Термометр – прибор для измерения температуры

Термометр – прибор для измерения температуры

В настоящее время трудно найти человека, который не слышал о таких приспособлениях как термометр, лабораторные весы или песочные часы и не смог бы объяснять, для чего они предназначены.

Если раньше широко употребляемым было слово градусник, которое ассоциировалось только с ртутным термометром, то в настоящее время рынок лабораторного оборудования и измерительных приборов настолько расширился, что к слову термометр присоединяют еще одно слово, определяющее его тип или принцип действия: молочный, технический, керосиновый, для воды, оконный, газовый, оптический, инфракрасный, термополоски. Разнообразие данного изделия можно найти практически в любой аптеке, но разобраться в них и выбрать наиболее подходящий достаточно непросто, так как каждая модель наряду со своими преимуществами обладает и рядом недостатков.

Определение и применение

Термометр – это прибор для измерения температуры тела, воды, почвы, воздуха и др.. Принцип действия основан на свойстве жидкости расширятся под действием тепла. В связи с тем, что прибор измерения температуры неприхотлив в использовании, он часто применяется как в технической области и лабораторной практике, так и в быту. На сегодняшний день существует большое количество разновидностей такого измерительного оборудования, отличающиеся по способу действия, но главной их задачей является измерение температуры.

Возникновение термометра

Многие ученые трудились над изобретением термометра. Однако основы современного измерения температуры заложил в 1592 г. Галилео Галилей. Конструкция его прибора была очень проста. Термоскоп-термометр показывал только изменение степени нагретости тела. А отсутствие шкалы делало его несовершенным из-за невозможности определить точное температурное значение. В начале XVIII века немецкий ученый Фаренгейт впервые изобрел современный измерительный прибор – ртутный термометр со стандартной шкалой. Позже Цельсий установил константы точки тающего льда и кипящей воды.

Виды термометров

Современный рынок лабораторного оборудования и приборов настолько велик, что перечислить и разобраться в них не так уж просто. Однако такое разнообразие помогает найти наиболее подходящий вариант термометра:

— жидкостный – самый распространенный вид, основанный на тепловом расширении химических реактивов (ртути, керосина, этилового спирта, пентана, толуола и т. д.). По сравнению с другими термометрами, ртутный имеет больше преимуществ, благодаря достоинствам используемого химического вещества. Он точно определяет температуру тела, долговечен, легко стерилизуется и имеет невысокую стоимость. Ртутный градусник (наиболее частое название) обладает наибольшей точностью определения температуры, погрешность которого составляет около 0,1 °C. Однако хрупкое лабораторное стекло и ядовитая начинка представляют опасность для человека при его неосторожном использовании;

— механический – аналогичен жидкостному по принципу действия и применяется для автоматического регулирования температуры и электрической сигнализации;

— электронный или цифровой – сконструирован на основе встроенного датчика, где данные выводятся на дисплей. Кром того, в таких моделях могут быть предусмотрены такие функции, как хранение в памяти последних результатов, подсветка, звуковые сигналы, сменная шкала «Цельсий-Фарентейт». Однако такой прибор имеет ряд серьезных недостатков: невозможность стерилизовать, высокая степень погрешности и немалая стоимость;

— инфракрасный (пирометр) представляет собой достаточно новую разновидность данного прибора. Измерения осуществляются благодаря наличию чувствительного элемента, способного считать данные инфракрасного излучения тела, результаты которого выводятся на дисплей. Определение температуры такими градусниками происходит в течение 2-15 секунд. Отсутствие непосредственного контакта с человеком – наибольшее преимущество данного вида, так как это позволяет измерять температуру в нестабильных ситуациях (спящим больным, капризным детям и т.д.).

Где купить качественные измерительные приборы для различных предназначений?

Термометр, как один из наиболее часто используемых приборов, следует покупать в аптеке или специализированном магазине, в таком, как например: online магазин химических реактивов Москва розница и опт «Прайм Кемикалс Групп». Он специализируется на продаже химических реактивов, лабораторного оборудования и приборов, лабораторной посуды из стекла и других материалов. Весь товар сертифицирован и соответствует ГОСТ стандартам. На нашем сайте можно купить весы лабораторные, аналитические весы, весы электронные лабораторные, термометр и ареометр цена которых самая приемлемая на современном фармацевтическом рынке.

“Prime Chemicals Group” – надежное оснащение европейского качества!

Источник

На чем основан принцип действия термометра

Термометр — это произведенное для измерений оборудование, с учетом от типа исполнения прибор выводит показатели среды. Допускается снятие показаний как с воздуха, так и жидкости, газов и так далее. Устройство появилось благодаря Галилео Галилею, но его вариант термометра имел большие отличия от современных приборов. Более современный аналог был изобретен спустя 200 с лишним лет, благодаря работе физика из Швеции Цельсия. Именно он создал шкалу делений от 1 до 100, поэтому в его честь температура измеряется в градусах Цельсия. Разберемся, на чем основан принцип действия термометра.

Как работают термометры?

Основные элементы термометра:

В процессе измерения объем жидкости меняется – температура растет, столбик в пределах шкалы поднимается. Распространенный вопрос: для чего нужен термометр? Он необходим для получения точных показателей температуры. Шкала наносится на саму поверхность толстостенных капилляров. В других вариациях исполнения нанесение выполняется на пластинку, которая стоит внутри стеклянной оболочки. Это термометры с вложенной шкалой, также возможно закрепление шкалы к прикладной пластинке, к ней крепится капилляр.

Что такое термометрия?

Понятие довольно часто используется, термометрия — это определение методов, которые могут использоваться с целью измерения температуры, среди прочего это температура тела человека. Обозначение зависит от страны, у нас пользуются шкалой Цельсия, в Великобритании, США все еще используют шкалу Фаренгейта. Поэтому на вопрос: термометрия — что это?

Можно ответить, что это совокупность методов, которые основаны на передаче тепла бесконтактно или контактным путем и используются для определения температуры. Если измерения бесконтактные, передача тепла обеспечивается через среду, обычно это воздух. Есть разные виды градусников, в медицинской практике в основном используются данные контактной температуры. Такой метод более надежен, поскольку передача идет от тела к прибору.

Как работают термометры, отличия различных моделей

Оборудование известно более четырех сотен лет, однако все еще вносятся корректировки, в результате чего создаются инновационные виды термометров. Они функционируют на основе реакций, не используемых ранее.

Какие приборы существуют?

Ассортимент термометров необходим, поскольку их подбирают с учетом назначения:

Особенности применения

Каждый вид приборов ориентирован на определенные условия. Для получения данных по температуре помещений достаточно контакта с воздухом, а при снятии показаний человеческого тела стандартные термометры располагаются в подмышечной впадине. Жидкостные термометры погружаются в среду на время измерений.

Изделия в виде сосок позволяют с удобством замерить температуру у малышей, пустышка дается ребенку. Она должна находиться в ротовой полости примерно 3-5 минут. Предусматривается подача сигнала, например мелодии. Погрешность равна 0,1 градуса, но ребенок должен быть в спокойном состоянии. Если он будет дышать ртом или плакать, точность будет намного хуже.

Термометр

Инфракрасные изделия ушного исполнения считывают показатели из барабанной перепонки, результат выводится 2-4 секунды спустя. Для работы нужны батарейки, данные показаны на специальном экране. С целью облегчения размещения в слуховом проходе дополняются подсветкой. Актуальны после трех лет, поскольку у малышей слишком узкий ушной проход.

Инфракрасные модели для измерений в области лба нужно прикладывать к коже, их работа ничем не отличается от ушных. Могут работать без контакта – на удалении 2,5 см от кожи. Цифровой результат выводится в течение нескольких секунд.

Итоги

Измерение температурных показателей имеет большое значение, термометры позволяют установить отклонение от нормы и скорректировать лечение. Градусники для воздушной среды или бытовые модели используются повсеместно. Остальные приборы более специфичны и могут использоваться в производственных условиях, для контроля за оборудованием, получения измерений воды, газа и так далее. Отличаться может принцип работы, оформление, материалы, шкала, однако все виды градусников используются с одной целью – измерение температуры.

Источник

Общие сведения о биметаллических термометрах

Биметаллические термометры могут быть различных типов. В самой распространенной конструкции длинная свёрнутая спиралью лента из биметалла закрепляется в нижней части штока. При изменении температуры биметалл изгибается. В результате такой деформации изгиб преобразуется во вращательное движение стрелки, которая показывает измеряемое значение температуры по шкале термометра в градусах.

Такой термометр, в отличие от жидкостного (например, ртутного) совершенно нечувствителен к изменениям внешнего давления, механически более прочен и является отличной альтернативой ртутно-стеклянному жидкостному термометру.

Принцип действия биметаллического термометра основан на использовании в его чувствительном элементе двух металлов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Металлические пластины прочно соединяются между собой, в основном путем сварки, и образуют биметаллическую пружину, которая при нагревании расширяется и вращает стрелку термометра.

Биметаллические термометры могут быть различных типов. В самой распространенной конструкции длинная свёрнутая спиралью лента из биметалла закрепляется в нижней части штока. При изменении температуры биметалл изгибается. В результате такой деформации изгиб преобразуется во вращательное движение стрелки, которая показывает измеряемое значение температуры по шкале термометра в градусах.

Такой термометр, в отличие от жидкостного (например, ртутного) совершенно нечувствителен к изменениям внешнего давления, механически более прочен и является отличной альтернативой ртутно-стеклянному жидкостному термометру.

Принцип действия биметаллического термометра основан на использовании в его чувствительном элементе двух металлов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Металлические пластины прочно соединяются между собой, в основном путем сварки, и образуют биметаллическую пружину, которая при нагревании расширяется и вращает стрелку термометра.

Источник

Термометры и сферы их применения

Термометрами измеряют температуру газов, в том числе воздуха, жидкостей, почв, температуру тела, предметов. С их помощью контролируют технологические процессы в промышленности, сельском хозяйстве, в научных исследованиях, в медицине и фармакологии.

Промышленность выпускает термометры самого разного типа, назначения, сложности, точности и стоимости. Для бытовых целей можно приобрести надежный, довольно точный, несложный прибор за совсем небольшие деньги. Для научно-исследовательских целей используются лабораторные термометры, купить которые тоже можно недорого.

Для производства или науки изготавливаются узкоспециализированные термометры, разработанные для определенных условий, работающие в определенном диапазоне, с заданной точностью. В зависимости от сферы применения, термометры можно условно разделить на несколько групп:
— технические и промышленные;
— лабораторные;
— метеорологические;
— сельскохозяйственные;
— для нефтепродуктов;
— виброустойчивые;
— бытовые.

Технические и промышленные термометры применяют в трубопроводах, промышленных установках и емкостях, в рефрижераторах, в летательных аппаратах для постоянного мониторинга состояния среды.

Лабораторный термометр отличается высокой точностью измерений. Такие приборы применяются для измерения температуры в различных средах (например, жидкостный термометр), а также в качестве эталонных измерительных устройств. Востребованы в биологии, аналитической химии, для измерения очень высоких температур. Большинство моделей — это стеклянные термометры, они считаются наиболее практичными, могут измерять доли градуса. Выпускаются модели с пришлифованным конусом на корпусе для установки в лабораторную посуду.

Метеорологические термометры применяются для измерения температуры воздуха, скорости изменения температуры, минимальной и максимальной температуры в отрезок времени, для определения температуры поверхностного слоя воды, глубинных или поверхностных слоев почвы. Метеорологические термометры часто входят в комплект психрометров, определяющих одновременно и влажность воздуха.

Совершенно необходимы термометры и в сельском хозяйстве. В частности, можно купить термометр для инкубатора, для измерения тела животных, температуры в овощном бурте. Например, перегрев яиц в инкубаторе всего в течение нескольких минут может привести к тому, что птенцы погибнут или родятся больными, поэтому контроль температуры необходим. Очень многие с/х процессы требуют точного соблюдения температурного режима, например, при хранении зерна, овощей и фруктов, мясо-молочной продукции, при проращивании и протравливании семян.

Термометры для нефтепродуктов и для испытания нефтепродуктов применяются в нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и химической индустрии.

Виброустойчивые термометры устанавливаются в приборах, подверженных постоянному воздействию вибрации.

Бытовые термометры предназначены для массового применения. К ним относятся и термометры для жидкостей (для измерения температуры молока, воды в детской ванночке), и для измерения температуры воздуха в комнате или за окном, и температуры тела.

Для точного контроля температуры рабочей среды можно купить термометр биметаллический, цена на который доступная, а качество высокое — предлагается модель «Термометр биметаллический тб 63». Конечно, в магазине «ПраймКемикалсГрупп» можно купить термометр для жидкости, в частности термометр сп 2п, термометр технический и другие модели и виды этих измерительных приборов.

Источник

Методы и приборы для измерения температуры

Что такое температура

Измерение температуры — предмет теоретической и экспериментальной дисциплины — термометрии, часть которой, охватывающая температуры свыше 500° С, называется пирометрией.

Наиболее общее строгое определение понятия температуры, следующее из второго начала термодинамики, формулируется выражением:

где Т — абсолютная температура изолированной термодинамической системы, d Q — приращение тепла, сообщаемого этой системе, и d S — приращение энтропии этой системы.

Приведенное выражение интерпретируется следующим образом: температура есть мера приращения тепла, сообщенного изолированной термодинамической системе и соответствующего приращению энтропии системы, происходящему при этом, или, иначе говоря, возрастанию неупорядоченности ее состояния.

В статистической механике, описывающей фазы системы с учетом микропроцессов, протекающих в макросистемах, понятие температуры определяется через выражение распределения частиц молекулярной системы между рядом невырожденных энергетических уровней (распределения Гиббса).

Такое определение (согласующееся с предыдущим) подчеркивает вероятностный, статистический аспект понятия температуры как основного параметра микрофизической формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому, т. е. хаотического теплового движения.

Малая наглядность строгих определений понятия температуры, справедливых к тому же только для термодинамически равновесных систем, привела к широкому распространению «утилитарного» определения, исходящего из существа явления передачи энергии: температура — это тепловое состояние тела или системы, характеризующееся его способностью обмениваться теплом с другим телом (или системой).

Эта формулировка применима и к термодинамически неравновесным системам, и (с оговорками) к психофизиологическому понятию «сенсорной» температуры, непосредственно воспринимаемой человеком с помощью органов термического осязания.

«Сенсорная» температуpa субъективно оценивается человеком непосредственно, но лишь качественно и в относительно узком интервале, физическая же температуpa измеряется количественно и объективно, с помощью измерит, приборов, но только косвенно — по значению какой-либо физической величины, зависящей от измеряемой температуры.

Поэтому в последнем случае устанавливают какое-либо опорное (реперное) состояние выбранной для этой цели температурозависимой физической величины и приписывают ему некоторое определенное числовое значение температуры с тем, чтобы любое изменение состояния выбранной физической величины относительно опорного могло быть выражено в единицах температуры.

Совокупность значений температуры, соответствующих ряду последовательных изменений состояния (т. е. ряду значений) выбранной температурозависимой величины, образует температурную шкалу. Наиболее распространенные температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта, Реомюра, Кельвина и Ранкина.

Температурные шкалы Кельвина и Цельсия

Оказалось, что она в большой степени зависит от атмосферного давления. Цельсий предложил оговорить давление при градуировке шкалы и весь температурный диапазон разбил на 100, но отметку 100 присвоил точке таяния льда. Позднее швед Линней или немец Штрёмер (по разным источникам) поменяли обозначения опорных точек.

Так появилась широко применяемая теперь температурная шкала Цельсия. Ее калибровка производилась при нормальном атмосферном давлении 1013,25 гПа.

Температурные шкалы создавались Фаренгейтом, Реомюром, Ньютоном (последний неосторожно выбрал опорной точкой температуру тела человека. Что ж, и великие ошибаются!) и многими другими. Они не выдержали испытания временем.

Температурная шкала Цельсия принята на I Генеральной конференции по мерам и весам в 1889 г. В настоящее время градус Цельсия — официальная единица измерения температуры, установленная Международным комитетом мер и весов, но с некоторыми уточнениями в определении.

Согласно приведенным доводам нетрудно заключить, что температурная шкала Цельсия не является плодом деятельности одного человека. Цельсий был лишь одним из последних участвовавших в ее разработке исследователей и изобретателей. До 1946 г, шкала называлась просто стоградусной. Только тогда Международный комитет мер и весов присвоил градусу стоградусной шкалы наименование «градус Цельсия».

Несколько слов о рабочем теле термометров. Первые создатели приборов естественно стремились расширить их рабочий диапазон. Единственный жидкий металл в обычных условиях — ртуть.

Созданные термометры годились для измерения температур от —100 до +300° С, что было достаточно для решения большинства практических задач. Например, минимальная температура воздуха —89,2° С (станция Восток в Антарктиде), а максимальная +59° С (пустыня Сахара). Большинство процессов тепловой обработки водных растворов проходило при температурах, не превышающих 100° С.

Основной единицей измерения термодинамической температуры и одновременно одной из основных единиц Международной системы единиц (СИ) является градус Кельвина.

Размер (температурный промежуток) 1 градуса Кельвина определяется тем, что значение термодинамической температуры тройной точки воды установлено равным в точности 273,16°К.

Эта температура, при которой вода равновесно сосуществует в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной, принята в качестве основного репера вследствие ее высокой воспроизводимости, на целый порядок лучшей, чем воспроизводимость температур замерзания и кипения воды.

Измерение температуры тройной точки воды — задача технически довольно сложная. Поэтому в качестве репера она была утверждена только в 1954 г. на X Генеральной конференции по мерам и весам.

Градус Цельсия, в единицах которого также может быть выражена термодинамическая температура, по своему температурному промежутку в точности равен градусу Кельвина, но числовое значение любой температуры в градусах Цельсия на 273,15 градусов больше значения той же температуры в градусах Кельвина.

Размер 1 градуса Кельвина (или 1 градуса Цельсия), определенный из числового значения температуры тройной точки воды, при современных точностях измерения не отличается от его размера, определенного (что было принято ранее) как сотая доля температурного промежутка между точками замерзания и кипения воды.

Классификация методов и приборов для измерения температуры

Измерение температуры тела или среды может быть осуществлено двумя принципиально различными косвенными путями.

Первый путь ведет к измерению значений одного из температурозависимых свойств или параметров состояния непосредственно самого тела или среды, второй — к измерению значений температурозависимых свойств или параметров состояния вспомогательного тела, приведенного (прямо или косвенно) в состояние теплового равновесия с телом или средой, температуpa которых измеряется.

Вспомогательное тело, служащее для этих целей и являющееся датчиком комплектного прибора для измерения температуры, называется термометрическим (пирометрическим) зондом, или термоприемником. Поэтому все методы и приборы для измерения температуры разделяются на две принципиально различные группы: беззондовые и зондовые.

Термоприемник или какое-либо вспомогательное устройство прибора может быть приведено в прямое механическое соприкосновение с телом или средой, температура которых измеряется, или же между ними может осуществляться лишь «оптический» контакт.

В зависимости от этого все методы и приборы для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Наибольшее практическое значение имеют зондовые контактные и бесконтактные методы и приборы.

Погрешности при измерении температуры

Всем контактным, в первую очередь зондовым, методам измерения температуры, в отличие от других методов, свойственны т. н. тепловые или термические методические погрешности, обусловленные тем, что комплектный зондовый термометр (или пирометр) измеряет значение температуры только чувствительной части термоприемника, усредненное по поверхности или объему этой части.

Между тем эта температура, как правило, не совпадает с измеряемой потому, что термоприемник неизбежно искажает температурное поле, в которое его вносят. При измерении установившейся постоянной температуры тела или среды между ним и термоприемником устанавливается определенный режим теплообмена.

Постоянная разность температур термоприемника и измеряемой температуры тела или среды характеризует статическую термическую погрешность при измерении температуры.

Если измеряемая температуpa изменяется, то термическая погрешность оказывается функцией времени. Такую динамическую погрешность можно рассматривать как состоящую из постоянной части, эквивалентной статической погрешности, и переменной части.

Последняя возникает потому, что при всяком изменении теплообмена между телом или средой, температура которых измеряется, новый режим теплообмена устанавливается не сразу. Обусловленное отставанием искажение показаний термометра или пирометра, являющееся функцией времени, характеризуется тепловой инерцией термоприемника.

Тепловые погрешности и тепловая инерция термоприемника зависят от тех же факторов, что и теплообмен между телом или средой и термоприемником: от температур термоприемника и тела или среды, от их размеров, состава (а значит и свойств) и состояния, от конструкции, размеров, геометрической формы, состояния поверхности и свойств материалов термоприемника и окружающих его тел, от их взаиморасположения, от того, по какому закону изменяются во времени измеряемая температура тела или среды.

Тепловые методические погрешности при измерении температуры, как правило, в несколько раз превосходят инструментальные погрешности термометров и пирометров. Их снижение достигается применением рациональных методик измерения температуры и конструкций термоприемников и целесообразным монтажом последних на местах применения.

Улучшение теплообмена термоприемника и среды или тела, температура которых измеряется, достигается форсированием полезных и подавлением вредных факторов теплообмена.

Например, при измерении температуры газа в замкнутом объеме увеличивают конвективный теплообмен тероприемника с газом, создавая искусств, быстрое обтекание газом термоприемника («отсосная» термопара), и снижают лучистый теплообмен со стенками объема, экранируя термоприемник («экранированная» термопара).

Для снижения тепловой инерции в термометрах и пирометрах с электрическим выходным сигналом применяют также специальные схемы, искусственно сокращающие время нарастания сигнала при быстром изменении измеряемой температуры.

Бесконтактные методы измерения температуры

Возможность применения контактных методов при измерениях определяется не только искажением контактным термоприемником измеряемой температуры, но также реальными физическими и химическими характеристиками материалов термоприемника (коррозионной и механической стойкостью, жаропрочностью и т. д.).

Бесконтактные методы измерения свободны от этих ограничений. Однако важнейшим из них, т.е. основанным на законах температурного излучения, присущи особые погрешности, обусловленные тем, что используемые законы в точности справедливы лишь для абсолютно черного излучателя, от которого по свойствам излучения более или менее значительно отличаются все реальные физические излучатели (тела и среды).

В соответствии с законами излучения Кирхгофа любое физическое тело излучает энергии меньше, чем черное тело, нагретое до той же температуры, что и физическое.

Поэтому прибор для измерения температуру, отградуированный по черному излучателю, при измерении температуры реального физического излучателя покажет температуру, меньшую действительной, а именно такую, при которой свойство черного излучателя, использованное при градуировании (энергия излучения, его яркость, его спектральный состав и т. п.), совпадает по своему значению со свойством физического излучателя при данной действительной его температуре, подлежащей определению. Измеренная заниженная псевдотемпература называется черной температурой.

Различные методы измерения приводят к различным, как правило, не совпадающим черным температурам: пирометр радиационный показывает интегральную или радиационную, пирометр оптический — яркостную, пирометр цветовой — цветовую черные температуры.

Переход от измеренных черных к действительным температурам осуществляется графически или аналитически, если известна излучательная способность объекта, температуpa которого измеряется.

Излучательной способностью называется отношение значений используемого для измерения свойства излучения физического и черного излучателей, имеющих одинаковую температуру: при радиационном методе излучательная способность равна отношению суммарных (по всему спектру) энергий, при оптическом — спектральная излучательная способность равна отношению спектральных плотностей энергетической яркости. При прочих равных условиях наименьшие погрешности от нечерноты излучателя дает пирометр цветовой.

Радикальное решение задачи измерения лучистыми методами действительной температуры нечерного излучателя достигается искусств, созданием для него условий, превращающих его в черный излучатель (например, помещением его в практически замкнутую полость).

В некоторых частных случаях возможно измерение действительной температуры нечерных излучателей обычными пирометрами излучения при применении особых методик измерения температуры (например, подсветки, в лучах трех длин волн, в поляризованном свете и др.).

Распространенные приборы для измерения температуры

Громадный диапазон значений измеряемых температур и неисчерпаемое количество различных условий и объектов измерения обусловливают чрезвычайное разнообразие и многочисленность методов и приборов для измерения температуры.

Самые распространенные приборы для измерения температуры:

Самые популярные электрические приборы для измерения температуры:

Приборы многих видов, перечисленные выше, используются для измерений различными методами. Например, термоэлектрический термометр используется:

Вместе с тем многие методы измерения температуры могут быть реализованы приборами различных видов.

Так, например, температуpa наружного и комнатного воздуха может быть измерена приборами по меньшей мере 15 видов. На фотографии — биметаллический термометр.

Самый большой в мире термометр в Бейкере, Калифорния

Применение приборов для измерения температуры:

Источник