На чем основывается действие термометра
термометр
Полезное
Смотреть что такое «термометр» в других словарях:
термометр — термометр … Орфографический словарь-справочник
ТЕРМОМЕТР — (от греч. therme теплога, и metreo меряю). Градусник, прибор для показания степени теплоты или холода. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ТЕРМОМЕТР иначе градусник, прибор для измерения температуры.… … Словарь иностранных слов русского языка
ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, термометра, муж. (от греч. therme теплота и metron мера). Прибор для измерения температуры. Ртутный термометр. Уличный термометр. Медицинский термометр. Поставить термометр больному. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, физический прибор для измерения температур в произвольных, но вполне установленных единицах градусах (см.). Возможность измерять t° этим прибором основывается на следующем опытном положении: если одно тело А находится в тепловом… … Большая медицинская энциклопедия
ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, инструмент для измерения ТЕМПЕРАТУРЫ. В качестве измерителя можно взять любое вещество, свойства которого изменяются с изменением температуры, и ввести количественную шкалу. Таким образом точно вычисляется величина изменения. Например … Научно-технический энциклопедический словарь
термометр — градусник (разг.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. термометр сущ. • градусник Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012 … Словарь синонимов
Термометр — Термометр: 1 резервуар с ртутью; 2 капилляр, по положению ртути в котором отсчитывают показания; 3 шкала. ТЕРМОМЕТР (от термо. и греческого metreo измеряю), прибор для измерения температуры посредством его контакта с исследуемой средой. Первые… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
термометр — ТЕРМОМЕТР, разг. градусник … Словарь-тезаурус синонимов русской речи
термометр — и устарелое термометр. Произношение [тэрмометр] устарело … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке
ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, а, муж. Прибор для измерения температуры. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
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.
Вопрос № 4. Пояснить на каком физическом явлении основан принцип термометров. Объяснить устройство дилатометрического термометра.
Принцип действия дилатометрических и термометров основан на различии линейного расширения твердых тел, из которых изготовлены чувствительные элементы этих термометров.
Схема дилатометрического термометра на рис. Термометр состоит из трубки 1. изготовленной из металла с большим коэффициентом линейного расширения (меди, латуни, алюминия), и стержня 2 из материала с малым коэффициентом линейного расширения (инвара, фарфора). Один конец трубки крепится неподвижно к корпусу прибора, а к другому жестко прикреплен стержень. Сама трубка помещается в среду, температуру которой измеряют. Изменение температуры среды приводит к изменению длины трубки, а длина стержня остается практически постоянной. Это приводит к перемещению стержня, который с помощью рычага 3 перемещает стрелку по шкале прибора.
Дилатометрические термометры для непосредственных измерений температуры применяются сравнительно редко.
Термометры
Схема прообраза термометра была следующей: это был сосуд с трубкой, содержащей воздух, отделенный от атмосферы столбиком воды; он изменял свои показания и от изменения температуры, и от изменения атмосферного давления. В 18 веке воздушный термометр был усовершенствован. Современную форму термометру придал ученый Фаренгейт, который описал свой способ изготовления термометра в 1723 г. Первоначально свои трубки он наполнял спиртом и лишь в конце исследований перешел к ртути. Окончательно постоянные точки тающего льда и кипящей воды установил шведский физик Цельсий в 1742 г. Сохранившиеся экземпляры термометров Фаренгейта и Цельсия отличаются тщательностью исполнения.
Существует огромное количество видов термометров – электронные термометры, цифровые, термометры сопротивления, биметаллические термометры, инфракрасные термометры (ик термометры), дистанционные термометры, электроконтактные термометры. И, конечно же, наиболее популярные – спиртовые и ртутные термометры. Помимо непосредственно термометров в продаже широко представлены оправы к термометрам, манометрические термометры (термоманометры), портативные пирометры, гигрометры термометры, термометры барометры, тонометры термометры, термопары и другое оборудование.
Вопрос, где купить термометр, сейчас практически не стоит. На рынке представлен широчайший спектр термометров различного назначения, в том числе и бытовых: уличные термометры для любых окон (и деревянных, и пластиковых), комнатные термометры для дома и офиса, термометры для бань и саун. Можно купить термометры для воды, для чая, даже для вина и пива, для аквариума, специальные термометры для почвы, для инкубаторов, фасадные и автомобильные термометры. Существуют термометры для холодильников, морозильных камер и погребов. Словом, найдётся всё! От вида термометра существенно зависит его цена. Диапазон цен также широк, как и ассортимент видов термометров. Установка термометра, как правило, технологически не сложна. Но не забывайте, что надёжное и долговечное крепление термометра гарантирует только выполненная по всем правилам установка, не стоит этим пренебрегать. Помните также, что термометр – прибор инерционный, и время установления его показаний составляет 10-20 минут, в зависимости от требуемой точности. Поэтому не следует ждать, что термометр изменит свои показания сразу, как только вы его вынете из упаковки или установите.
Манометрические термометры. Приборы для измерения температуры, действие которого основано на измерении давления какого-либо вещества (жидкости или газа) при изменении температуры. Шкала манометра градуируется непосредственно в единицах температуры. Измерительная система состоит из погружаемого элемента, капиллярного провода и трубчатой пружины в корпусе. Данные элементы соединены в единое устройство, которое под давлением заполнено инертным газом. Изменение температуры влечёт изменение объема или внутреннего давления в погружаемом устройстве. Давление деформирует измерительную пружину, отклонение которой передается с помощью стрелочного механизма на стрелку. Колебания температуры окружающей среды могут не приниматься во внимание, так как для компенсации между стрелочным механизмом и измерительной пружиной встроен биметаллический элемент. В зависимости от применяемого рабочего вещества различают следующие манометрические термометры: – газовые (азот); – конденсационные (метилхлорид, спирт, диэтиловый эфир); – жидкостные (метилксилол, силиконовые жидкости, металлы с низкой точкой плавления); – ртутные со специальными наполнителями.
Термометры сопротивления. Действие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. В металлических термометрах сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно. В полупроводниковых термометрах сопротивления оно наоборот, уменьшается.
Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров сопротивления. Это объясняется тем, что градуированные характеристики термисторов значительно отличаются друг от друга, что затрудняет их взаимозаменяемость.
Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом – электрическим сопротивлением, для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный сигнал. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока.
Термоэлектрические термометры (термопары). Принцип действия термоэлектрических термометров основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу при нагревании места их соединения – спая. Проводники в этом случае называются термоэлектродами, а все устройство – термопарой. Величина термоэлектродвижущей силы термопары зависит от материала термоэлектродов и разности температур горячего спая и холодных спаев. Поэтому при измерении температуры горячего спая температуру холодных спаев стабилизируют или вводят поправку на ее изменение.
В промышленных условиях стабилизация температуры холодных спаев термопары затруднительна, поэтому обычно пользуются вторым способом – автоматически вводят поправку на температуру холодных спаев. Для этого применяют неуравновешенный мост, включаемый последовательно с термопарой. В одно плечо такого моста включен медный резистор, расположенный около холодных спаев. При изменении температуры холодных спаев термопары изменяется сопротивление резистора и выходное напряжение неуравновешенного моста. Мост подбирают таким образом, чтобы изменение напряжения было равно по величине и противоположно по знаку, изменению термоэлектродвижущей силы термопары вследствие колебаний температуры холодных спаев.
Термопары являются первичными преобразователями температуры в термоэлектродвижущую силу – сигнал, удобный для дистанционной передачи. Поэтому в измерительную цепь за термопарой может быть сразу включен измерительный прибор для измерения термоэлектродвижущей силы термопары. Обычно применяют автоматические потенциометры.
Если термоэлектродвижущую силу термопары преобразуют в унифицированный сигнал промежуточным преобразователем, то компенсация температуры холодных спаев производится неуравновешенным мостом, который входит в состав преобразователя.
Медный резистор размещают в потенциометре или промежуточном преобразователе. Следовательно, там же должны находиться и холодные спаи термопары. В этом случае длина термопары должна быть равна расстоянию от места измерения температуры до места установки прибора. Такое условие практически невыполнимо, так как термоэлектроды термопар (жесткая проволока) неудобны для монтажа. Поэтому для соединения термопары с прибором применяют специальные соединительные провода, подобные по термоэлектрическим свойствам термоэлектродам термопар. Такие провода называются компенсационными. С их помощью холодные спаи термопары переносятся к измерительному прибору или преобразователю.
В промышленности применяют различные термопары, термоэлектроды которых изготовлены как из чистых металлов (платина), так и из сплавов хрома и никеля (хромель), меди и никеля (копель), алюминия и никеля (алюмель), платины и родия (платинородий), вольфрама и рения (вольфрамрений). Материалы термоэлектродов определяют предельное значение измеряемой температуры. Наиболее распространенные термоэлектродные пары образуют стандартные термопары: хромель-копель (предельная температура 600°С), хромель-алюмель (предельная температура 1000°С), платинородий-платина (предельная температура 1600°С) и вольфрамрений с 5% рения- вольфрамрений с 20% рения (предельная температура 2200°С). Промышленные термопары отличаются высокой стабильностью характеристик, что позволяет заменять их без какой-либо переналадки остальных элементов измерительной цепи.
Термопары, как и термометры сопротивления, устанавливают в защитных чехлах, на которых указан тип термопары. Для высокотемпературных термопар применяют защитные чехлы из теплостойких материалов: фарфора, оксида алюминия, карбида кремния и т.п.
Изготавливаются данные приборы по техническим условиям предприятия. В общем случае электроконтактные термометры конструктивно подразделяются на 2 вида:
– термометры с переменной (устанавливаемой) температурой контактирования, термометры с постоянной (заданной) температурой контактирования (так называемые термоконтакторы);
– электроконтактные термометры с переменным контактом изготавливаются с вложенной шкалой. Шкальная пластина из стекла молочного цвета с нанесенными на нее делениями шкалы и оцифровкой позволяет проводить визуальный контроль температурных режимов в установках.
Термоконтакторы изготавливаются из массивной капиллярной трубки, имеют один или два рабочих контакта, т.е. одну или две фиксированные температуры контактирования. Применяются при погружении в измеряемую среду до соединительного (нижнего) контакта.
Термометры имеют магнитное устройство, с помощью которого рабочая точка контактирования изменяется в диапазоне всего интервала температур.
Электроконтактные термометры и термоконтакторы работают в цепях постоянного и переменного тока в безыскровом режиме. Допускаемая электрическая нагрузка на контактах этих приборов не более 1 Вт при напряжении до 220 В и силе тока 0,04 А. Для включения в электроцепь термоконтакторы снабжены припаянными гибкими проводниками. Термометры подключаются к цепи с помощью контактов под съемной крышкой.
Электронные термометры. Если нужно контролировать температуру, скажем, в подвале дома, на чердаке или в любом подсобном помещении, обычный ртутный или спиртовой термометр вряд ли подойдет. Довольно неудобно периодически выходить из комнаты, чтобы взглянуть на его шкалу.
Более пригоден в подобных, случаях электронный термометр, позволяющий измерять температуру дистанционно – на расстояниях в сотни метров. Причем в контролируемом помещении будет располагаться лишь миниатюрный термочувствительный датчик, а в комнате на видном месте – стрелочный индикатор, по шкале которого и отсчитывают температуру. Соединительная линия между датчиком и устройством индикации может быть выполнена либо экранированным проводом, либо двухпроводным электрическим шнуром. Конечно, электронный термометр – не новинка современной электроники. Но в большинстве случаев термочувствительным элементом в ранних версиях таких термометров был терморезистор, обладающий нелинейной зависимостью сопротивления от температуры окружающей среды. А это менее удобно, поскольку стрелочный индикатор нужно было снабжать специальной нелинейной шкалой, получаемой во время, градуировки прибора с помощью образцового термометра.
Сейчас в электронных термометрах в качестве термочувствительного элемента применяется кремниевый диод, зависимость прямого напряжения (т.е. падения напряжения на диоде при протекании через него прямого тока – от анода к катоду) которого линейна в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. В этом варианте отпадает необходимость в специальной градуировке шкалы стрелочного индикатора.
Принцип действия электронного термометра можно понять, вспомнив известную мостовую схему измерения, образованную четырьмя резисторами, с включенным в одну диагональ стрелочным индикатором и поданным на другую диагональ питающим напряжением. При изменении сопротивления одного из резисторов, через стрелочный индикатор начинает протекать ток.
Цифровые термометры. Цифровые, как и любые другие термометры, – это приборы, предназначенные для измерения температуры. Достоинством цифровых термометров является то, что они обладают малыми размерами, широким диапазоном измеряемой температуры в зависимости от используемых внешних датчиков температуры. Внешние датчики температуры могут быть как термопары различных типов, так и термометры сопротивления, иметь различные формы и области применения. Например, имеются внешние датчики температуры для газообразных, жидких и твёрдых тел. Термометры цифровые представляют собой высокоточные, высокоскоростные приборы. В основе цифрового термометра лежит аналого-цифровой преобразователь, работающий по принципу модуляции. Параметры термометра в смысле погрешности измерений всецело определяются датчиками. Цифровые термометры могут применяться в бытовых целях и для контроля технологических процессов в строительстве, в том числе дорожном, а также в строительной индустрии, сельском хозяйстве, деревообрабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. Цифровые термометры обладают памятью измерений и могут обеспечивать несколько режимов наблюдения.
Спиртовые термометры. Термометр спиртовой относится к термометрам расширения и является подвидом жидкостного термометра. Принцип действия термометра спиртового основан на изменении объема жидкостей и твердых тел при измерении температуры. Таким образом, в данном термометре используется способность жидкости, заключенной в стеклянную колбочку, к расширению и сжатию. Обычно стеклянная капиллярная трубочка заканчивается шаровидным расширением, которое служит резервуаром для жидкости. Чувствительность такого термометра находится в обратной зависимости от площади поперечного сечения капилляра и в прямой – от объема резервуара и от разности коэффициентов расширения данной жидкости и стекла. Поэтому чувствительные термометры имеют большие резервуары и тонкие трубки, а используемые в них жидкости с увеличением температуры расширяются значительно быстрее, чем стекло. Этиловый спирт применяют в термометрах, предназначенных для измерения низких температур. Точность проверенного стандартного стеклянного спиртового термометра ±0,05°С. Главная причина погрешности связана с постепенными необратимыми изменениями упругих свойств стекла. Они приводят к уменьшению объема стекла и повышению точки отсчета. Кроме того, ошибки могут возникать в результате неправильного считывания показаний или из-за размещения термометра в месте, где температура не соответствует истинной температуре воздуха. Дополнительные ошибки могут возникать из-за сил сцепления между спиртом и стеклянными стенками трубки, поэтому при быстром понижении температуры часть жидкости удерживается на стенках. Кроме того, спирт на свету уменьшает свой объем.
Биметаллические термометры. Их строение основано на различии теплового расширения веществ, из которых изготовлены пластины применяемых чувствительных элементов. Биметаллические термометры используются для измерения температуры в жидких и газообразных средах, в том числе на морских и речных судах, атомных электростанциях.
В общем случае, биметаллический термометр состоит из двух тонких лент металла, например медной и железной, которые при нагревании расширяются неодинаково. Плоские поверхности лент плотно прилегают одна к другой. Такая биметаллическая система скручена в спираль, один из концов этой спирали жестко закрепляется. При нагревании или охлаждении спирали ленты, изготовленные из разных металлов, расширяются или сжимаются по-разному. Следовательно, спираль или раскручивается, или туже скручивается. По указателю, который прикреплен к свободному концу спирали, можно судить о величине изменений. Примером биметаллического термометра может служить комнатный термометр с круглым циферблатом.
Кварцевые термометры. Кварцевые термометры основаны на температурной зависимости резонансной частоты пьезокварца. Датчик кварцевого термометра представляет собой кристаллический резонатор, выполненный в виде тонкого диска или линзы, помещенный в герметизирующий кожух, заполненный для лучшей теплопроводности гелием при давлении около 0,1 мм.рт.ст. (диаметр кожуха составляет 7-10 мм). В центральной части линзы или диска нанесены золотые электроды возбуждения, а держатели (выводы)располагаются на периферии.
Точность и воспроизводимость показаний определяются главным образом изменением частоты и добротностью резонатора, понижающейся при эксплуатации вследствие развития микротрещин от периодического нагрева и охлаждения.
Измеряемая схема кварцевого термометра состоит из датчика, включенного в цепь положительной обратной связи усилителя, и частотомера. Существенным недостатком кварцевых термометров является их инерционность, составляющая несколько секунд, и нестабильность работы при температурах выше 100°С из-за возрастающей невоспроизводимости.