Принцип работы термометра: Объясните принцип работы ртутного термометра. Как именно выявили взаимосвязь ‘высоты’ ртути и температуры?

Опасные ртутные термометры

Главная претензия к ртутным термометрам – их повышенная опасность. Обычно если он разбивается в доме, ртуть затекает в щели на полу, под плинтус, и убрать ее оттуда уже очень сложно. Вещество настолько опасно, что в такой ситуации приходится обращаться в МЧС, изолировать из помещения и детей, и взрослых. Если ртуть попадает на одежду, ее обязательно нужно выбросить, а все поверхности, на которых находилась хотя бы мельчайшая частичка содержимого градусника, требуют специальной обработки.

Каждый ртутный термометр содержит около двух грамм ртути. Такого количества достаточно для отравления взрослого человека, не говоря уже о детях. Пары ртути ядовиты, и при этом не имеют запаха или цвета.

Проблемы возникают также и с утилизацией не поврежденных ртутных градусников. Выбрасывать его категорически запрещается, за это предусмотрены серьезные штрафы. Доставить прибор к месту утилизации нужно самостоятельно, если он не был поврежден. К слову, отказ европейских стран от ртутных градусников связан еще и с тем, что утилизация ртути обходится государству достаточно дорого.

Плюсы ртутных термометров

Ради справедливости стоит отметить, что у ртутных термометров определенно есть свои плюсы:

• Высокая точность – погрешность обычно не больше 0,1 градуса;
• Длительный срок службы;
• Доступная цена.

Помимо наличия ртути, недостатком таких приборов можно считать и долгий процесс измерения температуры. Для получения точного результата потребуется около 5 минут.

Насколько точны электронные модели?

Нередко можно услышать, что электронные термометры уступают ртутным в точности. Однако ни одно исследование этого пока не подтвердило: погрешность может составлять тех же 0,2 градуса, что и у ртутных приборов. Однако, стоит помнить, что при измерении следует соблюдать некоторые правила. Например, измеряя температуру в подмышечной впадине, нужно:

• проверить состояние батареек;
• поместить наконечник градусника точно в подмышечную ямку;
• обеспечить полный контакт прибора с кожей, плотно прижав руку к туловищу;
• использовать термометр точно так, как описано в инструкции.

При использовании электронного термометра нужно соблюдать длительность измерения, рекомендованную производителем.

Почему сейчас выбирают электронные градусники?

Помимо точности, электронные термометры имеют и другие преимущества:

1. Ударопрочность – если прибор упадет на пол, ни ему, ни окружающим людям ничего не грозит.
2. Измерения занимают меньше времени, чем ртутным термометром.
3. Можно выбрать температурную шкалу (по Цельсию или Фаренгейту).
4. Многие модели способны запоминать последние значения последних измерений.
5. Результат отображается на дисплее, который может подсвечиваться.
6. Не надо засекать время измерения, в нужный момент прибор подаст звуковой сигнал.
7. Для малышей есть термометры в виде соски, для ребят постарше – со специальным дизайном.

Электронные термометры отличаются повышенной безопасностью, поскольку не содержат ни ртути, ни стекла. Гибкий водонепроницаемый наконечник делает измерение более удобным, его можно продезинфицировать. Градусник можно использовать для измерений в подмышечной впадине, а также определения температуры ректально или орально.

Если прибор долго не используется, он отключится автоматически, что позволит сэкономить заряд батареек. Многие модели могут подавать специальный сигнал, если температура выходит за пределы нормы.

Альтернатива: инфракрасное измерение

Отдельный вид электронных устройств для измерения температуры – инфракрасные термометры. Такие приборы измеряют инфракрасное излучение, исходящее от тела человека, а затем переводит полученные данные в градусы. Чаще всего градусники этого типа используются для измерения температуры, когда контакт с кожей не желателен, например, когда нужно проверить состояние спящего ребенка, не разбудив его. Такое измерение проводится довольно быстро и занимает несколько секунд.

На точность измерений в этом случае могут повлиять внешние факторы, например, температура окружающего воздуха или преграды на пути прохождения луча (например, волосы, испарина на лбу, наличие косметики на лице и тд). Тем не менее, приборы считаются достаточно точными, а их погрешность невелика. 

Но стоит помнить о правилах измерения температуры, а также то, что в разных частях тела и при измерении различными термометрами, шкалы сравнения будут отличаться.

Как выбрать подходящий градусник?

Измерять температуру можно различными приборами. Однако, наиболее современным и безопасным вариантом считаются электронные термометры. Они не содержат опасных элементов в отличие от ртутных аналогов, и дают не менее точные результаты. Если в семье есть маленькие дети, стоит иметь под рукой удобный инфракрасный термометр для бесконтактных измерений.

Энергетическое образование

2. Жидкостные и механические термометры

Одним из наиболее распространенных видов механических термометров являются жидкостные или жидкостные стеклянные термометры. В быту для измерения комнатной температуры и температуры человеческого тела часто встречаются жидкостные термометры.

Жидкостные термометры состоят из пяти принципиальных частей, это: шарик термометра, жидкость, капиллярная трубка, перепускная камера, и шкала.

Шарик термометра – это часть, где помещается жидкость. Жидкость реагирует на изменение температуры поднимаясь или опускаясь по капиллярной трубке. Капиллярная трубка представляет собой узкий цилиндр по которому перемещается жидкость. Часто капиллярная трубка снабжена перепускной камерой, которая представляет собой полость, куда поступает избыток жидкости. Если не будет перепускной камеры,то после того, как капиллярная трубка наполнится, создастся достаточное давление для того, чтобы разрушить трубку, если температура будет и дальше повышаться.

Шкала – это часть жидкостного термометра, с помощью которой снимаются показания. Шкала откалибрована в градусах. Шкала может быть закреплена на капиллярной трубке, либо она может быть подвижной. Подвижная шкала дает возможность ее регулировать.

Принцип работы жидкостных термометров основан на свойстве жидкостей сжиматься и расширяться. Когда жидкость нагревается, то обычно она расширяется; жидкость в шарике термометра расширяется и двигается вверх по капиллярной трубке, тем самым показывая повышение температуры. И, наоборот, когда жидкость охлаждается, она обычно сжимается; жидкость в капиллярной трубке жидкостного термометра понижается и тем самым показывает понижение температуры. в случае, когда имеется изменение измеряемой температуры вещества, то происходит перенос теплоты – сначала от вещества, чья температура измеряется, к шарику термометра, а затем от шарика к жидкости. Жидкость реагирует на изменение температуры двигаясь вверх или вниз по капиллярной трубке.

Тип используемой жидкости в жидкостном термометре зависит от диапазона измеряемых термометром температур. В следующей таблице показан стандартный диапазон температур для трех наиболее распространенных жидкостей: ртути, сплава ртути и спирта.

Ртуть – это жидкость, которая используется во многих ртутных термометрах. Когда ртуть нагревается или охлаждается, то она расширяется или сжимается с устойчивым соотношением в широком диапазоне температур. Кроме того, уровень ртути легко считывается в стеклянных капиллярных трубках, так как ртуть не смачивает и не прилипает к трубке в отличие от других жидкостей.

Причина этого кроется в том, что молекулы ртути притягиваются к друг другу сильнее ,чем они прилипают к стеклу или другим материалам. Подобная несмачиваемость ртути вызывает образование выпуклого мениска

Мениск – это искривленная поверхность столба жидкости. Выпуклый мениск закруглен, и его середина выше чем края. Когда показания снимаются с жидкостного ртутного термометра, то температура будет соответствовать линии на шкале, которая будет касаться вершины мениска.

Ртуть нельзя использовать для измерения температур ниже -39 градусов по Цельсию, так как это температура замерзания ртути. Однако, можно расширить диапазон измеряемых температур с использованием ртути и ниже – 39, если добавить в ртуть другую жидкость, например, таллий и создать ртутный сплав. Как и чистая ртуть, этот сплав ртути будет сжиматься и расширяться с устойчивым соотношением. Уровень сплава также легко виден в стеклянных капиллярных трубках ртутного термометра.

Единственным недостатком ртути является то, она опасна для здоровья и отравляет окружающую среду. Если ртутный термометр сломается, то необходимо строго следовать соответствующим процедурам, принятым на предприятии, в отношении утилизации и сбора разлившейся ртути.

В отличие от ртути, спирт образует вогнутый мениск. Молекулы спирта прилипают к стекляной капиллярной трубке сильнее, чем к друг другу. Показания с жидкостных термометров со спиртом необходимо снимать по линии, совмещенной с нижней частью мениска.

Механические термометры действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла.

У биметаллического термометра, как и у манометрических систем есть стрелка и шкала, с которой ведется отсчет показаний. Трубка биметаллического термометра служит в качестве контейнера , куда помещается для стержня и биметаллического элемента.

Биметаллический элемент биметаллического термометра изготовлен из двух различных металлов, которые сжимаются или расширяются с различной степенью при изменениях температуры. На рисунке ниже показан биметаллический элемент в виде стержня. Металл верхней части при нагревании расширяется больше, чем нижний, поэтому стержень изгибается. Металл наверху также сильнее сжимается при охлаждении и заставляет стержень изгибаться в противоположном направлении.

Часто биметаллические элементы биметаллических термометров имеют форму спирали. Большинство элементов биметаллических термометров должны раскручиваться при нагревании.

Однако это вовсе не обязательно. Некоторые, наоборот закручиваются при нагревании. Независимо от конструкции, направление движения элемента термометра будет известно и стрелка покажет изменения температуры. Элемент, показанный на рисунке ниже должен раскручиваться при нагревании. Когда этот спиральный элемент нагревается, то в ответ на повышение температуры он старается распрямиться. Подобное движение спирального элемента двигает стрелку в сторону более высоких показаний по шкале. Когда температура понижается, то спираль закручивается и стрелка двигается в сторону более низких показаний. Скручивание и распрямление спирального элемента пропорционально изменениям температуры.

Спиральные элементы используются в биметаллических термометрах вместо элементов в виде стержня, так как спиральный элемент занимает меньше места, чем элемент прямой формы. Кроме того, спиральный элемент обеспечивает больший ход стрелки, что в свою очередь, означает большую чувствительность к изменениям температуры.

Иногда спиральные элементы оказываются слишком плоскими и широкими, чтобы их можно применять в промышленности. Например, измерение температуры технологической жидкости, проходящей по большой трубе достаточно затруднено, так как потребуется датчик достаточно большой длины, чтобы он сопроикасался с жидкостью. Для таких измерений температуры биметаллические термометры должны иметь удлиненный или длинный спиральный элемент. Удлиненный спиральный элемент носит название пространственной спирали или геликоида. Когда пронстранственная спираль нагревается, то она в результате раскручивается. Подобное раскручивание двигает ось, которая в свою очередь, передвигает стрелку по шкале в сторону более высоких показаний. При охлаждении пронстранственная спираль скручивается и двигает стрелку в сторону более низких показаний.

Элемент, показанный на рисунке ниже, представляет собой унифилярную спираль. Однако, некоторые биметаллические термометры используют многоступенчатые спирали. Многоступенчатые пространственные спирали состоят из двух или более концентрических витков (витков внутри других витков), но тем не менее, это один биметаллический элемент. Многоступенчатая пронстранственная спираль работает по такому же принципу, как и унифилярная спираль. Она раскручивается при увеличении температуры и скручивается при понижении температуры. Многоступенчатая пронстранственная спираль занимает меньше места чем унифилярная спираль, но она способна обеспечить больший ход стрелки, чем унифилярная спираль аналогичного размера. По этой причине многоступенчатые пространственные спирали используются вместо унифилярных спиралей для измерений температуры внутри очень узких труб, или там, где нет места для погружения биметаллического термометра с более длинной унифилярной спиралью.

Такого типа термометры можно часто встретить в повседневной жизни.

Жидкостные термометры. Устройство и принцип действия.

Жидкостные термометры встречаются повсеместно: в быту и на производстве. Схема работы устройства простая – измеряется объем жидкости при изменении температуры: при повышении жидкость расширяется, а при уменьшении – сокращается и ползет вниз.

Особенности устройства

Жидкостный термометр – это герметичная система, включающая баллон, который соединен с манометром посредством капилляра. Термоемкость погружают в среду измерения. Когда температура рабочей жидкости повышается или понижается, давление в замкнутой системе меняется, что отражается на шкале измерения.

Температура отражается в линейном перемещении жидкости. Градуировку наносят на стеклянный капилляр или крепят снаружи. Точность работы зависит от разности коэффициентов стекла и расширения в объеме термометрического состава, а также от диаметра капилляра и объема резервуара.

Чувствительность находится в пределах 0,4-5 мм/°С, специальные приборы выпускаются с параметром 100-200 мм/°С. Техническими приборами измеряют температуру от -30 до 600°С. Установку таких устройств выполняют посредством размещения в оправе из металла, обеспечивающей изоляцию от измеряемой среды.

Нюансы конструкции:

• при измерении температуры до 150°С с целью снижения инертности зазор между кольцом крепления защитной оправы и термометром заполняют машинным маслом;
• при измерении температур свыше 150°С в зазор засыпают опилки из меди.

Каждый технический термометр ТТЖ обязательно должен проходить регулярные проверки, для гарантии точной работы.

Типы и принцип действия приборов

Манометрические термометры предназначены для измерения и регистрации температуры жидкостей, паров, газов на расстоянии. Выпускаются различные по назначению приборы, они могут быть: показывающими, самопишущими, бесшкальными, имеющими встроенные преобразователи для передачи результатов измерений дистанционно. Среди преимуществ устройств – возможность использования на взрывоопасных объектах.

К недостаткам относят:

• низкий класс точности измерения – 1,5 и 2,5;
• необходимость регулярной проверки;
• сложный ремонт;
• термобаллон большого размера.

В зависимости от состояния рабочего вещества различают газовые, жидкостные, паровые приборы.

Газовые

Термометрическим веществом в газовых устройствах выступает гелий или азот. Приборы имеют термобаллон большого размера, что влияет на инертность проводимых измерений температур – от -50 до +600°С.

Жидкостные

Термометры заполняют ртутью, пропиловым спиртом, толуолом и другими термоэлектрическими веществами. Высокая теплопроводность жидкости обеспечивает приборам меньшую инертность, чем у газовых аналогов. Однако в случае значительных температурных перепадов погрешность становится выше.

Конденсационные

В конденсационных приборах используют пропан, ацетон, этиловый спирт. Баллон заполняется на 70%, остальной объем занимает пар. Принцип действия основан на зависимости давления пара от температуры. Устройства имеют небольшие термобаллоны – отличаются меньшей инерцией по сравнению с аналогами, обладают высокой чувствительностью. Диапазон измерений -50 до +350°С.

Манометрические термометры

Термометр манометрический – прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме от температуры.  В зависимости от рабочего вещества различают газовые, жидкостные и конденсационные термометры.  

Конструктивно манометрические термометры представляют собой герметичную систему, состоящую из баллона, соединённого капилляром с манометром. Термобаллон погружается в измеряемую среду. При изменении температуры рабочего вещества в термобалоне происходит изменение давления во всей замкнутой системе, которое через капиллярную трубку передается на манометр. В зависимости от назначения манометрические термометры бывают показывающими, самопишущими, а также  состоящими только из первичного преобразователя давления для дистанционной передачи сигнала. Часто к манометрическим термометрам подключают устройства управления и сигнализации.

Капилляр манометрического термометра обычно представляет собой латунную трубку с внутренним диаметром в доли миллиметра. Это позволяет удалить манометр от места установки термобаллона на расстояние до 60 м. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений на большое расстояние манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами. Наиболее уязвимыми в конструкции манометрических термометров являются места присоёдинения капилляра к термобаллону и манометру. Поэтому устанавливать и обслуживать такие приборы должны специально обученные специалисты. Нельзя нагревать манометрический термометр выше предельной температуры, на которую он рассчитан. 

Диапазон измерений манометрического термометра зависит от типа термометра и рабочего вещества. Диапазон должен быть установлен в ТУ на термометры конкретного типа. 

Газовые манометрические термометры заполняются  азотом  или гелием. Диапазон измерения температур может составлять от -200 до +800°С (ГОСТ 16920-93). Шкала равномерная. На показания газовых манометрических термометров оказывает влияние температура капиллярной трубки, если она отличается от температуры термобаллона. Для уменьшения, этой погрешности термометрический баллон имеет объем, во много раз превышающий объем капиллярной трубки. Устранение погрешности достигается применением специальных компенсирующих устройств.

Жидкостные манометрические термометры заполняются ртутью, толуолом, ксилолом, метиловым или пропиловым спиртом. Диапазон измерения температур для жидкостных термометров  составляет от -150 до 400 °С. Благодаря большой теплопроводности жидкости, такие термометры менее инерционны по сравнению с газовыми. Шкалы ртутных и спиртовых термометров  равномерные, шкала термометра, заполненного ксилолом, не равномерная в диапазоне температур выше 120 °С.

Принцип работы конденсационных манометрических термометров основан на зависимости давления насыщенного пара от температуры. В конденсационных манометрических термометрах применяются легкокипящие жидкости пропан, хлористый этил, этиловый эфир, ацетон, бензол и т.д. Конденсационные манометрические термометры обладают высокой чувствительностью.  Шкалы термометров не равномерны в связи с нелинейной зависимостью давления насыщенного пара от температуры. Диапазон измерения температур составляет от -50 до +300 °С. 

Особенностью манометрических термометров является довольно большая тепловая инерционность. Показатель тепловой инерции в неподвижной газовой среде составляет 500-800 с, в жидкой среде 15-30 с. Инерционность зависит от размера баллона и его заполнения. 

Классы точности манометрических термометров по ГОСТ 16920-93 «Термометры и преобразователи температуры манометрические. Общие технические требования и методы испытаний» выбирают из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5, что соответствует пределу допускаемой основной погрешности в процентах от диапазона измерений. Вариация показаний (изменение показаний при увеличении и снижении температуры) не должна превышать  предел допускаемой основной погрешности. Шкалы манометрических термометров градуируются по ГОСТ 25741-83 «Циферблаты и шкалы манометрических термометров. Технические требования и маркировка». 

Поверка манометрических термометров осуществляется аккредитованными лабораториями по ГОСТ 8.305-78 «ГСИ. Термометры манометрические. Методы и средства поверки». Поверка проводится в термостатах методом сличения с эталонным термометром. Одной из наиболее сложных проблем поверки манометрических термометров является необходимость обеспечения однородной температуры в термостате на всей длине термобаллона. На термометры специального назначения, увеличенной длины, оригинальной конструкции или области применения могут быть разработаны индивидуальные методы поверки и технические требования.

Стандарты на манометрические термометры публикуются в разделе “Российские и межгосударственные стандарты”.

Перейти в раздел “Контактные датчики температуры основных типов” >>>

Перейти в раздел “Контактные датчики других типов”>>>

Перейти в раздел “Поверка и калибровка” >>>

Как работают инфракрасные термометры?

Основы инфракрасного термометра

Инфракрасные термометры измеряют температуру на расстоянии. Это расстояние может составлять многие мили или доли дюйма. Инфракрасные термометры часто используются в тех случаях, когда другие виды термометров не подходят. Если объект очень хрупкий или опасно находиться рядом, например, инфракрасный термометр – хороший способ измерить температуру с безопасного расстояния.

Что делают инфракрасные термометры

Инфракрасные термометры работают на основе явления, называемого излучением черного тела.Все, что имеет температуру выше абсолютного нуля, содержит движущиеся молекулы. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. При движении молекулы излучают инфракрасное излучение – тип электромагнитного излучения ниже видимого спектра света. По мере того, как они нагреваются, они излучают больше инфракрасного излучения и даже начинают излучать видимый свет. Вот почему нагретый металл может светиться красным или даже белым. Инфракрасные термометры обнаруживают и измеряют это излучение.

Как работают инфракрасные термометры

Инфракрасный свет работает так же, как видимый свет – он может фокусироваться, отражаться или поглощаться.Инфракрасные термометры обычно используют линзу для фокусировки инфракрасного света от одного объекта на детектор, называемый термобатареей. Термобатарея поглощает инфракрасное излучение и превращает его в тепло. Чем больше инфракрасной энергии, тем горячее становится термобатарея. Это тепло превращается в электричество. Электричество отправляется на детектор, который использует его для определения температуры того, на что указывает термометр. Чем больше электричества, тем горячее объект.

Использование инфракрасного термометра

Ушные термометры – это инфракрасные термометры.У барабанной перепонки примерно такая же температура, как и внутри тела, но она очень чувствительна. Прикосновение к барабанной перепонке может повредить ее, поэтому инфракрасный термометр измеряет ее температуру вблизи – менее чем в дюйме. Инфракрасные термометры также используются пожарными для обнаружения «горячих точек», где сильно горит огонь. Их даже используют в производстве. Инфракрасные термометры могут помочь контролировать машины, которые собирают хрупкие, чувствительные к температуре продукты, такие как электроника, чтобы гарантировать, что компоненты не будут случайно повреждены.

Как работают термометры?

термометр | Национальное географическое общество

Типы термометров

Жидкостные термометры

Жидкостные термометры могут быть ограничены типом используемой жидкости. Например, Меркурий становится твердым при -38,83 градуса Цельсия (-37,89 градуса Фаренгейта).Ртутные термометры не могут измерять температуру ниже этой точки. Спирты, такие как этанол, кипят при температуре около 78 градусов по Цельсию (172 градуса по Фаренгейту). Их нельзя использовать для измерения температуры выше этой точки.

Электронные термометры

Другие термометры

Как термометр измеряет температуру воздуха?

Насколько тепло на улице? Насколько холодно будет сегодня вечером? Термометр – прибор, используемый для измерения температуры воздуха – легко говорит нам об этом, но как он говорит нам – это совсем другой вопрос.

Чтобы понять, как работает термометр, нам нужно иметь в виду одну вещь из физики: жидкость расширяется в объеме (объем пространства, который она занимает) при повышении температуры и уменьшается в объеме при понижении температуры.

Когда термометр подвергается воздействию атмосферы, температура окружающего воздуха проникает в него, в конечном итоге уравновешивая температуру термометра с его собственной – процесс, причудливое научное название которого – «термодинамическое равновесие». Если термометр и находящаяся внутри жидкость должны нагреться, чтобы достичь этого равновесия, жидкость (которая займет больше места при нагревании) будет подниматься, потому что она находится внутри узкой трубки, и ей некуда идти, кроме как вверх.Точно так же, если жидкость термометра должна остыть, чтобы достичь температуры воздуха, жидкость сократится в объеме и опустится вниз по трубке. Как только температура термометра уравновесится с температурой окружающего воздуха, его жидкость перестанет двигаться.

Физический подъем и падение жидкости внутри термометра – это только часть того, что заставляет его работать. Да, это действие сообщает вам, что происходит изменение температуры, но без числовой шкалы для его количественной оценки вы не сможете точно измерить, что такое изменение температуры.Таким образом, температура на стекле термометра играет ключевую (хотя и пассивную) роль.

Кто это придумал: Фаренгейт или Галилей?

Когда дело доходит до вопроса о том, кто изобрел градусник, список имен бесконечен. Это связано с тем, что термометр был разработан в результате компиляции идей XVI-XVIII веков, начиная с конца XVI века, когда Галилео Галилей разработал устройство, в котором использовалась стеклянная трубка, наполненная водой, с утяжеленными стеклянными буйками, которые могли плавать высоко в трубке или тонуть в зависимости от жар или холод воздуха снаружи (что-то вроде лавовой лампы).Его изобретение стало первым в мире «термоскопом».

В начале 1600-х годов венецианский ученый и друг Галилея, Санторио, добавил шкалу к термоскопу Галилея, чтобы можно было интерпретировать величину изменения температуры. При этом он изобрел первый в мире примитивный термометр. Термометр не принял ту форму, которую мы используем сегодня, пока Фердинандо Медичи не переделал его в герметичную трубку с колбой и стержнем (и наполненную спиртом) в середине 1600-х годов. Наконец, в 1720-х годах Фаренгейт взял эту конструкцию и «улучшил ее», когда начал использовать ртуть (вместо спирта или воды) и прикрепил к ней свою собственную температурную шкалу.Используя ртуть (которая имеет более низкую точку замерзания, а ее расширение и сжатие более заметны, чем у воды или спирта), термометр Фаренгейта позволял наблюдать температуры ниже точки замерзания и проводить более точные измерения. Итак, модель Фаренгейта была признана лучшей.

Какой погодный термометр вы используете?

Включая стеклянный термометр Фаренгейта, существует 4 основных типа термометров, используемых для измерения температуры воздуха:

Жидкость в стакане. Эти базовые термометры, также называемые шариковыми термометрами , до сих пор используются на метеостанциях Stevenson Screen по всей стране совместными наблюдателями погоды Национальной службы погоды при проведении ежедневных наблюдений за максимальной и минимальной температурой. Они сделаны из стеклянной трубки («стержень») с круглой камерой («колба») на одном конце, в которой находится жидкость, используемая для измерения температуры. При изменении температуры объем жидкости либо расширяется, что заставляет ее подниматься вверх в стержень; или сжимается, заставляя его сжиматься обратно из стебля к луковице.

Ненавидите, насколько хрупки эти старомодные термометры? Их стекло на самом деле сделано очень тонким специально. Чем тоньше стекло, тем меньше материала для тепла или холода, и тем быстрее жидкость реагирует на тепло или холод, то есть меньше задержек.

Биметаллический или пружинный. Циферблатный термометр, установленный в вашем доме, сарае или на заднем дворе, представляет собой разновидность биметаллического термометра. (Другие примеры – термометры для духовки и холодильника, а также термостат для печи.) Он использует полосу из двух разных металлов (обычно стали и меди), которые расширяются с разной скоростью для измерения температуры. Две разные скорости расширения металлов заставляют полосу изгибаться в одну сторону, если она нагрета выше ее начальной температуры, и в противоположном направлении, если охлаждается ниже нее. Температуру можно определить по тому, насколько полоса / рулон погнут.

Термоэлектрический. Термоэлектрические термометры – это цифровые устройства, в которых используется электронный датчик (называемый «термистор») для генерации электрического напряжения.Когда электрический ток проходит по проводу, его электрическое сопротивление будет изменяться при изменении температуры. Измеряя это изменение сопротивления, можно рассчитать температуру.

В отличие от своих стеклянных и биметаллических собратьев, термоэлектрические термометры прочны, быстро реагируют и не требуют считывания человеческим глазом, что делает их идеальными для автоматизированного использования. Вот почему они являются предпочтительным выбором для автоматизированных метеостанций в аэропортах. (Национальная метеорологическая служба использует данные этих станций AWOS и ASOS, чтобы сообщить вам текущую местную температуру.) Беспроводные персональные метеостанции также используют термоэлектрическую технику.

Инфракрасный. Инфракрасные термометры могут измерять температуру на расстоянии, определяя, сколько тепловой энергии (в невидимой инфракрасной длине волны светового спектра) выделяет объект, и вычисляя по нему температуру. Инфракрасные (ИК) спутниковые изображения, на которых самые высокие и самые холодные облака показаны ярко-белым цветом, а низкие теплые облака – серыми, можно рассматривать как своего рода облачный термометр.

Теперь, когда вы знаете, как работает термометр, внимательно следите за ним в это время каждый день, чтобы увидеть, какой будет ваша самая высокая и самая низкая температура воздуха.

Источники:

• Шривастава, Гьян П. Приземные метеорологические приборы и методы измерений. Нью-Дели: Атлантика, 2008.

Как работает цифровой термометр? – MOBI Technologies Inc.

Если вы думаете, что у вашего ребенка высокая температура, или вам интересно, есть ли у вашего ребенка подходящая температура, цифровой термометр – это то, что вам нужно.Но как работает цифровой термометр?

Это может быть проще, чем вы думаете.

Хотя у каждой компании есть свои секреты, большинство цифровых термометров работают по одним и тем же принципам – и все они используют схожую технологию. Разница заключается в том, как устройства спроектированы и сконструированы, а также в качестве используемых компонентов.

Как работают цифровые термометры

Цифровые термометры содержат небольшой вычислительный механизм и резистор. Изменение температуры заставляет датчик замечать изменение сопротивления.Компьютер преобразует разницу в сопротивлении в разницу температур и предлагает цифровое значение в градусах. Терморезисторный датчик называется термистором.

Высококачественные цифровые термометры, такие как термометр с гибким наконечником MOBI Flex Temp, доступны по относительно низкой цене, поскольку хорошие термисторы доступны по невысокой цене. Когда качественный датчик сочетается с другими качественными деталями и хорошо спроектированным корпусом, в результате получается полезный и точный прибор, который может служить всей семье в течение многих лет.

Термисторы используются в различных электронных устройствах, где необходимо учитывать изменения температуры. Они могут заменить автоматические выключатели или предохранители для отключения чувствительной к температуре электроники для предотвращения повреждения из-за перегрева. Их также можно использовать в термостатах отопления и кондиционирования воздуха. В этом случае они заменяют биметаллические полоски или ртутные датчики, которые с большей вероятностью выйдут из строя.

Другие виды термометров

Цифровые термометры и термисторы, на которых они основаны, безопаснее, быстрее и легче считываются, чем ртутные термометры старого образца.Ртуть внутри стеклянной трубки – это, пожалуй, самый простой вид термометра. По мере того, как ртуть нагревается, она расширяется на величину, которая напрямую связана с повышением температуры.

Хотя они не часто используются в медицинских термометрах, существуют также термометры с круговой шкалой, которые показывают, насколько металлическая спираль расширяется при нагревании. Чем выше температура, тем больше расширяются внутренние биметаллические полосы и тем выше показания стрелок на циферблате.

Электронные термометры и термисторы внутри них имеют важное преимущество перед ртутными и механическими термометрами.Термисторы практически мгновенно реагируют на изменение температуры. Ртуть и металлические полоски реагируют через некоторое время, а это означает, что получение точных показаний занимает от минуты до нескольких минут.

Кроме того, компьютер внутри электронного термометра может отображать результаты в градусах Фаренгейта, Цельсия или любых других единицах, для которых он запрограммирован. Единственным недостатком является то, что результаты могут меняться от момента к моменту, в то время как механические и ртутные термометры движутся медленно и поэтому не успевают отреагировать на незначительные колебания.

Более быстрые результаты – более быстрый ответ

Современные цифровые термометры – это результат многолетней эволюции в области измерения температуры. Теперь можно быстро и точно определить, есть ли у вашего ребенка или у вас самих жар и нуждается ли он в медицинской помощи. И вы можете проверить правильную температуру воды в ванне или детской бутылочке всего за секунду или две.

Когда вы поймете, как работают цифровые термометры, вы поймете, насколько полезно иметь точный и качественно сделанный термометр в вашем доме.Когда вам нужны ответы о лихорадке и о том, становится ли она лучше или хуже, не нужно терять время.

Как работают инфракрасные термометры?

Инфракрасные (ИК) термометры полезны для измерения температуры в различных промышленных и клинических условиях. Эти устройства для бесконтактного измерения температуры хорошо работают в условиях, когда объект является хрупким и опасно приближаться к нему, или когда другие виды термометров не подходят.

Инфракрасные термометры используют концепцию инфракрасного излучения для определения температуры поверхности объектов без какого-либо физического контакта.Давайте узнаем, что такое инфракрасное излучение, чтобы лучше понять, как работают инфракрасные термометры.

Инфракрасное излучение

В каждом объекте, температура которого не является абсолютным нулем, движутся атомы. Эта скорость движения находится в прямой зависимости от его температуры. Чем выше температура, тем быстрее будет движение молекул. Эти движущиеся молекулы излучают энергию в виде инфракрасного излучения.

Длина волны этого излучения больше, чем у видимого света.Следовательно, мы не можем увидеть это невооруженным глазом. Однако излучение может перейти в видимый спектр, если объект станет слишком горячим. Горячий металл, светящийся красным или иногда даже белым, является одним из примеров.

Хотя мы не можем видеть инфракрасное излучение, мы все же можем ощущать его в виде тепла. Тепло, которое мы ощущаем от солнечного света, радиатора или огня, – все это примеры инфракрасного излучения. Именно это тепло регистрируют инфракрасные термометры для измерения температуры объектов.

Работа инфракрасных термометров

Подобно видимому свету, инфракрасный свет также можно фокусировать, отражать или поглощать. Инфракрасные термометры используют линзу для фокусировки инфракрасного света, излучаемого объектом, на детектор, известный как термобатарея.

Термобатарея – это не что иное, как термопары, соединенные последовательно или параллельно. Когда инфракрасное излучение попадает на поверхность термобатареи, оно поглощается и превращается в тепло. Выходное напряжение создается пропорционально падающей инфракрасной энергии.Детектор использует этот выходной сигнал для определения температуры, которая отображается на экране.

Хотя весь этот процесс может показаться сложным, инфракрасному термометру требуется всего несколько секунд, чтобы записать температуру и отобразить ее в желаемых единицах измерения.

Факторы, которые следует учитывать при выборе ИК-термометра

Точность

Самым важным аспектом любого термометра является его точность. Для инфракрасных термометров точность зависит от отношения расстояния к точке (отношение D / S).Это соотношение указывает максимальное расстояние, на котором термометр может оценить удельную площадь поверхности. Например, если вам нужно измерить температуру поверхности 4-дюймовой области с помощью ИК-термометра с соотношением D / S 8: 1, максимальное расстояние, на котором вы можете точно записать температуру, будет составлять 32 дюйма (8 : 1 х 4). Это означает, что при больших соотношениях вы можете измерять температуру с большего расстояния. Однако площадь поверхности также будет увеличиваться с увеличением расстояния.

Коэффициент излучения

Коэффициент излучения показывает, сколько инфракрасной энергии может излучать термометр за один раз. Инфракрасные термометры с коэффициентом излучения, близким к 1,00, могут считывать больше материалов, чем термометры с более низким значением коэффициента излучения. Выберите термометр с регулируемым уровнем излучения, чтобы настроить количество излучаемой инфракрасной энергии и компенсировать энергию, отраженную материалом, с учетом измерения температуры.

Диапазон температур

Диапазон температур инфракрасного термометра влияет на работу, которую вы можете с ним выполнять.Вы можете захотеть получить ИК-термометр с широким диапазоном температур для записи различных процессов с разными температурами. Напротив, инфракрасный термометр с узким диапазоном температур лучше там, где необходимы более высокие разрешения для обеспечения надлежащего контроля температуры конкретного процесса.

Скорость чтения или время отклика

Скорость считывания – это время, необходимое термометру для получения точных показаний после запуска процесса считывания термометра. Этот фактор важен при измерении температуры движущегося объекта или в случаях, когда объекты быстро нагреваются.

Дизайн

Промышленные инфракрасные термометры должны иметь прочную конструкцию. Термометры без линз и линзы Френеля долговечны благодаря своей полимерной структуре, которая обеспечивает их безопасность. Принимая во внимание, что термометры с прочными линзами из слюды нуждаются в более прочном корпусе и футляре для переноски, встроенном в их конструкцию, чтобы предотвратить растрескивание линзы.

Дисплей с подсветкой

Экран с подсветкой облегчает считывание показаний термометра даже в неблагоприятных условиях освещения.

Гарантия

Гарантия является обязательным условием для термометров, поскольку они хрупкие или даже могут оказаться неисправными.Термометры без линз и термометры Френеля дешевле, чем термометры с слюдяными линзами, что может быть довольно значительным вложением средств. Если вы покупаете какой-либо дорогой термометр, приобретите тот, который поставляется с гарантией производителя.

Инфракрасные термометры незаменимы при измерении температуры поверхности, которая слишком опасна и почти недоступна. Благодаря сложному внутреннему процессу работы эти термометры дают быстрые результаты и просты в использовании. Однако, прежде чем выбирать ИК-термометр, постарайтесь выяснить диапазон температур и область применения.Кроме того, убедитесь, что используете устройство правильно и в нужном месте, чтобы получить точные результаты.

Как работает жидкостный стеклянный термометр?

Эта статья, в частности, дает ответы на следующие вопросы:

• Как работают жидкостные термометры?
• Какими свойствами должны обладать термометрические жидкости?
• Почему в настоящее время ртуть почти не используется в качестве жидкости для термометров?
• Какие жидкости в основном используются сегодня?

Принцип действия

Жидкостные стеклянные термометры основаны на принципе теплового расширения веществ.Жидкость в стеклянной трубке (называемой капилляром ) расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Затем с помощью калиброванной шкалы можно определить соответствующую температуру, которая привела к соответствующему тепловому расширению. Такие термометры также называются капиллярными термометрами .

В жидкостных стеклянных термометрах тепловое расширение жидкостей используется для измерения температуры!

Термометрические жидкости

Жидкости, используемые в таких термометрах, должны обладать определенными свойствами, чтобы быть пригодными для использования.Например, они не должны замерзать при низких температурах, поэтому вода, например, не подходит. Жидкости также должны иметь достаточно высокую температуру кипения, чтобы они не испарялись при высоких температурах. Кроме того, жидкость должна расширяться равномерно с температурой в используемом диапазоне измерения. В противном случае потребуется неравномерное деление шкалы на градуснике. Также по этой причине вода не подходит, поскольку вода расширяется неравномерно из-за аномалии плотности .

Однако жидкости, которые обладают всеми необходимыми свойствами и поэтому подходят для использования в жидкостных стеклянных термометрах, также называются термометрическими жидкостями . Раньше использовалась высокотоксичная ртуть с температурой затвердевания -39 ° C и температурой кипения 357 ° C. В настоящее время вместо ртути используется этанол (спирт) синего или красного цвета с температурой плавления -115 ° C и температурой кипения 78 ° C. В этом температурном диапазоне можно хорошо справиться с повседневными температурами в диапазоне от -20 ° C до +50 ° C.

Измерительная чувствительность

Чувствительность измерения жидкостных стеклянных термометров увеличивается с увеличением количества жидкости в термометре. Чем больше жидкости, тем больше жидкости будет расширяться и подниматься в стеклянной трубке. По этой причине жидкостные термометры имеют резервуар для увеличения количества жидкости в термометре. Однако слишком много жидкости приведет к тому, что термометр будет очень медленно реагировать на изменения температуры, так как нагрев жидкости займет больше времени, а жидкости потребуется больше времени, чтобы адаптироваться к отображаемой наружной температуре.

Примечание

Ртуть использовалась / используется не только из-за широкого диапазона температур (теоретически применимый от -39 ° C до 357 ° C), но и потому, что ртуть почти не смачивает стеклянную трубку. Таким образом, капиллярность ниже, и температура может отображаться и считываться более точно.