Жидкостные термометры
Стеклянные жидкостные измерители известны как самые элементарные и точные термометры, которые выпускаются прямыми и угловыми. А сфера их применения – анализ технологического оборудования, а также коммунальное хозяйство (замеры в трубопроводах). Приборы подходят для значений от -35 до +600 °С, причем в качестве чувствительного элемента чаще других применяют ртуть, а показания записывают по шкале.
В зависимости от места применения и особенностей строения различают устройства медицинские, технические, электроконтактные, жидкостные, палочные и прочие.
Конкретный прибор для измерения температуры воды выбирается с учетом допустимой погрешности при замерах.
Газовый термометр
Газовый термометр — прибор для измерения температуры, основанный на законе Шарля.
В 1787 году Шарль установил, что одинаковое нагревание любого газа приводит к почти одинаковому повышению давления, если при этом объём остается постоянным. При изменении температуры по шкале Кельвина давление идеального газа в постоянном объёме прямо пропорционально температуре. Отсюда следует, что давление газа (при V = const) можно принять в качестве количественной меры температуры. Соединив сосуд, в котором находится газ, с манометром и проградуировав прибор, можно измерять температуру по показаниям манометра.
В широких пределах изменений концентраций газов и температур и малых давлениях температурный коэффициент давления разных газов примерно одинаков, поэтому способ измерения температуры с помощью газового термометра оказывается малозависящим от свойств конкретного вещества, используемого в термометре в качестве рабочего тела. Наиболее точные результаты получаются, если в качестве рабочего тела использовать водород или гелий.
Миф № 2. «Самая правильная точка измерения температуры — подмышечная впадина»
Правильнее всего измерять температуру в точках, наиболее близких к той зоне организма, где температура тела постоянна. Поэтому наиболее точно отражает истинное самочувствие температура, измеренная под мышкой, а в прямой кишке и под языком (если судить по западным фильмам, там это самый популярный способ измерения температуры).
Температура, измеренная в подмышечной впадине, довольно точная, если вы измеряете ее правильно. То есть градусник помещается глубоко, прижимается плотно и держится не менее 7-10 минут.
Серьезные погрешности могут быть при измерении температуры под мышкой у людей с лишним весом. Жировая ткань выступает прослойкой между градусником и телом, поэтому людям с ожирением желательно для измерения температуры выбрать другую точку.
Экстремально низкая. При какой температуре тела человек может умереть? Подробнее
Какие существуют устройства для измерения температуры тела
Температуру тела привычно измеряют градусником. Но на сегодняшний день существует множество других термометров, отличающихся по внешнему виду и основным принципам действия.
Самые распространенные приспособления, к которым принадлежит наш градусник, работают на температурном расширении ртути, керосина, спирта и др. жидкостей. Они недорогие, практичные и достаточно точные, особенно ртутные, хотя ядовитое содержимое в хрупком стеклянном корпусе несет с собой некоторый риск.
Электронный или цифровой прибор для измерения температуры тела показывает нужную величину благодаря встроенному датчику, но его стоимость много больше цены жидкостных «собратьев». Эти термометры контактные.
Инфракрасные пирометры не требуют прямого прикосновения к человеку, действуя дистанционно. Сверхчувствительный датчик за 2-15 секунд считывает величину излучения, выводя результат на дисплей. Эти бесконтактные приборы для измерения температуры превосходно подходят для семей с маленькими детьми, ситуаций со спящими больными и др. Кроме того, они применимы в быту в процессе приготовления пищи, а более мощные виды – в электроэнергетике, на стройплощадках, в металлургии и других отраслях промышленности.
История создания первых термометров
Оглавление
Галилео Галилей считается первым изобретателем термометра. Водяной термометр, который он создал в 1597 года, был функционально схожий с современными термометрами. Итальянский физик использовал труды греческого математика Герона Александрийского, который создал прибор, позволяющий поднимать воду благодаря нагреву. Термометр Галилея, так же имеющий название термоскоп, представлял собой припаянные между собой стеклянную трубку и полый небольшой стеклянный шарик. При опускании кончика трубки в воду, нагреву шарика и последующего охлаждения воздуха в оном, вода поднималась в трубке. Это объясняется тем, что давление внутри сферы уменьшалось. Когда же температура окружающей среду увеличивалась и давление в шарике тоже, вода опускалась вниз по трубке. Данное изобретение не имело шкал, поэтому было невозможно определить температуру воздуха, можно было определить только опустилась или повысилась она. Однако, в 1657 году на него смогли нанести шкалу, а также откачать воздух, что повлияло не только на удобство, но и на точность прибора.
Такие ученые, как Бэкон, Санторио, Фладд и многие другие так же создавали воздушные термометры. Приборы представляли собой трубку и сосуд, который содержал воздух и был отделен столбиком воды. А в 1703 году французский ученый Гийом Амонтон усовершенствовал воздушные термометры, изменив принцип — измерял он не расширение воздуха, а упругость.
Как пользоваться?
Основные правила пользования термометром всегда пишутся в инструкциях и других сопроводительных документах. Даже небольшие различия в работе цифровых устройств могут стать источником серьезных проблем. Необходимо сразу уточнить, что обозначает звуковой сигнал. В одних случаях это признак окончания замера, в других термометр будет «пищать», если он еще продолжается. Оральный метод замера температуры может практиковаться детьми не младше 3 месяцев.
Начинать измерение можно только с термометром, показывающим ноль. Для медицинских ртутных термометров вместо ноля используется значение 36,6 градуса. Медицинский цифровой градусник можно использовать только с одноразовым колпачком. Если сбросить показания невозможно, устройство нужно заменить.
Отдельного разговора заслуживает даже простой уличный термометр. Его надо крепить максимально надежно
Очень важно выбрать подходящее место, где на него не будет воздействовать солнечный свет. Надо также обеспечить защиту от ветра, осадков, от намерзания льда и снега
Недопустимы соприкосновения с металлическими деталями; для электронной аппаратуры критично расстояние от рамы.
Мыть можно только влагостойкие термометры. Только они подойдут и для полного погружения. Нецелесообразно измерять кулинарным термометром температуру очень часто, это лишит продукт свежести. Щуп нельзя вводить около костей или хрящей – тогда результат будет ложный. После мытья щупы требуется вытирать насухо.
Назначение
Потенциальная сфера применения жидкостных термометров довольно разнообразна, но для каждого случая следует выбирать прибор, предназначенный для решения конкретной задачи. Чаще других можно встретить следующие варианты агрегатов:
- для помещений с поверкой уровня температуры – чаще всего спиртовые агрегаты, предназначенные для измерения условий в комнате, где находятся люди; могут также использоваться на улице в регионах, где не бывает экстремальных температур, часто ограничиваются шкалой от -50 до +50;
- для измерения температуры при готовке – оснащены только плюсовой температурной шкалой, от уровня комнатной температуры до максимума, который способна выдать печь или духовка; необходимы для создания условий, позволяющих довести продукты до оптимальных кулинарных кондиций;
- для систем отопления – также имеют лишь плюсовую шкалу примерно до 70-80 градусов, предназначены для определения температуры теплоносителя, достаточной для полноценного обогрева помещения, но которой не хватило бы для выхода устройства из строя;
- технический – предназначен для измерений температуры в любых других ситуациях, теоретически имеет наиболее широкий диапазон измеряемых температур, но при этом может быть узкоспециализированным, что уменьшает шкалу и повышает точность проводимых измерений.
Принцип действия и устройство
Жидкостный термометр работает на основании физической закономерности, согласно которой большинство веществ при нагревании имеют свойство расширяться. Для заполнения вертикального капилляра используют жидкости, как вещества, имеющие достаточно стабильный коэффициент расширения. Помимо основной жидкости, которая расширяется или сужается в зависимости от изменений температуры, в колбе нет ничего, даже воздуха – это позволяет наполнителю вести себя естественно при расширении, ведь газ мог бы тормозить расширение.
Вариантов наполнителей существует довольно много – об этиловом спирте и ртути знает даже средний обыватель, однако используются еще и толуол, а также такие органические жидкости, как керосин, петролейный эфир или пентан. Каждое из этих веществ имеет свои специфические характеристики, а выбор на тот или иной наполнитель обычно падает благодаря тому, что существенно различаются температуры замерзания и испарения этих веществ.
Что касается шкалы, то она также приспособлена под потребности, ради которых изготовлен данный вид термометра. Так, в нашей стране широко распространены бытовые термометры для измерения температурных условий в помещении или на улице, у которых шкала размечена в градусах Цельсия, а диапазон примерно соответствует климатическим условиям региона (модели для улицы) или типичной температуре в помещении. При этом во многих англоязычных странах для тех же нужд используется шкала с фаренгейтами – при желании их можно перевести в градусы по Фаренгейту, но много где людям удобнее так. Кроме того, ртутные градусники медицинского и ветеринарного назначения оснащены шкалой, размеченной в десятых долях градуса – это позволяет определить температуру с высочайшей точностью.
История
Медицинский термометр начинался как инструмент, более уместно называемый водяным термоскопом , сконструированный Галилео Галилеем примерно в 1592–1593 годах. У него не было точной шкалы для измерения температуры, и на него могли повлиять изменения атмосферного давления.
Итальянский врач Санторио Санторио — первый известный человек, который поместил измеримую шкалу на термоскоп и написал об этом в 1625 году, хотя, возможно, он изобрел ее еще в 1612 году. Его модели были громоздкими, непрактичными и требовали изрядного количества времени. точное устное считывание температуры пациента.
Два человека перешли с воды на спирт в градуснике.
- Самым ранним из них является Фердинандо II Медичи, великий герцог Тосканы (1610–1670), который примерно в 1654 году создал закрытый термометр, в котором использовался спирт.
- Даниэль Габриэль Фаренгейт (1686–1736), голландский физик, инженер и стеклодув польского происхождения, также внес свой вклад в создание термометров. Он создал спиртовой термометр в 1709 году , а затем усовершенствовал ртутный термометр в 1714 Меркурии , он обнаружил, ответил более быстро к изменениям температуры , чем ранее использованной вода.
Фаренгейт также создал температурную шкалу, названную в его честь , зарегистрировав систему в 1724 году. Шкала до сих пор используется в основном только для повседневных задач в Соединенных Штатах , их территориях и связанных штатах (все они обслуживаются Национальной метеорологической службой США ) в качестве а также Багамы , Белиз и Каймановы острова .
Выдающийся голландский математик, астроном и физик Христиан Гюйгенс в 1665 году создал клинический термометр, к которому он добавил раннюю форму шкалы , установив на шкале точки замерзания и кипения воды. К 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий создал температурную шкалу Цельсия , противоположную современной шкале, в которой было точкой кипения воды, а 100 — точкой замерзания. Позднее он был изменен шведским ботаником Каролом Линнеем (1707–1778) в 1744 году.
Работая независимо от Цельсия, лионский физик Жан-Пьер Кристен , постоянный секретарь Академии наук, изящной литературы и искусства Лиона, Франция , разработал аналогичную шкалу, в которой представляет точку замерзания воды, а 100 — кипение. 19 мая 1743 года он опубликовал проект ртутного термометра , «Лионский термометр», построенный мастером Пьером Казати, который использовал эту шкалу.
Медицинский термометр использовал голландский химик и врач Герман Бурхааве (1668–1738), а также его известные ученики Герард ван Свитен (1700–72) и Антон де Хаен (1704–76). Примерно в то же время его использовал шотландский врач Джордж Мартин (1700–1741). Де Хаен добился особых успехов в медицине с термометром. Наблюдая за корреляцией между изменением температуры пациента и физическими симптомами болезни, он пришел к выводу, что запись температуры может информировать врача о состоянии здоровья пациента. Однако его предложения не были встречены его коллегами с энтузиазмом, и медицинский термометр оставался редко используемым инструментом в медицине.
Термометры оставались громоздкими в транспортировке и использовании. К середине 19 века медицинский термометр был все еще длиной в фут (30,28 см), и для получения точных показаний температуры требовалось целых двадцать минут. Между 1866-1867 годами сэр Томас Клиффорд Олбутт (1836–1925) разработал медицинский термометр, который был намного более портативным: его длина составляла всего шесть дюймов, а измерение температуры пациента занимало всего пять минут.
В 1868 году немецкий врач, психиатр-пионер и профессор медицины Карл Рейнхольд Август Вундерлих опубликовал свои исследования, которые включали более миллиона измерений температуры двадцати пяти тысяч пациентов, измеренных в области подмышек . С его результатами он смог сделать вывод, что температура здорового человека находится в диапазоне от 36,3 до 37,5 ° C (от 97,34 до 99,5 ° F).
Доктор Теодор Х. Бензингер (13 апреля 1905 — 26 октября 1999) изобрел ушной термометр в 1964 году. Родился в Штутгарте , Германия, иммигрировал в США в 1947 году и стал натурализованным гражданином в 1955 году. Он работал с 1947 по 1970 год в биоэнергетика подразделение в центре медицинских исследований ВМС в Bethesda, штат Мэриленд.
Обзор видов
По предназначению
Домашний медицинский термометр обычно содержит ртуть. А вот метеорологическая практика чаще всего требует использования спирта. Дело в том, что ртуть замерзает при -38 градусах. Механические термометры обычно используют биметаллическую ленту, хотя бывает и устройство на базе металлической спирали. Но в бытовой сфере такая техника вовсе не применяется, потому что из-за высокой точности она в основном нужна в автоматизированных технических системах.
Термометры для системы отопления, то есть для котла и отопительного контура, позволяют избежать перегрева или чрезмерного охлаждения. В этом сегменте используют:
-
биметаллические устройства с погружной гильзой;
-
биметаллические термометры с накладной пружиной;
-
жидкостные устройства (быстро реагирующие на изменение температуры, но не слишком удобные и стоящие весьма дорого).
Термометры для измерения температуры воздуха в быту, как и профессиональные, обычно используют ртутную шкалу. Это наиболее дешевый и практичный вариант. И наружный термометр, который можно увидеть на стене или окне любого дома, чаще всего будет именно жидкостного типа. Говоря про бытовые термометры, нужно указать, что отдельные модели могут быть рассчитаны на деревянные окна, а другие – на эксплуатацию на окнах ПВХ. Также надо помнить, что «градусники» могут быть отдельно рассчитаны на измерение температуры:
-
воды;
-
чая (кофе);
-
пива;
-
вина;
-
погребов;
-
морозильных камер.
Водяной термометр может использоваться:
-
в банях;
-
в ванных комнатах;
-
в дачном хозяйстве;
-
в кухне.
По принципу действия
Газовый измеритель температуры способен замерять значения, близкие к абсолютному нулю. Потому его активно используют в физике и криогенной технике. Проблема только в одном: подобные устройства очень сложны, и в рядовой лаборатории их использовать тяжело. Электрические термометры работают, как уже говорилось, на основе линейной зависимости сопротивления проводников от температуры. Измерения на основе полупроводниковых элементов могли бы быть еще точнее, однако тогда возникает сложность с градуировкой шкалой.
Оптические термометры (они же пирометры) определяют температуру по интенсивности свечения по его спектру. Иногда используются и другие параметры. Оптические системы работают без прямого контакта с определенным телом. Они сумеют замерить температуры от 100 до 3000 градусов, при этом отклонение составит не более 2-5 градусов. Волоконно-оптический и термоэлектрический типы термометров дают наиболее правильные показания без существенных ошибок.
Но разница между термометрами не сводится к перечисленным градациям. Есть еще несколько разновидностей такой техники. Контактный термометр – это цифровой прибор, который точнее пирометра. Дело в том, что на результат измерений не влияют излучательные характеристики поверхности.
Накладной термоизмерительный прибор активно используется при контроле состояния малых трубопроводов. Такие устройства нужны:
-
в отоплении;
-
в канализационном хозяйстве;
-
в системе вентиляции;
-
в кондиционирующих установках;
-
в санитарных приборах.
Накладная техника отличается:
-
отсутствием необходимости врезать термометр в трубу;
-
легкой перестановкой (если первоначальная установка была ошибочна или требуется что-то изменить);
-
легкой заменой;
-
минимальными затратами при монтаже;
-
отсутствием необходимости контролировать утечку масла;
-
зависимостью точности замера от правильности установки;
-
нарушением нормальной работы при сдвиге термометра;
-
недостаточной популярностью и непривычностью таких устройств.
Термометр с часами (иногда именуется термометром-часами) хорош уже тем, что заменяет два разных устройства. Такая техника облегчает отслеживание временной последовательности при измерениях. Иногда встречаются и вовсе неординарные устройства:
-
в виде пистолета;
-
в виде пчелы;
-
в виде различных зданий;
-
в других необычных исполнениях.
Термометры и датчики
По иной классификации термофиксирующих устройств проводится их разделение на термометры и термодатчики.
Первые – это механические приборы, в том числе газонаполненные манометрические устройства, биметаллические, стеклянные измерители температуры и комбинированные регуляторы.
Термодатчики – это сверхточные усовершенствованные электронные приспособления для фиксирования показателей температуры в жидкостях и твердых телах. К ним следует относить термометры сопротивления, термопары, преобразователи показаний датчиков и сигнализаторы, оснащенные релейными механизмами.
Новейшие термодетекторы оснащены USB-интерфейсом, памятью для сохранения и анализа исследований, лазерным наводчиком-целеуказателем.
Жидкостный термометр
В 17 веке воздушный термоскоп был преобразован в спиртовой флорентийским ученым Торричелли. Прибор был перевернут шариком вниз, сосуд с водой удалили, а в трубку налили спирт. Действие прибора основывалось на расширении спирта при нагревании, — теперь показания не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых жидкостных термометров.
На тот момент показания приборов еще не согласовывались друг с другом, поскольку никакой конкретной системы при градуировке шкал не учитывалось. В 1694 году Карло Ренальдини предложил принять в качестве двух крайних точек температуру таяния льда и температуру кипения воды.
В 1714 году Д. Г. Фаренгейт изготовил ртутный термометр. На шкале он обозначил три фиксированные точки: нижняя, 32 °F — температура замерзания солевого раствора, 96 ° — температура тела человека, верхняя 212 ° F — температура кипения воды. Термометром Фаренгейта пользовались в англоязычных странах вплоть до 70-х годов 20 века, а в США пользуются и до сих пор.
Еще одна шкала была предложена французским ученым Реомюром в 1730 году. Он делал опыты со спиртовым термометром и пришел к выводу, что шкала может быть построена в соответствии с тепловым расширением спирта. Установив, что применяемый им спирт, смешанный с водой в пропорции 5:1, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, ученый предложил использовать шкалу от 0 до 80 градусов. Приняв за 0 ° температуру таяния льда, а за 80 ° температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
В 1742 году шведский ученый Андрес Цельсий предложил шкалу для ртутного термометра, в которой промежуток между крайними точками был разделен на 100 градусов. При этом сначала температура кипения воды была обозначена как 0 °, а температура таяния льда как 100 °. Однако в таком виде шкала оказалась не очень удобной, и позднее астрономом М. Штремером и ботаником К. Линнеем было принято решение поменять крайние точки местами.
М. В. Ломоносовым был предложен жидкостный термометр, имеющий шкалу со 150 делениями от точки плавления льда до точки кипения воды. И. Г. Ламберту принадлежит создание воздушного термометра со шкалой 375 °, где за один градус принималась одна тысячная часть расширения объема воздуха. Были также попытки создать термометр на основе расширения твердых тел. Так в 1747 голландец П. Мушенбруг использовал расширение железного бруска для измерения температуры плавления ряда металлов.
К концу 18 века количество различных температурных шкал значительно увеличилось. По данным «Пилометрии» Ламберта на тот момент их насчитывалось 19.
Температурные шкалы, о которых шла речь выше, отличает то, что точка отсчета для них была выбрана произвольно. В начале 19 века английским ученым лордом Кельвином была предложена абсолютная термодинамическая шкала. Одновременно Кельвин обосновал понятие абсолютного нуля, обозначив им температуру, при которой прекращается тепловое движение молекул. По Цельсию это -273,15 °С.
Кто превратил термометр в градусник?
Повседневной вещью и хрестоматийным медицинским прибором термометр стал в 19 веке, когда он превратился в компактный градусник. Главная заслуга в этом деле принадлежит английскому врачу Томасу Олбату, а вот в России включение термометрии в клиническую практику тесно связано с именем великого терапевта Сергея Петровича Боткина.
Новый виток изобретения термометров начался с конца двадцатого века. Высокие технологии всерьёз взялись за этот прибор, и началось такое, что простыми человеческими словами и не описать. Температуру стало возможно измерять с высокой точностью и безо всякого контакта с исследуемой поверхностью, так что, хотите или нет, а посредством тепловизора врач может определить ваше самочувствие на приличном расстоянии, а при наличии хорошего тепловизора –даже через стену…
Максимальные и минимальные термометры
По виду фиксации предельного значения температуры термометры разделяются на максимальные, минимальные и нефиксирующие. Минимальный/максимальный термометр показывает минимальное/максимальное значение температуры, достигнутое с момента сброса. Так, медицинский ртутный термометр является максимальным — он показывает максимальное значение температуры, достигнутое в ходе измерения, благодаря узкой «шейке» между ртутным резервуаром и капилляром, в которой при уменьшении температуры столбик ртути разрывается, и ртуть не уходит обратно в резервуар из капилляра. Перед измерением фиксирующий (максимальный или минимальный) термометр должен быть сброшен (приведён к значению заведомо ниже/выше измеряемой температуры).
Электронные термометры
Уличный электронный термометр
Принцип работы электронных термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды.
Электронные термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).
Домашняя метеостанция
Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100 (сопротивление при 0 °C — 100Ω) PT1000 (сопротивление при 0 °C — 1000Ω) (IEC751). Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных (соответствующие константы весьма малы, и в первом приближении эту зависимость можно считать линейной). Температурный диапазон −200 — +850 °C.
- RT=R1+AT+BT2+CT3(T−100)(−200∘C<T<∘C),{\displaystyle R_{T}=R_{0}\left\;(-200\;{}^{\circ }\mathrm {C} <T<0\;{}^{\circ }\mathrm {C} ),}
- RT=R1+AT+BT2(∘C≤T<850∘C).{\displaystyle R_{T}=R_{0}\left\;(0\;{}^{\circ }\mathrm {C} \leq T<850\;{}^{\circ }\mathrm {C} ).}
Отсюда
RT{\displaystyle R_{T}} сопротивление при T °C,
R{\displaystyle R_{0}} сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления) —
- A=3.9083×10−3∘C−1{\displaystyle A=3.9083\times 10^{-3}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-1}}
- B=−5.775×10−7∘C−2{\displaystyle B=-5.775\times 10^{-7}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-2}}
- C=−4.183×10−12∘C−4.{\displaystyle C=-4.183\times 10^{-12}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-4}.}
см. Эффект Пельтье
Говорящая ртуть
Принцип действия ртутного термометра основан на расширении жидкого металла в герметичной стеклянной колбе. Нагреваясь от тела, ртуть ползёт по тонкой трубочке и замирает напротив того или иного деления шкалы. Однако, как у всякого прибора, у ртутного градусника есть свои сильные и слабые стороны.
Плюсы:
— дешевизна (в среднем ртутный термометр стоит 150–200 рублей);
— простота использования (встряхнул, засунул подмышку, подождал 10 минут);
— точность (погрешность прибора составляет всего 0,1 градуса);
— отсутствие срока годности (если обращаться с градусником бережно, он может служить нескольким поколениям семьи).
Минусы:
— токсичность («ртутник» содержит 2 г опасного вещества);
— хрупкость (как ни крути, прибор сделан из тонкого стекла, и если его уронить, скорее всего, он разобьётся);
Газовый термометр
Газовый термометр — прибор для измерения температуры, основанный на законе Шарля.
В 1703 году Шарль установил, что одинаковое нагревание любого газа приводит к почти одинаковому повышению давления, если при этом объём остается постоянным. При изменении температуры по шкале Кельвина давление идеального газа в постоянном объёме прямо пропорционально температуре. Отсюда следует, что давление газа (при V = const) можно принять в качестве количественной меры температуры. Соединив сосуд, в котором находится газ, с манометром и проградуировав прибор, можно измерять температуру по показаниям манометра.
В широких пределах изменений концентраций газов и температур и малых давлениях температурный коэффициент давления разных газов примерно одинаков, поэтому способ измерения температуры с помощью газового термометра оказывается малозависящим от свойств конкретного вещества, используемого в термометре в качестве рабочего тела. Наиболее точные результаты получаются, если в качестве рабочего тела использовать водород или гелий.
Этапы усовершенствования
Решающий шаг сделал Габриэль Фаренгейт. Он придумал форму, наиболее удобную для повседневного применения, и создал точную шкалу. Известно, что описание Фаренгейта опубликовано в 1723 году. Любопытно, что в самом начале немецкий физик работал со спиртовой шкалой. Но из-за ряда недостатков такого решения отдал предпочтение ртути. Шкала имела 3 ключевые точки:
- при 0° по Фаренгейту устойчиво существует смесь нашатырного спирта с водой и льдом (лед не тает, вода не замерзает);
- при 32° устойчиво существует водно-ледяная смесь;
- при 212° (и нормальном атмосферном давлении на уровне моря) вода неизбежно закипает.
Цельсий не просто предложил альтернативную, более удобную, чем у Фаренгейта, шкалу измерения температуры. Он гораздо точнее определил сами градусы. Правда, поначалу за 100° приняли таяние льда, а за нулевую точку — момент кипения воды. Для большего удобства шкалу перевернули; а вот кто это сделал — Штремер или сам Цельсий — неизвестно.
Но то, что создавалось для бытовых нужд, уже в XIX столетии было недостаточно для научных нужд. В 1848 году Томсон (будущий лорд Кельвин) доказал, что можно создать абсолютную температурную шкалу. Точкой отсчета в ней является —273,15° по шкале Цельсия. Охладить какое-либо материальное тело еще больше не получится.
Медицинские компактные термометры впервые были созданы англичанином Томасом Олбатом. Ранее, еще в XVIII столетии, делались конструкции длиной 12 дюймов, или около 0,305 м.
Практически все термометры очень долгое время имели ртутную шкалу. Однако техника не стоит на месте — появились более совершенные и безопасные варианты.
Какие приборы самые точные?
Если говорить о термометрах, измеряющих температуру человеческого тела, то, как показывает практика, самыми точными являются ртутные модели. Чуть отстают от них электронные градусники — эти образцы дают значения, сильно приближенные к реальным.
А вот инфракрасные тесты провалили – их погрешность бывает довольно существенной.
Для проведения замеров температуры воздуха и в качестве кухонных моделей с самой лучшей стороны себя показали электронные модели, в которых присутствует платина. Такие издания имеют стильный вид, понятный интерфейс и низкую погрешность. Однако и у них есть недостатки — при неправильном креплении такого градусника точность показания может быть искажена.
Так, при измерении показания на улице не стоит размещать градусник в месте, куда попадают прямые солнечные лучи
Кроме того, важно защищать их от дождя, снега и других погодных условий. Зимой на изделиях не должно образовываться наледи, градусник не должен попадать в снег
Избегайте соприкосновения градусника с металлом.
О том, какие бывают термометры, смотрите в видео.
Классификация по принципу действия
Процесс замера температуры окружающей среды базируется на физических процессах, исходя из этого положения выделяют 5 категорий термометров.
Контактные
Подобные устройства в науке больше известны как термометры расширения. Принцип их действия базируется на мониторинге изменения объема вещества под воздействием меняющейся температуры. Как правило, измеряемый диапазон варьируется в пределах от -190 до +500 гр. Цельсия.
К данной группе можно отнести как механические, так и жидкостные приспособления. Причем последние представляют собой градусники, наполненные спиртом, ртутью, керосином либо толуолом (в стеклянной колбе). Они довольно крепкие.
Бесконтактные
Такие приборы работают от инфракрасных датчиков, считывающих параметры излучения. Делятся на две категории: яркостные и радиационные. Первые выполняют замеры на заданной длине волны, их температурный разбег начинается от +100 и доходит до +6000 гр. Вторые фиксируют тепловое воздействие лучеиспускания в пределах от -50 до +2000 гр. Актуальны для определения степени нагрева металла в машиностроении.
Термометры сопротивления
В эту группу входят устройства, приспособленные вычислять электрическое сопротивление рабочих веществ, которое, в зависимости от температурных параметров, может варьироваться. Рабочий диапазон таких градусников изменяется в пределах от -200 до +650 гр.
Эти термометры включают несколько чувствительных датчиков и сверхточных электронных модулей, они отслеживают изменение параметров проводимости электрического потенциала и сопротивления. Чаще всего они работают не обособленно, а как часть большой системы мониторинга, когда имеется необходимость в постоянном отслеживании данных, чтобы предотвратить их превышение над критическими отметками.
Манометрические
Эти термометры фиксируют связь между давлением газа и уровнем температурных показателей. Принцип работы прост: в определяемую среду помещают термобаллон, прикрепленный при помощи металлической трубки с небольшим манометром. В процессе нагрева термобаллона в нем постоянно возрастает давление, и это учитывается манометром. Подобный прибор позволяет проводить вычисления в границах от -160 до +600 гр.
Электронные термопары
В процессе измерения такие градусники генерируют электрический ток, что дает возможность выполнить необходимые замеры температуры благодаря изменению термоэлектродвижущей силы. Рабочий диапазон в данном случае варьируется в пределах от 0 до +1800 градусов.
