Измерения температуры виды: измерение температуры и другие применения

Виды термометров и их предназначение

Сегодня практически невозможно представить себе жизнь без термометра. Конечно, о температуре на улице можно узнать из сводки погоды. Но как же определить уровень тепла в комнате, духовке, сушильной камере или теплице? Тут никак не обойтись без термометра.

Существует несколько их видов:

• жидкостные;
• механические;
• газовые;
• электрические;
• оптические.

Жидкостные

Принцип действия такого прибора основан на эффекте расширения или сжатии жидкости, которая заполняет колбу и изменяет свой объем при колебании собственной температуры. Обычно, в него заливают ртуть или спирт, которые тонко реагируют на минимальное изменение тепла в окружающей среде.

В медицине обычно используются ртутные градусники, а вот в метеорологии их заполняют спиртом, поскольку ртутный столбик может застывать уже при -38 градусах.

Механические

Принцип работы прибора данного типа тоже основан на расширении. Но с его помощью определяется температура в зависимости от расширения биметаллической ленты или металлической спирали.

Такие термометры характеризуются высокой точностью, они надежны и просты в эксплуатации.

Как отдельную, самостоятельную модель их, правда, не используют, обычно они применяются в автоматизированных системах.

Газовые

Газовый тип температурного измерителя работает по тому же принципу, что и жидкостное устройство. В качестве рабочего вещества в нем используют какой-либо инертный газ.

Преимущество этого прибора заключается в том, что он может измерять температуру, приближающуюся к абсолютному нулю, и диапазон его измерений колеблется от -271 до +1000 градусов. Это достаточно сложное устройство, которое редко участвует в лабораторных измерениях.

Электрические

Работа такого измерительного прибора связана с зависимостью сопротивления используемого проводника от температуры. Известно, что сопротивление любых металлов линейно зависит от уровня их тепла. Более точные измерения можно получить, если заменить металлические проводники полупроводниками. Однако полупроводники в таких приборах практически не используют, поскольку зависимость между характеристиками полупроводника и уровня тепла нельзя выразить линейно и практически невозможно проградуировать приборную шкалу.

В роли проводника обычно выступает медь, показывающая изменения температур от -50 до +180 градусов. Если взять другой рабочий металл, например, платину, то температурный диапазон ее значительно расширится и составит от -200 до +750 градусов. Такие электрические тепловые датчики используют в лабораториях, на экспериментальных стендах или на производстве.

Оптические

Оптические приборы или пирометры позволяют узнать температуру по уровню светимости тела, анализу его спектра и некоторым другим параметрам. Это бесконтактный прибор, способный измерять, причем с точностью до нескольких градусов, уровень тепла в широчайшем диапазоне – от 100 до 3000 градусов. Чаще всего на практике мы встречаемся с инфракрасными бытовыми термометрами. Такие градусники очень удобны, поскольку позволяют безопасно, быстро и точно определять температуру тела человека.

Существуют и другие, более сложные температурные измерители, например, волоконно-оптические или термоэлектрические. Это очень чувствительные приборы, дающие точнейшие результаты измерения практически без ошибки.

Полезные советы Обновлено: 25.09.2020 10:54:30

Поставить оценку

Успешно отправлено, Спасибо за оценку!

Нажмите, чтобы поставить оценку

Классификация термометров — «Термаркет»

Главная » Классификация термометров

Термометр — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и т. д.

Принцип работы

Действие термометра основано на зависимости различных аддитивных физических величин от температуры. При измерении термометр приводится в тепловое равновесие с объектом, температура которого определяется. В каждом типе термометра непосредственно измеряется определенная физическая величина, связанная с температурой известной зависимостью. которая называется температурной шкалой. Бесконтактные высокотемпературные термометры, основанные на измерении параметров оптимального излучения, называются пирометрами.

Типология термометров

По принципу действия все приборы для измерения температуры можно разделить на следующие типы:

• манометрические — изменение температуры фиксируется изменением давления;
• жидкостные — основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды;
• газовые — используют зависимость давления газа от температуры;
• биметаллические (механические) — в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла;
• электронные — принцип работы основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды;
• оптические (пирометры) — позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров при изменении температуры;
• инфракрасные — позволяет измерять температуру без непосредственного контакта с измеряемой средой.

По назначению разделяют следующие виды термометров:

• технические предназначены для общего назначения, используются в различных промышленных областях;
• коррозионностойкие — для эксплуатации в особо жестких условиях, имеют высокий класс пылевлагозащиты;
• игольчатые применяются для измерения густых, сыпучих и вязких сред;
• трубные используются для измерения температуры на поверхности труб;
• судовые применяется в системах и аппаратах судов;
• сельскохозяйственные используются в складских помещениях и инкубаторах;
• самопишущие предназначены для измерения температуры и записи ее во времени на дисковой диаграмме, для использования в системах автоматического управления температурой;
• сигнализирующие — для оповещения о достигнутых значениях температуры;
• метеорологические предназначенных для метеорологических станций;
• вибростойкие применяются в условиях высоких вибраций;
• электроконтактные — для управления внешними электрическими цепями от сигнализирующих устройств приборов;
• лабораторные применяются для высокоточных измерений в лабараторных условиях;
• для нефтепродуктов применяются в нефтяной промышленности для контроля температуры и анализа качества нефтепродуктов.

Применение термометров

Термометры используются на предприятиях в сельском хозяйстве, нефтехимической, химической, горно-металлургической промышленностях, в машиностроении, жилищно- коммунальном хозяйстве, транспорте, строительстве, медицине, словом во всех жизненных сферах.

«Термаркет» © 2014 — 2023
Все права защищены.

Температура | Общая наука | Визионернинг

• Закладка
• Глоссарий терминов

Измерение температуры является сравнительно новой концепцией. Ранние ученые понимали разницу между «горячим» и «холодным», но до XVII века у них не было метода количественной оценки различных степеней тепла. В 1597 году итальянский астроном Галилео Галилей изобрел простой водяной термоскоп — устройство, состоящее из длинной стеклянной трубки, перевернутой в герметичном сосуде, в котором находились и воздух, и вода. Когда банка нагревалась, воздух расширялся и выталкивал жидкость вверх по трубке.

Уровень воды в трубке можно было сравнить при разных температурах, чтобы показать относительные изменения при добавлении или удалении тепла. Однако в термоскопе не было простого способа прямого количественного измерения температуры.

Несколько лет спустя итальянский врач и изобретатель Санторио Санторио усовершенствовал конструкцию Галилея, добавив к термоскопу числовую шкалу. Эти ранние термоскопы привели к развитию заполненных жидкостью термометров, широко используемых сегодня. Современные термометры работают на основе тенденции некоторых жидкостей к расширению при нагревании. Поскольку жидкость внутри термометра поглощает тепло, она расширяется, занимая больший объем и заставляя уровень жидкости внутри трубки повышаться. Когда жидкость охлаждается, она сжимается, занимая меньший объем и вызывая падение уровня жидкости.

Температура — это мера количества тепловой энергии, которой обладает объект (дополнительную информацию об этом понятии см. в нашем модуле «Энергия»).

Поскольку температура является относительным измерением, для точного измерения температуры необходимо использовать шкалы, основанные на опорных точках. В настоящее время в мире широко используются три основные шкалы для измерения температуры: шкала Фаренгейта (°F), шкала Цельсия (°C) и шкала Кельвина (K). Каждая из этих шкал использует разные наборы делений, основанные на разных опорных точках, как подробно описано ниже.

Контрольная точка понимания

Температура – ​​это (n) _____ измерение.

• родственник
• б.абсолютный

Фаренгейт

Даниэль Габриэль Фаренгейт (1686-1736) был немецким физиком, которому приписывают изобретение спиртового термометра в 1709 году.и ртутный термометр в 1714 году. Температурная шкала Фаренгейта была разработана в 1724 году. Первоначально шкала Фаренгейта установила шкалу, в которой температура смеси льда, воды и соли устанавливалась на 0 градусов. Температура смеси лед-вода (без соли) была установлена ​​на уровне 30 градусов, а температура тела человека была установлена ​​на уровне 96 градусов. Используя эту шкалу, Фаренгейт измерил температуру кипящей воды как 212°F по своей шкале. Позже он скорректировал температуру замерзания воды с 30°F до 32°F, сделав таким образом интервал между точками замерзания и кипения воды равным 180 градусам (и сделав температуру тела знакомой нам 9°).8,6°F). Шкала Фаренгейта до сих пор широко используется в Соединенных Штатах.

Цельсия

Андерс Цельсий (1701-1744) был шведским астрономом, которому приписывают изобретение стоградусной шкалы в 1742 году. последовательный метод калибровки термометра. Цельсий делил разницу температур между точками замерзания и кипения воды на 100 градусов (отсюда и название центи , что означает сто, и степень , что означает градусы). После смерти Цельсия стоградусная шкала была переименована в шкалу Цельсия, а точка замерзания воды была установлена ​​на уровне 0°С, а точка кипения воды – на уровне 100°С. Шкала Цельсия имеет преимущество перед шкалой Фаренгейта в научных исследованиях, поскольку она более совместима с десятичным форматом Международной системы метрических измерений (SI) (см. наш модуль «Метрическая система»). Кроме того, температурная шкала Цельсия обычно используется в большинстве стран мира, кроме США.

Контрольная точка понимания

Какая температурная шкала чаще используется в науке?

• а. по шкале Фаренгейта
• б. по шкале Цельсия

Кельвин

Лорд Уильям Кельвин (1824-191907) был шотландским физиком, который изобрел шкалу Кельвина (К) в 1854 году. Шкала Кельвина основана на идее абсолютного нуля, теоретической температуры, при которой останавливается всякое молекулярное движение и не может быть обнаружена никакая заметная энергия (см. Модуль Matter для получения дополнительной информации). Теоретически нулевая точка по шкале Кельвина — это самая низкая возможная температура, которая существует во Вселенной: -273,15ºC. Шкала Кельвина использует ту же единицу деления, что и шкала Цельсия; однако он сбрасывает нулевую точку до абсолютного нуля: -273,15ºC. Таким образом, точка замерзания воды составляет 273,15 Кельвина (градации по шкале называются Кельвинами, и ни термин «градус», ни символ º не используются), а 373,15 К — это точка кипения воды. Шкала Кельвина, как и шкала Цельсия, является стандартной единицей измерения СИ, обычно используемой в научных измерениях. Поскольку на шкале Кельвина нет отрицательных чисел (ведь теоретически ничего не может быть холоднее абсолютного нуля), очень удобно использовать кельвины при измерении экстремально низких температур в научных исследованиях. (Три шкалы сравниваются на рис. 1.)

Проверка понимания

Температура ниже абсолютного нуля по шкале Кельвина

• а. не существуют.
• б. пишутся с отрицательными числами.

Рисунок 1: Сравнение трех различных температурных шкал.

Хотя это может показаться запутанным, каждая из трех обсуждаемых температурных шкал позволяет нам измерять тепловую энергию немного по-другому. Измерение температуры в любой из трех шкал можно легко преобразовать в другую шкалу, используя простые формулы, приведенные ниже.

Из	по Фаренгейту	в градусах Цельсия	в Кельвин
ºF	Ф	(ºF — 32)/1,8	(ºF-32)*5/9+273,15
°С	(ºC * 1,8) + 32	С	°С + 273,15
К	(К-273. 15)*9/5+32	К — 273,15	К

Таблица 1: Преобразование температуры

Резюме

Этот модуль знакомит с взаимосвязью между энергией, теплом и температурой. Объясняется принцип работы термометров, начиная с термоскопа Галилея в 159 г.7. Модуль сравнивает три основные температурные шкалы: градусы Фаренгейта, Цельсия и Кельвина. В нем обсуждается, как разные системы используют разные эталоны для количественной оценки тепловой энергии.

Ключевые понятия

• Существуют три различные системы измерения тепловой энергии (температуры): по Фаренгейту, по Цельсию и по Кельвину.

• В научных измерениях чаще всего используется шкала Кельвина или Цельсия в качестве единицы измерения температуры.

• Ничто не может быть холоднее абсолютного нуля, точки, в которой прекращается всякое молекулярное движение.

7 основных типов датчиков измерения температуры

Об авторе:

Роб Д. Янг — профессиональный автор контента. Персональный сайт rdywriting.com, также посетите страницу его блога searchenginejournal.com.

Температура определяется как энергетический уровень материи, о котором можно судить по некоторым изменениям в этой материи. Датчики для измерения температуры бывают самыми разными и имеют одну общую черту: все они измеряют температуру, регистрируя некоторые изменения физических характеристик.

 

Семь основных типов датчиков измерения температуры или устройств контроля температуры, обсуждаемых здесь, – это термопары, резистивные датчики температуры (терморезисторы, термисторы), инфракрасные излучатели, биметаллические устройства, устройства расширения жидкости, молекулярные датчики изменения состояния и кремниевые диоды.

 

1. Термопары

Термопары представляют собой устройства измерения напряжения, которые измеряют температуру при изменении напряжения. По мере повышения температуры выходное напряжение термопары увеличивается — не обязательно линейно.

 

Часто термопара располагается внутри металлического или керамического экрана, защищающего ее от воздействия различных сред. Термопары в металлической оболочке также доступны со многими типами внешних покрытий, например, с тефлоновым, для безотказной работы в кислотах и ​​растворах сильных щелочей.

 

СВЯЗАННЫЕ: Термопары и датчики температуры

2. Резистивные устройства для измерения температуры

Резистивные устройства для измерения температуры также являются электрическими. Вместо того, чтобы использовать напряжение, как это делает термопара, они используют другую характеристику вещества, которая изменяется с температурой, — его сопротивление. Компания OMEGA Engineering, Inc. в Стэмфорде, штат Коннектикут, имеет дело с двумя типами резистивных устройств: металлическими резистивными термометрами (RTD) и термисторами.

 

В общем, термометры сопротивления более линейны, чем термопары. Они увеличиваются в положительном направлении, при этом сопротивление увеличивается с повышением температуры. С другой стороны, термистор имеет совершенно другую конструкцию. Это чрезвычайно нелинейное полупроводниковое устройство, сопротивление которого уменьшается при повышении температуры.

3. Инфракрасные датчики

Инфракрасные датчики являются бесконтактными датчиками. Например, если вы поднесете типичный инфракрасный датчик к передней части стола без контакта, датчик сообщит вам температуру стола благодаря своему излучению — вероятно, 68 ° F при нормальной комнатной температуре.

 

При бесконтактном измерении ледяной воды ее температура будет чуть ниже 0°C из-за испарения, что несколько снижает ожидаемое значение температуры.

СВЯЗАННЫЕ: Инфракрасные и каталитические шариковые технологии для датчиков газа: плюсы и минусы

4.

Биметаллические устройства

Биметаллические устройства используют расширение металлов при нагревании. В этих устройствах для контроля температуры два металла соединены вместе и механически связаны со стрелкой. При нагревании одна сторона биметаллической полосы расширяется больше, чем другая. И при правильном приспособлении к указателю отображается измерение температуры .

 

Преимуществами биметаллических устройств являются портативность и независимость от источника питания. Однако они обычно не так точны, как электрические устройства, и вы не можете легко записать значение температуры, как с электрическими устройствами, такими как термопары или термометры сопротивления; но портативность является определенным преимуществом для правильного приложения.

5. Термометры

Термометры – это хорошо известные устройства расширения жидкости, которые также используются для измерения температуры. Вообще говоря, они делятся на две основные категории: ртутные и органические, обычно красные, жидкие. Разница между ними заметна, потому что ртутные устройства имеют определенные ограничения, когда речь идет о том, как их можно безопасно транспортировать или перевозить.

 

Например, ртуть считается загрязнителем окружающей среды, поэтому ее поломка может быть опасной. Обязательно ознакомьтесь с действующими ограничениями на авиаперевозку ртутных продуктов перед отправкой.

 

6. Датчики изменения состояния

Датчики температуры изменения состояния измеряют именно это – изменение состояния материала, вызванное изменением температуры, например, при переходе от льда к воде и потом париться. Коммерчески доступные устройства этого типа имеют форму этикеток, шариков, цветных карандашей или лаков.

 

Например, этикетки можно использовать на конденсатоотводчиках. Когда ловушку нужно отрегулировать, она становится горячей; тогда белая точка на этикетке укажет на повышение температуры, став черной. Точка остается черной, даже если температура возвращается к норме.

 

Метки изменения состояния указывают на измерение температуры в °F и °C. В устройствах такого типа белая точка становится черной при превышении указанной температуры; и это необратимый датчик, который остается черным после изменения цвета. Этикетки температуры полезны, когда вам нужно подтверждение того, что температура не превышала определенного уровня, возможно, по техническим или юридическим причинам во время транспортировки. Поскольку устройства с изменением состояния не являются электрическими, как и биметаллическая пластина, они имеют преимущество в некоторых приложениях. Некоторые формы этого семейства сенсоров (лак, мелки) не меняют цвет; следы, сделанные ими, просто исчезают. Пеллетный вариант визуально деформируется или полностью тает.

 

Ограничения включают относительно медленное время отклика. Поэтому, если у вас есть резкий скачок температуры вверх, а затем очень быстро снижается, видимой реакции может и не быть. Точность также не так высока, как у большинства других устройств, обычно используемых в промышленности. Однако в области применения, где вам нужна нереверсивная индикация, не требующая электропитания, они очень практичны.

 

Другие двусторонние этикетки работают по совершенно другому принципу, используя жидкокристаллический дисплей. Дисплей меняет цвет с черного на оттенок коричневого, синего или зеленого, в зависимости от достигнутой температуры.

 

Например, типичная этикетка полностью черная, если температура ниже измеряемой. По мере повышения температуры в точке, скажем, 33°F появляется цвет — сначала синий, затем зеленый и, наконец, коричневый, когда он достигает заданной температуры. В любом конкретном жидкокристаллическом устройстве вы обычно увидите два цветных пятна, расположенных рядом друг с другом: синее чуть ниже индикатора температуры и коричневое чуть выше. Это позволяет вам оценить температуру, скажем, между 85° и 9°С.0°F.

 

Несмотря на то, что он не является абсолютно точным, его преимущества заключаются в том, что он представляет собой небольшой прочный неэлектрический индикатор, который постоянно обновляет показания температуры.