatapos bilang pisikal na pag-aari na ginagamit nito ang pagkakaiba-iba ng haba ng likido na may temperatura.

Ang mga likidong karaniwang ginagamit sa mga liquid-in-glass thermometer ay Mercury at Alcohol. Batay sa likidong ginamit, ang mga ito ay may dalawang uri: mercury-in-glass thermometers at alcohol-in-glass thermometers.

Ang likido sa glass thermometer ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi:

• Ang bombilya: Ito ay gumaganap bilang isang reservoir na humahawak sa likido na ang dami ay nagbabago sa temperatura. Ang bombilya ay gumaganap din bilang isang sensor o gauge na ipinapasok sa katawan na ang temperatura ay dapat masukat.
• Ang tangkay: Naglalaman ito ng sukat na sumusukat sa temperatura at isang capillary kung saan ang likido ay maaaring lumawak at kumukuha nang naaayon.

Mga kalamangan:

• Ang mga ito ay mura sa paggawa
• Madali silang dalhin at hawakan

Mga disadvantages:

• May posibilidad silang magkaroon ng mataas na kapasidad ng init at hindi sapat na sensitibo, iyon ay, hindi nila masusukat ang mabilis na pagbabago ng temperatura.

1.1. Ang mercury sa glass thermometer

Ang mga ito ay naimbento ng isang German physicist na si Daniel Gabriel Fahrenheit.

Ang thermometer na ito ay binubuo ng mercury sa isang glass tube. Ang mga naka-calibrate na marka sa tubo ay nagpapahintulot sa temperatura na mabasa ng haba ng mercury sa loob ng tubo. Ang haba ng mercury sa loob ng tubo ay nag-iiba ayon sa temperatura. Upang mapataas ang sensitivity, karaniwang mayroong isang bombilya ng mercury sa dulo ng thermometer na naglalaman ng karamihan ng mercury; Ang pagpapalawak at pag-urong ng dami ng mercury na ito ay pinalakas ang mga ito sa mas makitid na butas ng tubo. Ang espasyo sa itaas ng mercury ay maaaring mapuno ng nitrogen o maaaring ito ay isang vacuum.

Sinasaklaw ng Mercury-in-glass thermometer ang malawak na hanay ng temperatura mula - 38 °C hanggang 356 °C, bagaman ang pagpasok ng gas sa instrumento ay maaaring tumaas ang saklaw hanggang 600 °C o higit pa.

Mga kalamangan ng isang mercury-in-glass thermometer

• Ang mercury ay isang natural na opaque na likido (pilak). Nangangahulugan ito na maaari itong direktang magamit sa dalisay nitong anyo.
• Ang Mercury ay hindi nagbabasa ng salamin. Kapag ito ay gumagalaw pataas at pababa sa capillary, ang malakas na cohesive properties ng mercury ay hindi pinapayagan itong mag-iwan ng anumang mga bakas sa loob ng capillary.
• Ang mercury ay isang likidong metal. Bilang isang metal, mayroon itong mataas na mga katangian na nagbibigay-daan sa pagiging sensitibo nito kaysa sa alcohol-in-glass thermometer.

Mga disadvantages ng mercury-in-glass thermometer

• Ang Mercury ay nagdudulot ng potensyal na nakakalason na panganib kung ang lalagyan ng salamin ay nabasag.

1.2. Ang alcohol-in-glass thermometer

Bilang isang likido, gumagamit ito ng ethyl alcohol, toluene at technical pentane, na maaaring gamitin hanggang -200 °C. Ang saklaw nito ay -200°C hanggang 80°C, bagaman ang saklaw ay may posibilidad na lubos na nakadepende sa uri ng alkohol na ginamit.

Bentahe: Ang pinakamalaking bentahe nito ay nasusukat nito ang napakababang temperatura.

Disadvantage: Dahil transparent ang alkohol, nangangailangan ito ng pangkulay para makita ito. Ang mga tina ay may posibilidad na magdagdag ng mga dumi na maaaring hindi kapareho ng hanay ng temperatura gaya ng alkohol. Ginagawa nitong mahirap ang pagbabasa lalo na sa mga limitasyon ng bawat likido. Gayundin, binabasa ng alkohol ang baso.

2. Ang Resistance Thermometer

Ginagamit ng resistance thermometer o resistance temperature detector (RTD) ang resistensya ng isang electrical conductor para sa pagsukat ng temperatura. Ang paglaban ng konduktor ay nag-iiba sa oras. Ang pag-aari na ito ng konduktor ay ginagamit para sa pagsukat ng temperatura. Ang pangunahing tungkulin ng RTD ay magbigay ng positibong pagbabago sa paglaban sa temperatura.

Ang metal ay may mataas na temperatura na koepisyent na nangangahulugan na ang kanilang temperatura ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ang carbon at germanium ay may mababang temperatura na koepisyent na nagpapakita na ang kanilang pagtutol ay inversely proportional sa temperatura.

Gumagamit ang resistance thermometer ng sensitibong elemento na gawa sa napakadalisay na mga metal tulad ng platinum, tanso o nikel. Ang paglaban ng metal ay direktang proporsyonal sa temperatura. Kadalasan, ginagamit ang platinum sa isang thermometer ng paglaban. Ang platinum ay may mataas na katatagan, at ito ay makatiis ng mataas na temperatura.

Ang ginto at pilak ay hindi ginagamit para sa RTD dahil mayroon silang mababang resistivity. Ang Tungsten ay may mataas na resistivity, ngunit ito ay lubhang malutong Copper ay ginagamit para sa paggawa ng RTD elemento dahil ito ay may mababang resistivity at din ito ay mas mura. Ang tanging kawalan ng tanso ay mayroon itong mababang linearity. Ang pinakamataas na temperatura ng tanso ay tungkol sa 120oC.

Ang materyal na RTD ay gawa sa platinum, nickel o mga haluang metal ng nickel. Ang mga nickel wire ay ginagamit para sa isang limitadong hanay ng temperatura, ngunit ang mga ito ay medyo nonlinear.

Ang mga sumusunod ay ang mga kinakailangan ng konduktor na ginagamit sa mga RTD

• Ang resistivity ng materyal ay mataas upang ang pinakamababang dami ng konduktor ay ginagamit para sa pagtatayo

• Ang pagbabago sa paglaban ng materyal tungkol sa temperatura ay dapat na mas mataas hangga't maaari.

• Ang paglaban ng materyal ay nakasalalay sa temperatura

Ang resistance thermometer ay inilalagay sa loob ng protective tube para sa pagbibigay ng proteksyon laban sa pinsala. Ang resistive elemento ay nabuo sa pamamagitan ng paglalagay ng platinum wire sa ceramic bobbin. Ang elemento ng paglaban na ito ay inilalagay sa loob ng tubo na binubuo ng hindi kinakalawang na asero o tansong bakal.

Ang lead wire ay ginagamit para sa pagkonekta ng elemento ng paglaban sa panlabas na lead. Ang lead wire ay sakop ng insulated tube na pinoprotektahan ito mula sa short circuit. Ang ceramic na materyal ay ginagamit bilang isang insulator para sa mataas na temperatura na materyal at para sa mababang temperatura na hibla o salamin ay ginagamit.

Ang mga thermometer ng paglaban ay dahan-dahang pinapalitan ang mga thermocouple sa mas mababang temperatura na mga pang-industriya na aplikasyon (sa ibaba 600 °C). Ang mga thermometer ng paglaban ay may iba't ibang anyo ng konstruksiyon at nag-aalok ng higit na katatagan, katumpakan, at pag-uulit. Ang paglaban ay may posibilidad na maging halos linear sa temperatura.

Mga kalamangan

• Depende sa metal na ginagamit, ang mga thermometer ng paglaban ay maaaring sumaklaw sa malawak na hanay ng temperatura. Ang mga pinakamataas na halaga ay karaniwang nauugnay sa mga punto ng pagkatunaw ng metal na ginamit.
• Ang pagkakaiba-iba ng paglaban sa temperatura ay matatag sa isang malawak na hanay ng temperatura.
• Napaka tumpak

Mga disadvantages:

• Kung ikukumpara sa likido sa mga glass thermometer, malamang na mahal ang mga ito.
• Mangangailangan ng iba pang kagamitan upang masukat ang temperatura
• Nagpapakita sila ng mataas na kapasidad ng init kaya hindi sila sensitibo sa pagbabago ng temperatura na nangangahulugang hindi sila magagamit upang masukat ang mabilis na pagbabago ng temperatura

3. Thermocouple

Ang mga Thermocouples ay mga sensor na binubuo ng dalawang metal na bumubuo ng mga electromotive forces (EMFs) o mga boltahe kapag may mga pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mga ito. Ang halaga ng boltahe na ginawa ay nakasalalay sa mga pagkakaibang ito. Gumagana ang mga Thermocouples batay sa prinsipyo ng epekto ng Seebeck.

Ang Seeback effect ay natuklasan ng German physicist na naging physicist na si Thomas Johann Seebeck. Nalaman niya na nang gumawa siya ng isang serye ng mga circuit sa pamamagitan ng pagbuo ng isang junction ng dalawang magkaibang metal, na may isang metal sa mas mataas na temperatura kaysa sa isa, na siya ay nakabuo ng boltahe. Kung mas malaki ang pagkakaiba, mas mataas ang boltahe, at nalaman niya na ang mga resulta ay independiyente sa hugis ng metal.

Ang isang thermocouple ay binubuo ng isang junction na nabuo ng dalawang haluang metal. Ang isang bahagi ng junction ay inilalagay sa isang pinagmulan na ang temperatura ay susukatin, habang ang kabilang dulo ay pinananatili sa isang pare-parehong temperatura ng sanggunian alinsunod sa zeroth law ng thermodynamics. Gumagamit ang mga matatandang thermocouple ng mga ice bath bilang kanilang pinagmumulan ng temperatura, ngunit ang mga modernong thermocouple ay gumagamit ng solid state temperature sensor.

Ang mga thermocouple ay mahalaga sa agham at engineering dahil sa kanilang katumpakan, mabilis na oras ng reaksyon, maliit na sukat, at kakayahang sukatin ang matinding temperatura. Ang huling kakayahan ay batay sa mga kumbinasyong metal na ginamit; ang kumbinasyon ng nickel-nickel ay maaaring sumukat -50 °C hanggang 1410 °C, habang ang isang rhenium-rhenium na kumbinasyon ay maaaring sumukat ng 0 °C hanggang 2315 °C. Ang pinakakaraniwang kumbinasyon ay iron-constantan, copper-constantan, at chromel-alumel. Ang mga disadvantages ng thermocouples ay ang mga signal na ginawa ay maaaring hindi non-linear, at sa gayon ay kailangan nilang ma-calibrate nang mabuti.

4. Gas thermometer

Ang isang gas thermometer ay sumusukat sa temperatura sa pamamagitan ng pagkakaiba-iba ng volume o presyon ng isang gas. Ang mga gas thermometer ay pinakamahusay na gumagana sa napakababang temperatura.

Mayroong dalawang pangunahing uri ng gas thermometer - ang isa ay gumagana sa pare-pareho ang volume at ang isa sa pare-pareho ang presyon.

• Constant volume gas thermometer: Karaniwan itong binubuo ng isang bombilya na puno ng isang nakapirming halaga ng isang dilute na gas na nakakabit sa isang mercury manometer. Ang manometer ay ginagamit upang sukatin ang pagkakaiba-iba ng presyon. Ang thermometer na ito ay gumagana ayon sa Charles' Law na nagsasaad na kapag ang temperatura ng isang ideal na gas ay tumaas, mayroong katumbas na pagtaas ng presyon. Gayundin, kapag ang temperatura ay bumababa, ang presyon ay masyadong bumababa nang naaayon. Ito ay kung paano sinusubaybayan ng constant volume gas thermometer ang pagtaas ng temperatura sa pagbabago ng pressure habang ang volume ay nananatiling pare-pareho. Ang mga uri ng thermometer ay ginagamit sa pagkakalibrate ng iba't ibang thermometer.
• Constant pressure gas thermometer: Ang constant pressure gas thermometer ay batay sa ugnayan sa pagitan ng mga variation sa volume na may katumbas na variation sa temperatura habang ang pressure ng proseso ay nananatiling pare-pareho. Ang constant pressure gas thermometer ay gumagana sa Gay-Lussac's Law o pressure law na nagsasaad na para sa isang partikular na masa at pare-parehong volume ng isang ideal na gas, ang presyon na ibinibigay sa mga gilid ng lalagyan nito ay direktang proporsyonal sa ganap na temperatura nito. Binubuo ito ng isang mahaba at manipis na glass tube na may kilalang pare-parehong masa ng hangin at mercury na selyadong sa loob ng isang rubber stopper. Ang ganitong mga proseso ay tinatawag na isobaric na proseso. Ang tubo, hangin, at mercury ay napapalibutan ng isang mas malaki, bukas na tubo kung saan malayang dumaan ang likido o gas. Sa pagbabago ng temperatura ng panloob na tubo, ang hangin ay maaaring lumalawak o kumukontra, na inililipat ang mercury sa kahabaan ng tubo. Ang pagsukat sa dami ng paggalaw ng mercury ay nagbibigay sa atin ng kaugnayan sa kung gaano ito lumawak sa ilang partikular na temperatura.

5. Pyrometer

Ang pyrometer ay isang uri ng thermometer na ginagamit upang sukatin ang mataas na temperatura. Ito ay ginagamit para sa pagsukat ng temperatura nang walang anumang pisikal na kontak. Ginagamit ito para sa pagsukat ng temperatura ng katawan sa pamamagitan ng pagsukat ng electromagnetic radiation nito.

Ang prinsipyo nito ay nakasalalay sa kaugnayan sa pagitan ng temperatura ng isang mainit na katawan at electromagnetic radiation na ibinubuga ng katawan. Kapag pinainit ang katawan, naglalabas ito ng thermal energy na kilala bilang heat radiation. Ito ay isang pamamaraan para sa pagtukoy ng temperatura ng katawan sa pamamagitan ng pagsukat ng electromagnetic radiation nito.

Optical pyrometer - Ang optical pyrometer ay isang non-contact type na aparato sa pagsukat ng temperatura. Gumagana ito sa prinsipyo ng pagtutugma ng liwanag ng isang bagay sa liwanag ng filament na inilalagay sa loob ng pyrometer. Ang optical pyrometer ay ginagamit para sa pagsukat ng temperatura ng mga furnace, nilusaw na metal, at iba pang overheated na materyal o likido. Hindi posibleng sukatin ang temperatura ng napakainit na katawan sa tulong ng instrumento ng uri ng contact. Kaya ang non-contact pyrometer ay ginagamit para sa pagsukat ng kanilang temperatura.

Mga kalamangan ng isang optical pyrometer

• Ang optical pyrometer ay may mataas na katumpakan
• Ang temperatura ay sinusukat nang hindi nakikipag-ugnay sa pinainit na katawan. Dahil sa property na ito, ginagamit ang pyrometer para sa bilang ng mga application

Mga disadvantages ng isang optical pyrometer

• Ang paggana ng pyrometer ay depende sa intensity ng liwanag na ibinubuga ng pinainit na katawan. Sa gayon, ang pyrometer ay ginagamit para sa pagsukat ng temperatura na may temperatura na higit sa 700 °C. Ang katumpakan ng pyrometer ay nakasalalay sa pagsasaayos ng kasalukuyang filament. Gayundin, ang pyrometer ay hindi ginagamit para sa pagsukat ng temperatura ng mga malinis na gas.

Pagkakaiba sa pagitan ng clinical at laboratory thermometer