Back to the topics list

termometreler

Bir termometre, çeşitli farklı prensipler kullanarak sıcaklığı veya sıcaklık gradyanını ölçen bir cihazdır. Bir termometrenin iki önemli unsuru vardır - fiziksel sıcaklıkta bazı fiziksel değişikliklerin meydana geldiği sıcaklık sensörü, örneğin cıvalı termometre üzerindeki ampul ve yay veya bu fiziksel değişikliği bir değere dönüştüren başka bir araç, örneğin cıvalı termometre üzerindeki ölçek.

Farklı termometre türleri vardır.

1. Cam termometrelerdeki sıvı

Cam termometredeki sıvı, sıcaklıktaki bir sıvının hacmindeki değişimi kullanır. Çoğu sıvının ısındığında genleştiği gerçeğini kullanırlar. Sıvı, kapalı bir cam ampul içinde bulunur ve genleşmesi, termometrenin gövdesine kazınmış bir ölçek kullanılarak ölçülür. Termometrenin genleşmediğini bildiğimiz için, fiziksel özellik olarak sıvının uzunluğunun sıcaklıkla değişimini kullanır.

Cam içinde sıvı termometrelerde yaygın olarak kullanılan sıvılar Cıva ve Alkol'dür. Kullanılan sıvıya göre cam içinde cıva termometreler ve cam içinde alkol termometreler olmak üzere iki tiptedirler.

Cam termometredeki sıvı iki temel bölümden oluşur:

• Ampul: Hacmi sıcaklıkla değişen sıvıyı tutan bir hazne görevi görür. Ampul ayrıca, sıcaklığı ölçülecek olan gövdeye yerleştirilen bir sensör veya gösterge görevi görür.
• Gövde: Sıcaklığı ölçen ölçeği ve sıvının buna göre genleşip büzülebileceği bir kılcal damar içerir.

Avantajlar:

• Üretimleri ucuzdur
• Taşıması ve işlemesi kolaydır

Dezavantajları:

• Yüksek ısı kapasitelerine sahip olma eğilimindedirler ve yeterince hassas değildirler, yani hızlı sıcaklık değişimlerini ölçemezler.

1.1. Cam termometredeki cıva

Bunlar bir Alman fizikçi Daniel Gabriel Fahrenheit tarafından icat edildi.

Bu termometre, bir cam tüp içindeki cıvadan oluşur. Tüp üzerindeki kalibre edilmiş işaretler, sıcaklığın tüp içindeki cıva uzunluğuna göre okunmasını sağlar. Tüp içindeki cıvanın uzunluğu sıcaklığa göre değişir. Hassasiyeti artırmak için, genellikle termometrenin sonunda cıvanın çoğunu içeren bir cıva ampulü bulunur; Bu cıva hacminin genleşmesi ve büzülmesi, tüpün çok daha dar olan deliğinde büyütülür. Cıvanın üzerindeki boşluk nitrojenle dolu olabilir veya bir vakum olabilir.

Cam içinde cıvalı termometre - 38 °C ila 356 °C arasındaki geniş bir sıcaklık aralığını kapsar, ancak cihaza bir gazın girmesi aralığı 600 °C veya ötesine çıkarabilir.

Cıvalı cam termometrenin avantajları

• Cıva doğal olarak opak bir sıvıdır (gümüş). Bu, doğrudan saf haliyle kullanılabileceği anlamına gelir.
• Cıva camı ıslatmaz. Cıvanın kılcal damar içinde aşağı yukarı hareket ederken güçlü kohezyon özelliği kılcal damar içinde iz bırakmasına izin vermez.
• Cıva sıvı bir metaldir. Bir metal olarak, cam içinde alkol termometresinden daha hassas olmasına izin veren yüksek iletken özelliklere sahiptir.

Cıvalı cam termometrenin dezavantajları

• Cam kap yırtılırsa cıva potansiyel bir toksik tehlike oluşturur.

1.2. Camda alkol termometresi

Sıvı olarak -200 °C'ye kadar kullanılabilen etil alkol, toluen ve teknik pentan kullanır. Aralığı -200°C ila 80°C'dir, ancak bu aralık büyük ölçüde kullanılan alkolün türüne bağlıdır.

Avantajı: En büyük avantajı çok düşük sıcaklıkları ölçebilmesidir.

Dezavantajı: Alkol şeffaf olduğu için görünür hale getirmek için boya gerektirir. Boyalar, alkolle aynı sıcaklık aralığına sahip olmayan safsızlıklar ekleme eğilimindedir. Bu, özellikle her sıvının limitlerinde okumayı zorlaştırır. Ayrıca alkol camı ıslatır.

2. Direnç Termometresi

Direnç termometresi veya direnç sıcaklık detektörü (RTD), sıcaklığı ölçmek için bir elektrik iletkeninin direncini kullanır. İletkenin direnci zamanla değişir. İletkenin bu özelliği sıcaklığı ölçmek için kullanılır. RTD'nin ana işlevi, sıcaklıkla dirençte pozitif bir değişiklik sağlamaktır.

Metal, yüksek sıcaklık katsayısına sahiptir, bu da sıcaklıktaki artışla sıcaklıklarının arttığı anlamına gelir. Karbon ve germanyum, dirençlerinin sıcaklıkla ters orantılı olduğunu gösteren düşük sıcaklık katsayısına sahiptir.

Dirençli termometre platin, bakır veya nikel gibi son derece saf metallerden yapılmış hassas bir element kullanır. Metalin direnci sıcaklıkla doğru orantılıdır. Dirençli termometrelerde çoğunlukla platin kullanılır. Platin yüksek stabiliteye sahiptir ve yüksek sıcaklığa dayanabilir.

Altın ve gümüş, düşük dirençli oldukları için RTD için kullanılmazlar. Tungsten yüksek dirence sahiptir, ancak son derece kırılgandır Bakır, düşük dirençli olduğu ve aynı zamanda daha ucuz olduğu için RTD elemanını yapmak için kullanılır. Bakırın tek dezavantajı düşük doğrusallığa sahip olmasıdır. Bakırın maksimum sıcaklığı yaklaşık 120oC'dir.

RTD malzemesi platin, nikel veya nikel alaşımlarından yapılır. Nikel teller sınırlı bir sıcaklık aralığı için kullanılır, ancak oldukça doğrusal değildirler.

RTD'lerde kullanılan iletkenin gereksinimleri aşağıdadır

• Malzemenin özdirenci yüksektir, böylece konstrüksiyon için iletkenin minimum hacmi kullanılır.

• Malzemenin sıcaklığa bağlı direncindeki değişim mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır.

• Malzemenin direnci sıcaklığa bağlıdır

Direnç termometresi, hasara karşı koruma sağlamak için koruyucu tüpün içine yerleştirilmiştir. Direnç elemanı, platin telin seramik bobin üzerine yerleştirilmesiyle oluşturulur. Bu direnç elemanı, paslanmaz çelik veya bakır çelikten yapılmış borunun içine yerleştirilmiştir.

Kurşun tel, direnç elemanını harici kurşunla bağlamak için kullanılır. Kurşun tel, onu kısa devreden koruyan yalıtımlı tüp ile kaplıdır. Seramik malzeme, yüksek sıcaklık malzemesi için yalıtkan olarak kullanılır ve düşük sıcaklık için fiber veya cam kullanılır.

Dirençli termometreler, çok daha düşük sıcaklıktaki endüstriyel uygulamalarda (600 °C'nin altında) yavaş yavaş termokuplların yerini almaktadır. Dirençli termometreler çeşitli yapı biçimlerinde gelir ve daha fazla kararlılık, doğruluk ve tekrarlanabilirlik sunar. Direnç, sıcaklıkla neredeyse doğrusal olma eğilimindedir.

Avantajlar

• Kullanılan metale bağlı olarak dirençli termometreler geniş sıcaklık aralıklarını kapsayabilir. Maksimum değerler genellikle kullanılan metalin erime noktaları ile ilgilidir.
• Direncin sıcaklıkla değişimi, geniş bir sıcaklık aralığında kararlıdır.
• Çok doğru

Dezavantajları:

• Cam termometrelerdeki sıvı ile karşılaştırıldığında pahalı olma eğilimindedirler.
• Sıcaklığı ölçmek için başka ekipman gerektir
• Yüksek ısı kapasiteleri sergilerler, bu nedenle sıcaklık değişimine duyarlı değildirler, yani hızlı sıcaklık değişimlerini ölçmek için kullanılamazlar.

3. Termokupllar

Termokupllar, aralarında sıcaklık farklılıkları olduğunda elektromotor kuvvetler (EMF'ler) veya voltajlar üreten iki metalden oluşan sensörlerdir. Üretilen gerilim miktarı bu farklılıklara bağlıdır. Termokupllar, Seebeck etkisi ilkesine göre çalışır.

Seeback etkisi Alman hekim ve fizikçi Thomas Johann Seebeck tarafından keşfedildi. Bir metal diğerinden daha yüksek sıcaklıkta olan iki farklı metalden bir bağlantı oluşturarak bir dizi devre ürettiğinde, bir voltaj üretebildiğini buldu. Fark ne kadar büyükse voltaj da o kadar yüksek ve sonuçların metalin şeklinden bağımsız olduğunu buldu.

Bir termokupl, iki metal alaşımının oluşturduğu bir bağlantıdan oluşur. Bağlantı noktasının bir kısmı, sıcaklığı ölçülecek olan bir kaynağa yerleştirilirken, diğer ucu termodinamiğin sıfırıncı yasasına göre sabit bir referans sıcaklığında tutulur. Daha eski termokupllar, sıcaklık kaynağı olarak buz banyolarını kullanır, ancak günümüz termokuplları katı hal sıcaklık sensörü kullanır.

Termokupllar, doğrulukları, hızlı reaksiyon süreleri, küçük boyutları ve aşırı sıcaklıkları ölçebilmeleri nedeniyle bilim ve mühendislikte değerlidir. İkinci yetenek, kullanılan metal kombinasyonlarına dayanmaktadır; bir nikel-nikel kombinasyonu -50 °C ila 1410 °C'yi ölçebilirken, bir renyum-renyum kombinasyonu 0 °C ila 2315 °C'yi ölçebilir. En yaygın kombinasyonlar demir-konstantan, bakır-konstantan ve kromel-alümeldir. Termokuplların dezavantajları, üretilen sinyallerin doğrusal olmayabilmeleri ve bu nedenle dikkatli bir şekilde kalibre edilmeleri gerekmesidir.

4. Gaz termometresi

Bir gaz termometresi, bir gazın hacmindeki veya basıncındaki değişiklikle sıcaklığı ölçer. Gaz termometreleri çok düşük sıcaklıklarda en iyi şekilde çalışır.

Biri sabit hacimde, diğeri sabit basınçta çalışan iki ana tip gaz termometresi vardır.

• Sabit hacimli gaz termometresi: Genellikle bir cıva manometresine bağlı sabit miktarda seyreltik bir gazla doldurulmuş bir ampulden oluşur. Manometre, basınçtaki değişimi ölçmek için kullanılır. Bu termometre, ideal bir gazın sıcaklığı arttığında, basınçta buna karşılık gelen bir artış olduğunu belirten Charles Yasasına göre çalışır. Ayrıca sıcaklık düştüğünde basınç da buna bağlı olarak azalır. Sabit hacimli gaz termometresi, hacim sabit kalırken basınç değişimi ile sıcaklıktaki artışı bu şekilde takip eder. Bu tür termometreler, diğer çeşitli termometrelerin kalibrasyonunda kullanılır.
• Sabit basınçlı gaz termometresi: Sabit basınçlı gaz termometresi, işlem basıncı sabit kalırken, hacimdeki değişimler ile sıcaklıktaki karşılık gelen değişim arasındaki ilişkiye dayanır. Sabit basınçlı gaz termometresi, ideal bir gazın belirli bir kütlesi ve sabit hacmi için kabının kenarlarına uygulanan basıncın mutlak sıcaklığıyla doğru orantılı olduğunu belirten Gay-Lussac Yasası veya basınç yasası üzerinde çalışır. Bu, içinde kauçuk bir tıpa ile kapatılmış, bilinen sabit bir hava ve cıva kütlesine sahip uzun, ince bir cam tüpten oluşur. Bu tür süreçlere izobarik süreç denir. Tüp, hava ve cıva daha sonra içinden sıvı veya gazın serbestçe geçebileceği daha büyük, açık bir tüple çevrelenir. İç borunun sıcaklığı değiştirildiğinde, hava ya genişler ya da büzülür ve cıva boru boyunca hareket eder. Cıvanın hareket miktarını ölçmek, bize belirli sıcaklıklarda ne kadar genişlediğiyle ilgili bir ilişki verir.

5. Pirometre

Pirometre, yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılan bir termometre türüdür. Herhangi bir fiziksel temas olmaksızın sıcaklık ölçmek için kullanılır. Elektromanyetik radyasyonunu ölçerek vücut sıcaklığını ölçmek için kullanılır.

Prensibi, sıcak bir cismin sıcaklığı ile cisim tarafından yayılan elektromanyetik radyasyon arasındaki ilişkiye bağlıdır. Bir vücut ısıtıldığında, ısı radyasyonu olarak bilinen termal enerji yayar. Elektromanyetik radyasyonunu ölçerek vücut sıcaklığını belirleme tekniğidir.

Optik pirometre - Optik pirometre, temassız tipte bir sıcaklık ölçüm cihazıdır. Bir cismin parlaklığının, pirometrenin içine yerleştirilmiş filamanın parlaklığına eşitlenmesi prensibiyle çalışır. Optik pirometre, fırınların, erimiş metallerin ve diğer aşırı ısınmış malzeme veya sıvıların sıcaklığını ölçmek için kullanılır. Çok ısınan cismin sıcaklığını kontakt tip alet yardımıyla ölçmek mümkün değildir. Bu nedenle sıcaklıklarını ölçmek için temassız pirometre kullanılır.

Optik pirometrenin avantajları

• Optik pirometre yüksek doğruluğa sahiptir
• Isıtılan gövdeye temas edilmeden sıcaklık ölçülür. Bu özelliğinden dolayı uygulama sayısı için pirometre kullanılmaktadır.

Optik pirometrenin dezavantajları

• Pirometrenin çalışması, ısıtılmış gövde tarafından yayılan ışığın yoğunluğuna bağlıdır. Böylece pirometre, 700 °C'den daha yüksek bir sıcaklığa sahip sıcaklığı ölçmek için kullanılır. Pirometrenin doğruluğu, filaman akımının ayarlanmasına bağlıdır. Ayrıca pirometre temiz gazların sıcaklığını ölçmek için kullanılmaz.

Klinik ve laboratuvar termometresi arasındaki fark