Nhiệt kế là một thiết bị đo nhiệt độ hoặc gradient nhiệt độ, sử dụng nhiều nguyên tắc khác nhau. Nhiệt kế có hai yếu tố quan trọng - cảm biến nhiệt độ trong đó một số thay đổi vật lý xảy ra với nhiệt độ vật lý, ví dụ như bầu trên nhiệt kế thủy ngân và lò xo hoặc một số phương tiện khác để chuyển đổi thay đổi vật lý này thành một giá trị, ví dụ như thang đo trên nhiệt kế thủy ngân.
Có nhiều loại nhiệt kế khác nhau.
Chất lỏng trong nhiệt kế thủy tinh sử dụng sự thay đổi thể tích của chất lỏng trong nhiệt độ. Họ sử dụng thực tế là hầu hết các chất lỏng nở ra khi làm nóng. Chất lỏng được chứa trong một bầu thủy tinh kín, và độ giãn nở của nó được đo bằng cách sử dụng một thang đo được khắc trên thân nhiệt kế. Như chúng ta biết rằng nhiệt kế không giãn nở khi đó là đặc tính vật lý mà nó sử dụng sự thay đổi chiều dài của chất lỏng theo nhiệt độ.
Các chất lỏng thường được sử dụng trong nhiệt kế chất lỏng trong thủy tinh là Thủy ngân và Rượu. Dựa trên chất lỏng được sử dụng, chúng có hai loại: nhiệt kế thủy ngân trong thủy tinh và nhiệt kế cồn trong thủy tinh.
Chất lỏng trong nhiệt kế thủy tinh bao gồm hai phần cơ bản:
Thuận lợi:
Nhược điểm:
Chúng được phát minh bởi nhà vật lý người Đức Daniel Gabriel Fahrenheit.
Nhiệt kế này bao gồm thủy ngân trong một ống thủy tinh. Các dấu hiệu đã được hiệu chuẩn trên ống cho phép đọc nhiệt độ bằng chiều dài của thủy ngân trong ống. Chiều dài của thủy ngân trong ống thay đổi tùy theo nhiệt độ. Để tăng độ nhạy, ở cuối nhiệt kế thường có một bầu thủy ngân chứa phần lớn thủy ngân; sự giãn nở và co lại của thể tích thủy ngân này được khuếch đại trong lỗ hẹp hơn nhiều của ống. Không gian phía trên thủy ngân có thể chứa đầy nitơ hoặc có thể là chân không.
Nhiệt kế thủy tinh trong thủy tinh bao phủ một phạm vi nhiệt độ rộng từ - 38 ° C đến 356 ° C, mặc dù việc đưa khí vào thiết bị có thể làm tăng phạm vi nhiệt độ lên đến 600 ° C hoặc hơn thế nữa.
Ưu điểm của nhiệt kế thủy ngân trong thủy tinh
Nhược điểm của nhiệt kế thủy ngân trong thủy tinh
Là một chất lỏng, nó sử dụng rượu etylic, toluen và pentan kỹ thuật, có thể được sử dụng ở nhiệt độ -200 ° C. Phạm vi của nó là -200 ° C đến 80 ° C, mặc dù phạm vi có xu hướng phụ thuộc nhiều vào loại rượu được sử dụng.
Ưu điểm: Ưu điểm lớn nhất của nó là có thể đo nhiệt độ rất thấp.
Nhược điểm: Vì rượu trong suốt nên nó cần phải có thuốc nhuộm để làm cho nó có thể nhìn thấy được. Thuốc nhuộm có xu hướng thêm các tạp chất có thể không có cùng dải nhiệt độ với rượu. Điều này làm cho việc đọc trở nên khó khăn, đặc biệt là ở các giới hạn của mỗi chất lỏng. Ngoài ra, rượu lau kính.
Nhiệt kế điện trở hoặc máy dò nhiệt độ điện trở (RTD) sử dụng điện trở của dây dẫn điện để đo nhiệt độ. Điện trở của vật dẫn thay đổi theo thời gian. Đặc tính này của dây dẫn được sử dụng để đo nhiệt độ. Chức năng chính của RTD là tạo ra sự thay đổi tích cực của điện trở với nhiệt độ.
Kim loại có hệ số nhiệt độ cao có nghĩa là nhiệt độ của chúng tăng khi nhiệt độ tăng. Cacbon và gecmani có hệ số nhiệt độ thấp cho thấy điện trở của chúng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.
Nhiệt kế điện trở sử dụng một phần tử nhạy cảm được làm bằng kim loại cực kỳ tinh khiết như bạch kim, đồng hoặc niken. Điện trở của kim loại tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Hầu hết, bạch kim được sử dụng trong nhiệt kế điện trở. Bạch kim có tính ổn định cao và nó có thể chịu được nhiệt độ cao.
Vàng và bạc không được sử dụng cho RTD vì chúng có điện trở suất thấp. Vonfram có điện trở suất cao, nhưng nó cực kỳ giòn Đồng được sử dụng để chế tạo nguyên tố RTD vì nó có điện trở suất thấp và nó cũng rẻ hơn. Nhược điểm duy nhất của đồng là nó có độ tuyến tính thấp. Nhiệt độ tối đa của đồng khoảng 120oC.
Vật liệu RTD được làm bằng bạch kim, niken hoặc hợp kim của niken. Các dây niken được sử dụng cho một phạm vi nhiệt độ hạn chế, nhưng chúng khá phi tuyến tính.
Sau đây là các yêu cầu của dây dẫn được sử dụng trong RTDs
Điện trở suất của vật liệu cao để khối lượng vật dẫn tối thiểu được sử dụng để xây dựng
Sự thay đổi điện trở của vật liệu liên quan đến nhiệt độ phải càng cao càng tốt.
Điện trở của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhiệt kế điện trở được đặt bên trong ống bảo vệ để bảo vệ khỏi bị hư hỏng. Phần tử điện trở được hình thành bằng cách đặt dây bạch kim trên suốt gốm. Phần tử điện trở này được đặt bên trong ống được làm bằng thép không gỉ hoặc thép đồng.
Dây dẫn được sử dụng để kết nối phần tử điện trở với dây dẫn bên ngoài. Dây dẫn được bao bọc bởi ống cách điện để bảo vệ nó khỏi ngắn mạch. Vật liệu gốm được sử dụng làm chất cách điện cho vật liệu ở nhiệt độ cao và sợi hoặc thủy tinh ở nhiệt độ thấp được sử dụng.
Nhiệt kế điện trở đang dần thay thế cặp nhiệt điện trong các ứng dụng công nghiệp ở nhiệt độ thấp hơn nhiều (dưới 600 ° C). Nhiệt kế điện trở có nhiều dạng cấu tạo và cung cấp độ ổn định, độ chính xác và độ lặp lại cao hơn. Điện trở có xu hướng gần như tuyến tính với nhiệt độ.
Thuận lợi
Nhược điểm:
Cặp nhiệt điện là cảm biến bao gồm hai kim loại tạo ra sức điện động (EMF) hoặc điện áp khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa chúng. Lượng điện áp được tạo ra phụ thuộc vào những khác biệt này. Cặp nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng Seebeck.
Hiệu ứng Seeback được phát hiện bởi nhà vật lý học người Đức Thomas Johann Seebeck. Ông phát hiện ra rằng khi ông tạo ra một loạt mạch bằng cách tạo ra một mối nối của hai kim loại khác nhau, với một kim loại ở nhiệt độ cao hơn kim loại kia, thì ông đã có thể tạo ra một hiệu điện thế. Sự khác biệt càng lớn thì hiệu điện thế càng cao và ông nhận thấy rằng kết quả không phụ thuộc vào hình dạng của kim loại.
Một cặp nhiệt điện được cấu tạo bởi một mối nối được tạo thành bởi hai hợp kim kim loại. Một phần của đường giao nhau được đặt trên nguồn có nhiệt độ cần đo, trong khi đầu kia được duy trì ở nhiệt độ chuẩn không đổi theo định luật 0 của nhiệt động lực học. Cặp nhiệt độ cũ hơn sử dụng bồn nước đá làm nguồn nhiệt độ, nhưng cặp nhiệt độ hiện đại sử dụng cảm biến nhiệt độ ở trạng thái rắn.
Cặp nhiệt điện có giá trị trong khoa học và kỹ thuật do độ chính xác, thời gian phản ứng nhanh, kích thước nhỏ và khả năng đo nhiệt độ khắc nghiệt. Khả năng thứ hai dựa trên sự kết hợp kim loại được sử dụng; sự kết hợp niken-niken có thể đo từ -50 ° C đến 1410 ° C, trong khi sự kết hợp của hemixenlulo có thể đo từ 0 ° C đến 2315 ° C. Các kết hợp phổ biến nhất là sắt-hằng số, đồng-hằng số và cromel-alumel. Nhược điểm của cặp nhiệt điện là tín hiệu được tạo ra có thể không phi tuyến tính, do đó chúng cần được hiệu chuẩn cẩn thận.
Nhiệt kế khí đo nhiệt độ bằng sự thay đổi thể tích hoặc áp suất của một chất khí. Nhiệt kế khí hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ rất thấp.
Có hai loại nhiệt kế khí chính - một loại hoạt động ở thể tích không đổi và loại còn lại ở áp suất không đổi.
Nhiệt kế là một loại nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ cao. Nó được sử dụng để đo nhiệt độ mà không cần tiếp xúc vật lý. Nó được sử dụng để đo nhiệt độ cơ thể bằng cách đo bức xạ điện từ của nó.
Nguyên tắc của nó phụ thuộc vào mối quan hệ giữa nhiệt độ của một vật nóng và bức xạ điện từ do cơ thể phát ra. Khi một cơ thể được làm nóng, nó sẽ phát ra năng lượng nhiệt được gọi là bức xạ nhiệt. Đây là một kỹ thuật để xác định nhiệt độ cơ thể bằng cách đo bức xạ điện từ của nó.
Nhiệt kế quang học - Nhiệt kế quang học là một thiết bị đo nhiệt độ kiểu không tiếp xúc. Nó hoạt động trên nguyên tắc khớp độ sáng của vật thể với độ sáng của dây tóc được đặt bên trong nhiệt kế. Nhiệt kế quang học được sử dụng để đo nhiệt độ của lò nung, kim loại nóng chảy và vật liệu hoặc chất lỏng quá nóng khác. Không thể đo nhiệt độ của cơ thể được đốt nóng cao với sự trợ giúp của thiết bị loại tiếp xúc. Do đó, nhiệt kế không tiếp xúc được sử dụng để đo nhiệt độ của chúng.
Ưu điểm của nhiệt kế quang học
Nhược điểm của nhiệt kế quang học
Nhiệt kế lâm sàng | Nhiệt kế phòng thí nghiệm |
Nhiệt kế lâm sàng được chia tỷ lệ từ 35 ° C đến 42 ° C hoặc từ 94 ° F đến 108 ° F. | Nhiệt kế phòng thí nghiệm thường được chia tỷ lệ từ -10 ° C đến 110 ° C. |
Mức thủy ngân không tự giảm, vì có một đường gấp khúc gần bóng đèn để ngăn chặn sự giảm của mức thủy ngân. | Mức thủy ngân tự giảm khi không có đường gấp khúc. |
Có thể đọc nhiệt độ sau khi lấy nhiệt kế ra khỏi nách hoặc miệng. | Nhiệt độ được đọc trong khi giữ nhiệt kế ở nguồn nhiệt độ, ví dụ như chất lỏng hoặc bất kỳ thứ gì khác. |
Để giảm mức thủy ngân, người ta đã đưa ra các biện pháp giật cấp. | Không cần phải giật mạnh để giảm mức thủy ngân. |
Nó được sử dụng để đo nhiệt độ cơ thể. | Nó được sử dụng để đo nhiệt độ trong phòng thí nghiệm. |
