Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры? Анемометр

Современное приборостроение предлагает широкий ассортимент измерителей температуры – приборы имеют разнообразную конфигурацию, принцип действия и сферы эксплуатации. Профессиональные и точные термометры незаменимы практически в любом направлении деятельности: их используют для контроля климатических показателей, при исследовании состояния материалов, оценке свойств веществ. Термометры также востребованы в быту и повседневной жизни, но особое распространение они получили в промышленности и науке.

Как работает датчик температуры?

Применение термометров в промышленности и лабораториях

В промышленных отраслях, таких как металлургия, целлюлозно-бумажное производство, земледелие, фармацевтика, животноводство, термометры необходимы для измерения температуры:

  • жидкостей;
  • растворов;
  • газов;
  • твердых тел;
  • поверхностей;
  • сыпучих материалов;
  • расплавов и т. д.

Профессиональные термометры особенно востребованы на производствах, где необходим контроль температуры сырья, технологического процесса или оценка свойств готовой продукции. К таким объектам относятся предприятия по изготовлению продуктов питания, химические и металлургические заводы, сельскохозяйственные организации и т. д. Контролировать технологические процессы также необходимо и в условиях лабораторных испытаний. Термометры находят применение в лабораториях контроля качества, эколого-аналитических центрах, технологических отделениях предприятий.

В каждой сфере деятельности востребованы определенные типы термометров. Эти измерители различаются по принципу действия и сфере применения.

Принцип действия измерителей температуры

В основе измерения температурных параметров могут лежать различные физические процессы. В зависимости от методики измерений все типы термометров делятся на 2 класса: контактные и бесконтактные.

1. Контактные термометры – принцип действия таких приборов основывается на необходимости теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Термометр с датчиком подходит для работы с газообразными средами, жидкостями, твердыми или сыпучими продуктами;

Контактные термометры по принципу измерения подразделяются на:

  • термометры сопротивления – фиксируют электрическое сопротивление веществ, изменяющееся в зависимости от изменения температуры окружающей среды. Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента и наружной (защитной) арматуры. В качестве материала для чувствительного элемента используют медь и платину. Эти материалы выбраны потому, что на их сопротивление заметно влияет изменение температуры окружающей среды (большой температурный коэффициент сопротивления). Термометры сопротивления часто используют в системах мониторинга и оповещения;
  • электронные термопары – предназначены для измерения термоэлектродвижущей силы, возникающей под действием сгенерированного тока;
  • манометрические – измерения основываются на зависимости температуры от давления газов, давление жидкости или газа меняется при изменении температуры. Чувствительным элементом в таких приборах служит термобаллон, который соединяется с манометром;

2. Бесконтактные – это такие термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения измеряемого объекта.

Бесконтактные термометры по принципу измерения подразделяются на:

Как работает датчик температуры?

Классификация термометров по исполнению

В зависимости от материалов, которые применяются в измерительном приборе, термометры бывают:

  • жидкостными – выполняются в виде корпуса с жидкостью, которой свойственно температурное расширение (чаще всего используют ртуть или спирт). Колба с жидкостью оснащается измерительной шкалой. По ней отслеживается движение жидкости, которая при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается;
  • газовыми – принцип работы термометров похож с жидкостными, но в качестве заполняющего вещества в колбе используется инертный газ. Газообразное вещество имеет увеличенный температурный диапазон, что позволяет применять данные термометры при исследовании раскаленных материалов;
  • механическими – основываются на принципе деформации спирали из металла или биметаллической ленты. Такие термометры оснащаются стрелкой и внешне напоминают циферблат часов. Наиболее часто механические термометры используют в автомобилях и специализированной технике;
  • электрическими – измеряют уровень сопротивления металлического проводника (чаще медного или платинового) при разных температурах;
  • термоэлектрическими – в основе высокоточных измерителей лежат два проводника, образующих спай, при нагревании которого возникает термоэлектрический ток;
  • волоконно-оптическими – оптоволоконные датчики, через которые проходит световой луч, под действием температур изменяют свой объем, в это время прибор регистрирует преломление света. Математическая обработка спектрального смещения света дает информацию об измеряемой температуре.

Многие промышленные и производственные отрасли требуют непрерывного контроля параметров внешней среды, в частности, измерения относительной влажности и температуры воздуха. От этих параметров зависит не только комфорт и безопасность сотрудников, но и течение технологических процессов, исправная работа электрооборудования, сохранность сырья и готовой продукции. Работа большинства предприятий тесно связана с использованием гигроскопичных материалов: древесина в деревообработке, бумага и картон в полиграфии, зерно и комбикорм в сельском хозяйстве и т. д. И чтобы обеспечить правильное хранение таких материалов, необходим специализированный прибор – цифровой термометр-гигрометр, или термогигрометр.

Эксплуатация термогигрометра в промышленности позволяет эффективно выполнять различные задачи:

  • проводить мониторинг микроклимата производственных и складских помещений;
  • контролировать технологические процессы сушки, измельчения, перемешивания и т. д.;
  • обеспечивать сохранность изделий и используемого сырья;
  • создавать благоприятные условия для содержания животных или выращивания растений;
  • грамотно расходовать энергетические ресурсы и многое другое.

По сути, термогигрометр является современной заменой психрометра – измерительного прибора, определяющего влажность воздуха по разнице температур сухого и мокрого термометра. Термогигрометры функциональны, отличаются быстродействием и точностью измерений, за счет чего эти приборы практически вытеснили из промышленного применения психрометры.

Как работает датчик температуры?

Функции и использование термогигрометра

Термогигрометр – профессиональный контрольно-измерительный прибор, сочетающий в себе функции термометра и гигрометра. При помощи термогигрометра возможно контролировать температурно-влажностный режим в любом помещении и на улице, фиксировать результаты замеров, а также регулировать работу исполнительных устройств. Термометр-гигрометр применяется в различных сферах: в строительстве, при аттестации рабочих мест, в музейных комплексах, на пищевых производствах, в животноводческих хозяйствах, в транспорте логистических компаний, при обслуживании архивов и библиотек, в аквапарках и т. д.

Разновидности термогигрометров

Как работает датчик температуры?

Разнообразный ассортимент термогигрометров включает в себя стационарные и портативные модели контрольно-измерительных устройств. Также все термогигрометры можно применять:

  • для постоянного мониторинга – приборы способны непрерывно измерять показатели температурно-влажностного режима в различных контрольных точках, фиксировать данные в памяти устройства и передавать полученные результаты на персональный компьютер. Накопление статистики в памяти устройства представляет собой журнал показаний гигрометра, по ней можно отслеживать динамику показателей в любой заданный период и выводить на печать данные. Постоянный мониторинг часто выполняется с помощью стационарных приборов контроля влажности и температуры. АО «ЭКСИС» производит модели, к которым можно подключать исполнительные устройства, регулирующие влажность и температуру в контролируемых средах и объектах;
  • для экспресс-измерений – приборы имеют портативный вариант исполнения и могут применяться в полевых условиях. Замеры выполняются оперативно и точно, что особенно важно при эпизодическом (инспекционном) контроле параметров влажности и температуры воздуха, например во время аттестации рабочих мест. Такие приборы также могут быть использованы и для постоянного мониторинга, так как имеют весь необходимый функционал.

Работа стационарного термогигрометра

Чтобы разобраться, как работает стационарный термометр-гигрометр, следует рассмотреть его конструктивные особенности и характеристики:

  • измерительный зонд (до 16 шт.), в котором расположены чувствительные к изменениям влажности и температуры сенсоры;
  • измерительный блок в пластиковом или металлическом корпусе (в зависимости от модели), к которому подключаются зонды, считывающие показатели температуры и влажности воздуха или других неагрессивных газообразных сред;
  • прибор просто настраивается к работе с помощью кнопок, расположенных на панели. При необходимости дополняется специальным ПО, посредством, которого настройку можно провести с помощью компьютера. Это специальное ПО EVL расширяет значительно возможности работы с термогигрометром, обеспечивая вывод накопленной статистики, её анализ, а также позволяет, что важно, управлять прибором удалённо;
  • применяя стационарный термогигрометр (например, ИВТМ-7 /Х-Т с цветным графическим дисплеем и сенсорной панелью управления), снабженный реле, и подключая исполнительные устройства, можно регулировать влажность и температуру, если они выходят за пределы установленных пороговых значений. Причем, ПО EVL позволяет удалённо (не находясь рядом с прибором) следить за работой устройств и вносить необходимые изменения в их работу.

Цифровые преимущества термогигрометров перед психрометрами бесспорны, поэтому они получили широкое применение. Мы рекомендуем для измерения влажностно-температурных показателей использовать профессиональные термогигрометры ИВТМ-7, которые отличает высокая точность и надёжность измерений.

Особенности и преимущества термогигрометров

С помощью термометра-гигрометра удобно проводить комплексную оценку микроклимата помещений, цифровое исполнение позволяет включать этот прибор в различные системы управления. Термогигрометры отличаются удобством эксплуатации, быстродействием и точностью измерений. Ответственные производители термогигрометров, в том числе АО «ЭКСИС», стремятся наделить измерители множеством полезных функций и характеристик, например:

  • удобная панель измерительного блока, позволяющая без труда считывать показания;
  • встроенная память для фиксации показаний и формирования статистики;
  • поддержка различных интерфейсов связи с компьютером;
  • возможность пересчета показателей в различные единицы измерения;
  • запоминание пороговых значений температуры и влажности;
  • функция управления внешними устройствами и т. д.

Термогигрометры ИВТМ-7 – правильный выбор, если Вам нужен точный, надёжный, профессиональный измеритель влажности и температуры с поверкой.

Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутрного столба, то считается повышенным, если меньше – то пониженным.

Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозней, а летом – жаркой. Пониженное атмосферное давление способствует появлению облачности, выпадению осадков. Поэтому постоянно знать величину атмосферного давления и контролировать его изменения необходимо не только ученым, медикам, но и всем нам.

Атмосферное давление

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, а также в Паскалях и гектоПаскалях. Принято считать нормальным давление, которое равно 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа) .

Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.

Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры?

На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.

Про анемометры:  билет 2

Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.

Приборы для измерения атмосферного давления

На сегодняшний день существует несколько видов барометров, с помощью которых осуществляют измерение давления воздуха:

  • Ртутный сифонный барометр – представляет У-образную, наполненную ртутью трубку с открытым и запаянным концом.
  • Ртутный чашечный барометр – состоит из вертикальной, наполненной ртутью трубки, верхний конец которой запаян, а нижний находится в специальной чашечке с ртутью.
  • Барометр-анероид – является безвоздушной металлической коробкой с волнообразными стенками.
  • Барограф – самопищущий прибор, который применяют для наблюдения за барометрическим давлением в определенные промежутки времени.
  • Электронный барометр – цифровой прибор, работающий по принципу обычного анероида или по принципу измерения давления воздуха на чувствительный кристалл.

Ртутные барометры являются более точными и надежными по сравнению с анероидами, по ним проверяют работу других видов барометров. Высота давления в них определяется по высоте столба ртути. Метеорологические станции оборудованы чашечными барометрами.

Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры?

Измерение атмосферного давления с помощью термогигрометра

Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины. Поэтому такие многофункциональные приборы приобрести намного выгоднее, чем устаревшие барометры и психрометры.

АО «ЭКСИС» предлагает Вашему вниманию огромный ассортимент электронных измерителей давления и других контрольно-измерительных приборов высокого качества и всегда по доступным ценам.

В частности, в нашей копании Вы сможете приобрести следующие модели термогигрометров:

  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 2-Д-В. Прибор, помимо измерения и регистрации температуры и относительной влажности воздуха и других неагрессивных газов, измеряет атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба и гПа, может регистрировать данные в энергонезависимой памяти, пересчитывать результаты измерений в различные единицы (процент относительной влажности, г/м3), осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений. ИВТМ-7 М 2-Д-В обладает высокой степенью пылевлагозащиты (IP65), благодаря чему возможно его использование в помещениях с повышенной влажностью.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 К-1. Прибор измеряет атмосферное давление в кПа, может пересчитывать значения различных единиц влажности, осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений, регистрировать данные на microSD, возможно подключение различных типов первичных преобразователей.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 Р-03-И-Д. Прибор оснащен жидкокристаллическим индикатором, предназначенным для визуального контроля значений относительной влажности, температуры и давления. Имеет малые габариты и эргономичный корпус.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 6-Д (в эргономичном корпусе). Прибор измеряет атмосферное давление в кПа, может регистрировать данные на энергонезависимой карте памяти, пересчитывать результаты измерений в различные единицы, осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений. Имеет эргономичный корпус, большой и удобный дисплей.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 3-Д-В. Прибор, помимо измерения и регистрации температуры и относительной влажности воздуха и других неагрессивных газов, измеряет атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба и гПа, может регистрировать данные в энергонезависимой памяти, пересчитывать результаты измерений в различные единицы (процент относительной влажности, г/м3), осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений. Модель ИВТМ-7 М3-Д-В предназначена для создания измерительной сети. Степень влагозащиты корпуса и датчика IP65, благодаря чему возможно его использование в помещениях с повышенной влажностью.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 6-Д. Прибор измеряет атмосферное давление в кПа, может регистрировать данные на энергонезависимой карте памяти (microSD), пересчитывать результаты измерений в различные единицы, осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений.

Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.

Термометр — это устройство, применяемое для измерения температуры. Его название произошло от двух греческих слов: «тепло» и «измеряю». Прибор позволяет фиксировать температуру разных сред: газов, жидкостей и твердых тел.

Как работает датчик температуры?

Все существующие термометры можно разделить на:

  • жидкостные;
  • механические;
  • газовые;
  • оптические;
  • электронные.

О каждом виде термометров и пойдет речь в статье. Но сначала об истории создания и о тех, кто создавал первые измерительные устройства.

История создания термометра

Считается, что первым человеком, который изготовил термометр, был итальянский физик эпохи Возрождения — Галилео Галилей. Хотя прямых доказательств этого нет. Однако об этом свидетельствовали последователи ученого, которые даже назвали год этого изобретения — 1597. Название у прародителя термометра было «термобароскоп» или «термоскоп».

Как работает датчик температуры?

Идея создания термоскопа пришла Галилею после изучения трудов греческого математика, жившего в I в.н.э, Герона Александрийского. Изначальным замыслом не предусматривалось измерение температуры. Устройство использовалось, чтобы демонстрировать подъем воды в зависимости от нагревания воздуха.

Термоскоп изготавливался из стеклянной трубки, полой, с одной стороны, и с припаянным шариком, с другой. Работало устройство следующим образом:

  • Шарик нагревали и конец трубки опускали в воду.
  • По мере того, как воздух в шарике начинал остывать и сжиматься, вода поднималась вверх по трубке.
  • При повышении температуры воздуха уровень воды в трубке снова понижался.

Измерить термоскопом температуру было невозможно. Он не был градуирован, да и уровень подъема воды зависел не только от степени нагрева воздуха, но и от окружающего давления. Почти через 60 лет после смерти Галилея (в 1657 году) его термоскоп усовершенствовали ученые из Флоренции.

Как работает датчик температуры?

Термоскопу добавили шкалу-бусины и герметично запаяли трубку, удалив из нее воздух, залив внутрь спирт и перевернув. До того, как стали использовать винный спирт, трубки лопались при замерзании воды. То, что именно спирт позволит сохранить целостность колбы при отрицательных температурах, предположил Фердинанд II — тосканский герцог. С 1654 года мастера стали заливать в термоскопы алкоголь.

Сосуд стал не нужен для работы прибора, поэтому от него избавились. В зависимости от температуры воздуха, бусины поднимались или опускались. А в качестве исходных точек для измерения использовали отметки, сделанные в самый жаркий и самый холодный дни года.

Наряду с Галилеем, первенство в создании устройств, которые фиксировали изменения температуры окружающего воздуха приписывают:

  • лорду Бэкону;
  • Санториусу;
  • Роберту Фладду;
  • Скарпи;
  • Саломону де Коссу;
  • Порте;
  • Корнелиусу Дреббелю.

Хотя де Косс был лично знаком с Галилеем, поэтому мог увидеть его изобретение. Устройства других исследователей тоже были созданы по принципу термоскопа и зависели от температуры, так же, как и от атмосферного давления.

Впервые жидкостный термометр был описан флорентийцами в 1667 году. Сохранилось описание процедуры изготовления стеклянных колб стеклодувами. Этих мастеров называли «Confia». Несколько экземпляров флорентийских термометров можно и сегодня увидеть в музее Галилея. Эти устройства довольно большие по своим размерам и не отличаются точностью показаний. Хотя самые опытные мастера уже тогда умели так наносить шкалу градусов, что их термоскопы показывали одинаковую температуру. Измерить ими, что то еще, кроме температуры воздуха, было невозможно.

Как работает датчик температуры?

Следующим ученым, внесшим вклад в эволюцию термометра, стал французский ученый Гийом Амонтон, живший в 1663–1705 гг. Он стал измерять степень увеличения упругости воздуха, а не его расширение. Свои опыты Амонтон проводил, используя открытую трубу, изогнутую к нижней части и переходящую в замкнутую круглую полость. Подливая в трубку ртуть, ученый фиксировал изменения объема воздуха в зависимости от температуры.

Амонтон избрал для двух постоянных точек температуру современного абсолютного нуля, когда воздух полностью теряет упругость, и температуру кипения воды. Из-за того, что состояние ртути и воздуха в устройстве зависело от атмосферного давления, о чем Амонтон не знал, его «абсолютный нуль», наступал при температуре -239.5 °С, а не при минус 273.15 °С.

Второй термометр Амонтона был герметичен и независим от окружающего давления. Его устройство включало в себя коленчатую трубку с раствором углекислого калия и нефтью, которая заканчивалась резервуаром с воздухом. Но этому сифонному барометру было еще очень далеко до совершенства современных термометров.

Тем, как выглядит современный термометр мы обязаны германскому ученому 18 века Габриэлю Фаренгейту. Начав с заполнения трубок спиртом, позднее он стал заполнять их ртутью. Фаренгейт установил ноль своей шкалы на отметке температуры смеси поваренной соли или нашатыря со снегом. Сделав градуирование, Фаренгейт установил, что вода начинает кипеть при 212⁰, а замерзает при 32⁰. Температура человеческого тела, при помещении термометра под мышку, составила 96⁰.

Как работает датчик температуры?

Метеоролог из Швеции Андерс Цельсий поставил точки кипения воды и таяния льда совсем не так, как это выглядит на современных градусниках. По его шкале вода закипала при 0⁰, тогда как лед начинал таять при 100⁰. Последователям оставалось лишь перевернуть шкалу, чтобы она приняла сегодняшний вид. Сделали это шведские ученые Карл Линней и Мортен Штремер. Кроме изобретения своей шкалы, Цельсий предсказал, что температура кипения воды может отличаться в зависимости от расположения местности относительно уровня моря. Зная этот уровень предполагалось проводить калибровку измерительных приборов.

Как работает датчик температуры?

Бытует мнение, что шкала должна называться именем Штремера и носит имя Цельсия из-за ошибки, допущенной химиком Иоганном Якобом в своей научной работе.

Еще одним человеком, оставившим след в истории создания измеряющего температуру устройства, является француз Рене Антуан Реомюр. Его работы стали причиной появления шкалы, градуированной в 80⁰. Несмотря на большой вклад в науку, прибор Реомюра не получил распространения и стал своеобразным шагом назад по сравнению с устройствами Фаренгейта. Фаренгейт и Реомюр стали последними, кто самостоятельно изготавливали свои термометры. После них этим стали заниматься ремесленники, зарабатывавшие на продажах устройств измерения температуры.

То, что можно создать шкалу, начальная точка которой не зависит от свойств материалов, используемых в термометре, было доказано в середине 19-го века. Это сделал английский лорд и физик Кельвин. Именно по «шкале Кельвина» таким началом служит абсолютный нуль, равный -273.15 ⁰С. Именно при такой температуре молекулы прекращают свое тепловое движение и охладить вещество еще больше становится невозможно.

Виды термометров

Как уже говорилось, все термометры можно классифицировать в зависимости от устройства и принципа работы на жидкостные, механические, газовые, оптические, электронные.

Про анемометры:  Как очистить морскую воду для питья

Жидкостные

В принцип действия жидкостных термометров, как это понятно из их названия, заложено изменение объема жидкости, заполняющей столбик устройства, при понижении или повышении окружающей температуры. В качестве жидкости, чаще всего, используется ртуть или спирт. Кроме спиртов и ртути, применяют также:

  • пентан;
  • сероуглерод;
  • галлий;
  • ацетон;
  • толуол;
  • таллиевую амальгаму.

Наиболее характерным жидкостным термометром является обычный градусник для измерения температуры тела. Подобные устройства можно встретить у многих людей, которым интересна температура в комнатах или в других помещениях, например, в сауне. Используются они и для термометрии на открытом воздухе.

Как работает датчик температуры?

В связи с тем, что ртуть представляет опасность для здоровья, ее использование постепенно подпадает под запрет. Сейчас в термометрах начинают использовать другие жидкие металлы и их сплавы, например, галистан, в в состав которого входят:

  • галлий;
  • олово;
  • индий;
  • цинк.

Такой наполнитель идеально подходит для замеров тел с высокой температурой. На замену ртутным градусникам все чаще приходят другие типы устройств, в том числе механические и электронные.

Механические

Такие термометры используют в качестве индикатора стрелку, закрепленную на спиральной пружине или биметаллической ленте. В зависимости от температуры пружина скручивается или разжимается, и стрелка движется вдоль шкалы с градусами. Такие градусники не отличаются точностью показаний и используются обычно в быту, когда максимальная точность не особо важна.

Как работает датчик температуры?

Следующей разновидностью являются газовые приборы.

Газовые

Устройства, использующие для определения температуры газов, основаны на принципе, изложенном в законе Шарля. В соответствии с ним в газах, остающихся в одном объеме, повышается давление при их нагревании. И, наоборот, давление газообразного вещества снижается, если оно остывает.

Как работает датчик температуры?

Исходя из установленной пропорции и замеряя повышение или понижение давления идеального газа, можно определить температуру измеряемой среды или вещества. Наиболее точные показания выдает термометр, где рабочим веществом является водород или гелий.

Оптические

Пожалуй, одними из самых востребованных на сегодня устройств измерения температуры являются оптические термометры. Они позволяют делать замеры на расстоянии, не соприкасаясь с телом или предметом измерения.

Как работает датчик температуры?

К такому виду относятся инфракрасные термометры, применяемые в медицине. Они улавливают тепловые, инфракрасные, лучи и, после их электронной обработки, выдают на дисплей температурный показатель. Своим принципом работы такие устройства схожи с тепловизорами, но отличаются более высокой точностью.

Еще одним поводом к тому, что такие приборы становятся все более востребованными, стал запрет на ртутные градусники. Уже с 2030 года в нашей стране будет запрещено использовать устройства для измерения температуры с ртутью в качестве рабочего вещества.

Электронные

Электронные термометры показывают температуру, оценивая изменение электрической сопротивляемости проводника, которая зависит от степени его нагрева. В более широкодиапазонных устройствах применяется термопара.

При этом учитывается разность потенциалов на контактах металлических проводников с отличающейся электроотрицательностью. Контактная разность меняется в зависимости от окружающей температуры. Самыми точными устройствами признаны те, в которых используется платиновая проволока или керамика с платиновым напылением.

Как работает датчик температуры?

Кроме приведенных устройств выделяют еще технические термометры, а также приборы для фиксации максимальной и минимальной температуры.

Технические термометры

Технические термометры нашли свое применение в различных сферах промышленности, начиная с сельскохозяйственной и заканчивая тяжелым машиностроением.

Как работает датчик температуры?

Среди них выделяют:

  • биметаллические приборы;
  • жидкостные технические термометры;
  • сельскохозяйственные термометры марки ТС-7А-М;
  • вибростойкие термометры;
  • лабораторные устройства;
  • ртутные с электрическими контактами;
  • термометры для измерения температуры нефтепродуктов;
  • низкоградусные термометры, применяемые в спецкамерах.

В зависимости от способа фиксации показателей, приборы измерения температуры могут классифицироваться как:

  • максимальные;
  • минимальные;
  • нефиксируемые.

Примером максимального термометра служит градусник для измерения температуры тела. После того, как ртуть или жидкость поднимается по шкале, она остается на максимальном уровне, а не опускается вниз. Минимальные устройства фиксируются на минимуме температуры. Нефиксируемые изменяют свои показания в зависимости от интенсивности прогрева или остывания среды измерения.

Видео по теме

История современного термометра уходит своими корнями в средние века. Изобретателем градусников принято считать Галилея, ученики которого описывали, что в 1597 году он изобрел прибор, фиксирующий изменения температуры воды. Он представлял собой трубку, наполненную жидкостью и шарик, который плавал на ее поверхности.

При нагревании воды ее уровень поднимался и шарик вместе с ним, при охлаждении – все происходило в обратном порядке. Однако истинным термометром этот прибор было назвать нельзя, ведь при помощи него невозможно было определить, сколько в помещении градусов или насколько горячая вода, то есть он не имел никаких шкал и градуировки. И, тем не менее, этот примитивный прибор стал прототипом настоящего градусника.

С середины XVII века началась история первых жидкостных термометров. Однако первые испытания их успехом не увенчались – при снижении температуры ниже нуля градусов они лопались. Причина была в том, что трубка была наполнена водой. Ситуация коренным образом изменилась, когда в качестве жидкости стали применять винный спирт, который замерзает при гораздо более низкой температуре.

Современный вид градусник приобрел в результате длительной работы ученого Фаренгейта (1723 год). Вначале своей деятельности в качестве жидкости он применял спирт, и лишь спустя много лет – ртуть. Он определил основные контрольные точки: плавления льда, кипения воды и температуры тела здорового человека. Его работы продолжил другой ученый – Цельсий (1742 год). Он взял за 0 – уровень плавления льда, а за 100 – кипение воды и произвел калибровку градусника. Также он выяснил, что эти параметры зависят от того, на каком уровне относительно моря, находится прибор.

https://youtube.com/watch?v=e60vPKEO9kU%3Ffeature%3Doembed

История изобретения

Изобретателем термометра принято считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но его ученики, Нелли и Вивиани, засвидетельствовали, что уже в 1597 году он сделал нечто вроде термобароскопа (термоскоп). Галилей изучал в это время работы Герона Александрийского, у которого уже описано подобное приспособление, но не для измерения степеней тепла, а для поднятия воды при помощи нагревания.

Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Шарик слегка нагревали и конец трубки опускали в сосуд с водой. Через некоторое время воздух в шарике охлаждался, его давление уменьшалось и вода под действием атмосферного давления поднималась в трубке вверх на некоторую высоту.

В дальнейшем при потеплении давление воздуха в шарике увеличивалось и уровень воды в трубке понижался при охлаждении же вода в ней поднималась. При помощи термоскопа можно было судить только об изменении степени нагретости тела: числовых значений температуры он не показывал, так как не имел шкалы. Кроме того, уровень воды в трубке зависел не только от температуры, но и от атмосферного давления.

В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел. Впоследствии термоскоп был изменен: его перевернули шариком вниз, а в трубку вместо воды налили бренди и удалили сосуд. Действие этого прибора основывалось на расширении тел, в качестве «постоянных» точек брали температуры наиболее жаркого летнего и наиболее холодного зимнего дня.

Изобретение термометра также приписывают лорду Бэкону, Роберту Фладду, Санториусу, Скарпи, Корнелиусу Дреббелю, Порте и Саломону де Коссу, писавшим позднее и частью имевшим личные отношения с Галилеем. Все эти термометры были воздушные и состояли из сосуда с трубкой, содержащего воздух, отделённый от атмосферы столбиком воды, они изменяли свои показания и от изменения температуры, и от изменения атмосферного давления.

Термометры с жидкостью описаны в первый раз в 1667 г. «Saggi di naturale esperienze fatte nell’Accademia del Cimento», где о них говорится как о предметах, давно изготовляемых искусными ремесленниками, которых называют «Confia», разогревающими стекло на раздуваемом огне лампы и выделывающими из него удивительные и очень нежные изделия.

Сначала эти термометры наполняли водой, но они лопались, когда она замерзала; употреблять для этого винный спирт начали в 1654 году по мысли великого герцога тосканского Фердинанда II. Флорентийские термометры не только изображены в «Saggi», но сохранились в нескольких экземплярах до нашего времени в Галилеевском музее, во Флоренции; их приготовление описывается подробно.

Сначала мастер должен был сделать деления на трубке, соображаясь с её относительными размерами и размерами шарика: деления наносились расплавленной эмалью на разогретую на лампе трубку, каждое десятое обозначалось белой точкою, а другие чёрными. Обыкновенно делали 50 делений таким образом, чтобы при таянии снега спирт не опускался ниже 10, а на солнце не поднимался выше 40.

Хорошие мастера делали такие термометры настолько удачно, что все они показывали одно и то же значение температуры при одинаковых условиях, однако такого не удавалось достигнуть, если трубку разделяли на 100 или 300 частей, чтобы получить большую точность. Наполняли термометры посредством подогревания шарика и опускания конца трубки в спирт, заканчивали наполнение при помощи стеклянной воронки с тонко оттянутым концом, свободно входившим в довольно широкую трубку.

После регулирования количества жидкости отверстие трубки запечатывали сургучом, называемым «герметическим». Из этого ясно, что эти термометры были большими и могли служить для определения температуры воздуха, но были ещё неудобны для других, более разнообразных опытов, и градусы разных термометров были не сравнимы между собою.

В 1703 г. Амонтон (англ. Guillaume Amontons) в Париже усовершенствовал воздушный термометр, измеряя не расширение, а увеличение упругости воздуха, приведённого к одному и тому же объёму при разных температурах подливанием ртути в открытое колено; барометрическое давление и его изменения при этом принимались во внимание.

Нулём такой шкалы должна была служить «та значительная степень холода», при которой воздух теряет всю свою упругость (то есть современный абсолютный нуль), а второй постоянной точкой — температура кипения воды. Влияние атмосферного давления на температуру кипения ещё не было известно Амонтону, а воздух в его термометре не был освобождён от водяных газов; поэтому из его данных абсолютный нуль получается при −239,5° по шкале Цельсия.

Другой воздушный термометр Амонтона, выполненный очень несовершенно, был независим от изменений атмосферного давления: он представлял сифонный барометр, открытое колено которого было продолжено кверху, снизу наполнено крепким раствором поташа, сверху нефтью и оканчивалось запаянным резервуаром с воздухом.

Про анемометры:  Термомасляные котлы в Санкт-Петербурге - на газе, электрические

Современную форму термометру придал Фаренгейт и описал свой способ приготовления в 1723 г. Первоначально он тоже наполнял свои трубки спиртом и лишь под конец перешёл к ртути. Нуль своей шкалы он поставил при температуре смеси снега с нашатырём или поваренной солью, при температуре «начала замерзания воды» он показывал 32°, а температура тела здорового человека во рту или под мышкой была эквивалентна 96°. Впоследствии он нашёл, что вода кипит при 212° и эта температура была всегда одна и та же при том же состоянии барометра. Сохранившиеся экземпляры термометров Фаренгейта отличаются тщательностью исполнения.

Окончательно установил обе постоянные точки, тающего льда и кипящей воды, шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 г. Но первоначально он ставил 0° при точке кипения, а 100° при точке замерзания. В своей работе Цельсий «Observations of two persistent degrees on a thermometer» рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура плавления льда (100°) не зависит от давления. Он также определил с удивительной точностью, как температура кипения воды варьировалась в зависимости от атмосферного давления. Он предположил, что отметку 0 (точку кипения воды) можно откалибровать, зная, на каком уровне относительно моря находится термометр.

Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0° стали принимать температуру плавления льда, а за 100° — кипения воды). В таком виде шкала оказалась очень удобной, получила широкое распространение и используется до нашего времени.

По одним сведениям, Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера. По другим сведениям, шкалу перевернул Карл Линней в 1745 году. А по третьим — шкалу перевернул преемник Цельсия М.Штремер и в XVIII веке такой термометр был широко распространён под именем «шведский термометр», а в самой Швеции — под именем Штремера, но известнейший шведский химик Иоганн Якоб в своем труде «Руководства по химии» по ошибке назвал шкалу М. Штремера цельсиевой шкалой и с тех пор стоградусная шкала стала носить имя Андерса Цельсия.

Работы Реомюра в 1736 г. хотя и повели к установлению 80° шкалы, но были скорее шагом назад против того, что сделал уже Фаренгейт: термометр Реомюра был громадный, неудобный в употреблении, а его способ разделения на градусы был неточным и неудобным.

После Фаренгейта и Реомюра дело изготовления термометров попало в руки ремесленников, так как термометры стали предметом торговли.

В 1848 г. английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, нуль которой не зависит от свойств воды или вещества, заполняющего термометр. Точкой отсчета в «шкале Кельвина» послужило значение абсолютного нуля: −273,15° С. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул. Следовательно, становится невозможным дальнейшее охлаждение тел.

Доработка термобароскопа Галилея

История создания термометров не закончилась на тщетных попытках Галилея придумать практичный прибор. В 1657 году, спустя 60 лет после первых проб и ошибок изобретателя, его работу продолжила группа ученых из Флоренции. Им удалось устранить главные недостатки термобароскопа, в частности, внедрить в прибор шкалу градаций. Более того, флорентийские ученые создали вакуум в запаянной стеклянной трубке, что исключило зависимость получаемых результатов измерений от атмосферного давления.

Позже и этот прибор был доработан. Воду в нем заменили винным спиртом. Таким образом, термобароскоп начал функционировать по принципу расширения жидкости при изменении температурных показателей окружающей среды.

Личности, учавствовавшие в создании

Часть специалистов полагает, что термометр изобрел Галилей. Сохранившиеся его труды не содержат описания подобного устройства. Однако в сочинениях ближайших последователей Галилея такая информация есть. Что любопытно, при создании термоскопа знаменитый ученый отталкивался от аналогичного по устройству прибора, созданного еще в Древней Греции, но для совершенно других целей. Термоскопы только показывают, что степень нагрева изменяется; из-за отсутствия шкалы они непригодны для практических измерений.

В 1657 году во Флоренции появляется более продуманное устройство. Его конструкция позволяла давать количественную оценку температуре. Но все равно это был еще очень примитивный термометр.

Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры?

За «постоянные» точки отсчета принимали нагрев в самый жаркий и самый холодный (субъективно) дни в году. Позже появились конструкции Фрэнсиса Бэкона, Роберта Фладда, Корнелиуса Дреббеля и некоторых других изобретателей.

Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры?

Все ранние термометры содержали воздушную трубку, окруженную водяным столбиком. Потому избежать воздействия атмосферного давления было невозможно. Жидкостный термометр, по некоторым данным, появился в 1667 году. Такие устройства изготавливались строго вручную, позволяли измерять только температуру воздуха. Шкала в каждом случае разрабатывалась индивидуально, и результаты замеров оказывались потому несопоставимы.

Фаренгейт, в честь которого недаром названа одна из популярных шкал термометрии, создал термометр современного вида в 1723 году. Именно он понял, что спирт недостаточно совершенен как измерительный реагент при том уровне техники, и перешел к использованию ртути. За нулевую отметку англичанин взял температуру плавления смеси снега с нашатырным спиртом или пищевой солью. Точку плавления воды он взял за 32 градуса, а температуру тела здорового человека принял за 96 градусов.

Составив такую шкалу, Фаренгейт вскоре обнаружил, что температура кипения воды всегда равна 212 градусов (если атмосферное давление не меняется).

Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры?

Созданные Фаренгейтом термометры делались очень тщательно, о чем свидетельствуют все сохранившиеся экземпляры. Позднее Андерс Цельсий обнаружил, что температура плавления льда не меняется при изменении давления. А вот зависимость температуры кипения воды от давления была прослежена им с большой точностью. В 1736 году Реомюр ввел шкалу из 80 градусов, которая долго использовалась во Франции. Существовали и другие, сейчас уже вышедшие из употребления или применяемые очень ограниченно, температурные шкалы.

В научной сфере активно применяют термометры со шкалой Кельвина. Пересчет градусов Цельсия в градусы Кельвина очень прост: надо только прибавить 273,15.

Но термометрия развивалась и в техническом плане. В 1867 году появилось устройство длиной 0,15 м. А в 1881-м начался серийный выпуск карманных термометров.

Как работает датчик температуры?

Как работает датчик температуры?

Единая шкала и ртуть

Долгое время учёные не могли найти исходные точки, расстояние между которыми можно было бы разделить равномерно.

Как исходные данные для шкалы предлагались точки оттаивания льда и растопленного сливочного масла, температура кипения воды и некие абстрактные понятия вроде «значительная степень холода».

Термометр современной формы, наиболее пригодной для бытового применения, с точной шкалой измерения создал немецкий физик Габриэль Фаренгейт. Он описал свой способ создания термометра в 1723 году. Изначально Фаренгейт создал два спиртовых термометра, но потом физик принял решение применить в термометре ртуть. Шкала Фаренгейта базировалась на трёх установленных точках:

  • первая точка равнялась нулю градусов — это температура состава воды, льда и нашатыря;
  • вторая, обозначенная как 32 градуса, — это температура смеси воды и льда;
  • третья — температура кипения воды, равнялась 212 градусам.

Позже шкала была названа в честь своего создателя.

Справка Сегодня самой распространенной является шкала Цельсия, шкалой Фаренгейта по сей день пользуются в США и Англии, а шкала Кельвина используется в научных исследованиях.

Но окончательно установил обе постоянные точки — тающего льда и кипящей воды — шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 году. Он поделил расстояние между точками на 100 интервалов, цифрой 100 была отмечена точка таяния льда, а 0 — точка кипения воды.

Сегодня шкала Цельсия используется в перевёрнутом виде, то есть за 0° стали принимать температуру плавления льда, а за 100° — кипения воды.

По одной из версий, шкалу «перевернули» современники и соотечественники, ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер, уже после смерти Цельсия, но по другой — Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера.

В 1848 году английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, где точкой отсчёта служит значение абсолютного нуля: -273,15 °С — при этой температуре уже невозможно дальнейшее охлаждение тел.

Уже в середине XVIII века термометры стали предметом торговли, и изготавливались они ремесленниками, но в медицину термометры пришли гораздо позже, в середине XIX века.

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.

Как работает датчик температуры?

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.

В профессиональных физических лабораториях термометры со шкалой Кельвина используются едва ли не шире, чем устройства, измеряющие температуру по Цельсию или по Фаренгейту.

Как работает датчик температуры?

Медицинские компактные термометры впервые были созданы англичанином Томасом Олбатом. Ранее, еще в XVIII столетии, делались конструкции длиной 12 дюймов, или около 0,305 м.

Интересно: в нашей стране наибольшую роль в их внедрении сыграл Сергей Боткин.

Практически все термометры очень долгое время имели ртутную шкалу. Однако техника не стоит на месте — появились более совершенные и безопасные варианты.

Как работает датчик температуры?

  • https://wiki2.org/ru/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80
  • https://FB.ru/article/276147/istoriya-sozdaniya-termometrov-vidyi-sovremennyih-priborov-dlya-izmereniya-temperaturyi
  • https://stroy-podskazka.ru/termometr/vse-o-nih/
  • https://aif.ru/health/life/istoriya_sozdaniya_termometra_kak_pridumali_pervyy_gradusnik
  • https://stroy-podskazka.ru/termometr/istoriya-sozdaniya/

Как вам статья?

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий