Виды термометров, точность и недостатки Выберите тип термографа, исходя из показаний

Какие бывают термометры?

Наверное, нет такого дома, в котором не было бы термометров. Они представлены множеством вариантов: ртутные, позволяющие измерить температуру человеческого тела, уличные, кухонные, водные и промышленные. Не менее обширны варианты термометров по составу и рабочей конструкции.

Остановимся подробнее на особенностях термометров и рассмотрим самые распространенные их разновидности.

Общее устройство

Термин «термометр» пришел к нам из греческого языка (terme – тепло и metreo – измерять), он означает «прибор, измеряющий температуру», например: воздуха на улице и в помещении, степень нагрева воды, земли, а также человеческого тела и многих других сред.

Термометры широко используются в медицине, физике, биологии, метеорологии, а также в гидрологии и прочих отраслях народного хозяйства.

Считается, что самый первый градусник был изобретен Галилео Галилеем, хотя его прибор не был похож на привычные нам современные модели. Тогда он назывался термостатом и выглядел как небольшой стеклянный шарик с прикрепленной к нему трубочкой из стекла. Шарик подогревали, а трубку опускали в емкость с водой. По мере охлаждения воздуха в шаре подача давления сокращалась, и жидкость поднималась по трубке наверх. В процессе потепления воздуха внутри шара давление, наоборот, повышалось, и уровень воды в трубочке снижался.

Благодаря такому устройству можно было составить представление об уровне нагревания тел, шкалы он не имел, соответственно, никаких цифровых значений не отражал.

Более современный вид градусника представил Фаренгейт, известный физик из Голландии. Он припаял трубку и перевернул ее шаром вниз. А в середине XVII в. на термометре проявилась шкала. Ее придумал астроном Цельсий, взяв за реперные точки температуру кипения воды и таяния льда.

В наши дни в продаже можно встретить самые разные термометры: технические, аксиальные, осевые, погружные, капиллярный, а кроме того, аналоговые, дилатометрические и радиальные. Каждый отличается своим механизмом действия и своей сферой применения. Остановимся подробнее на некоторых из них.

Классификация по принципу действия

Процесс замера температуры окружающей среды базируется на физических процессах, исходя из этого положения выделяют 5 категорий термометров.

Контактные

Подобные устройства в науке больше известны как термометры расширения. Принцип их действия базируется на мониторинге изменения объема вещества под воздействием меняющейся температуры. Как правило, измеряемый диапазон варьируется в пределах от -190 до +500 гр. Цельсия.

К данной группе можно отнести как механические, так и жидкостные приспособления. Причем последние представляют собой градусники, наполненные спиртом, ртутью, керосином либо толуолом (в стеклянной колбе). Они довольно крепкие.

Термометры противоположного типа работают со средами самых различных видов. Особое распространение они получили в инженерии.

Бесконтактные

Такие приборы работают от инфракрасных датчиков, считывающих параметры излучения. Делятся на две категории: яркостные и радиационные. Первые выполняют замеры на заданной длине волны, их температурный разбег начинается от +100 и доходит до +6000 гр. Вторые фиксируют тепловое воздействие лучеиспускания в пределах от -50 до +2000 гр. Актуальны для определения степени нагрева металла в машиностроении.

Термометры сопротивления

В эту группу входят устройства, приспособленные вычислять электрическое сопротивление рабочих веществ, которое, в зависимости от температурных параметров, может варьироваться. Рабочий диапазон таких градусников изменяется в пределах от -200 до +650 гр.

Эти термометры включают несколько чувствительных датчиков и сверхточных электронных модулей, они отслеживают изменение параметров проводимости электрического потенциала и сопротивления. Чаще всего они работают не обособленно, а как часть большой системы мониторинга, когда имеется необходимость в постоянном отслеживании данных, чтобы предотвратить их превышение над критическими отметками.

Манометрические

Эти термометры фиксируют связь между давлением газа и уровнем температурных показателей. Принцип работы прост: в определяемую среду помещают термобаллон, прикрепленный при помощи металлической трубки с небольшим манометром. В процессе нагрева термобаллона в нем постоянно возрастает давление, и это учитывается манометром. Подобный прибор позволяет проводить вычисления в границах от -160 до +600 гр.

Электронные термопары

В процессе измерения такие градусники генерируют электрический ток, что дает возможность выполнить необходимые замеры температуры благодаря изменению термоэлектродвижущей силы. Рабочий диапазон в данном случае варьируется в пределах от 0 до +1800 градусов.

Типы по материалам

Несмотря на то что с момента появления первых термометров прошло свыше 400 лет, тем не менее эти приборы и по сей день продолжают совершенствоваться. Промышленность постоянно предлагает все новые устройства, основанные на принципах действия, не используемых ранее.

Жидкостные

Такие термометры имеют самую давнюю историю. Принцип их действия базируется на особенностях расширения жидкости при любых измерениях температурных параметров. В процессе нагревания жидкость, в соответствии с законами физики, расширяется, а при охлаждении, наоборот, сжимается.

Устройство представляет собой колбу из стекла, наполненную действующим веществом, ее прикладывают к расположенной внутри шкале в форме линейки. Температура определяемой среды вычисляется по приведенной шкале — высота столбика жидкости отражает соответствующий параметр.

Наиболее распространены ртутный, спиртовой и керосиновый.

Подобные приборы относятся к высокоточным, погрешность их замеров не превышает 0,1 гр.

В зависимости от наполнения этот градусник может высчитывать температуру в границах от 0 до +700 гр., однако при падении он может расколоться.

Газовые

Эти термометры функционируют по тому же механизму, что и жидкостные, но они наполнены инертным газом. За счет этого можно существенно увеличить рабочий диапазон измеряемых параметров. Как правило, наибольшее значение на таких устройствах находится в границах от +270 до +1000 гр. Чаще всего газовые термометры используются для определения степени нагрева горючих веществ.

Механические

Подобные градусники работают от деформации спирали из металла. Их оборудуют стрелкой, потому визуально напоминают обычные стрелочные часы. Чаще всего устанавливаются на панельных приборах автомашин и спецтехники. Основное их преимущество — прочность. Им нестрашны удары и встряски, чего не скажешь о стеклянных моделях.

Электрические

Подобные приборы функционируют, основываясь на мониторинге изменения параметров сопротивления проводника в разных средах. Сопротивляемость в момент передачи тока будет тем выше, чем горячее будет металл.

Границы чувствительности таких приборов разнятся. Все зависят от вида металла-проводника. Так, для меди они соответствуют -50-+180 гр. изделия на платине вычисляют значения в диапазоне от -200 до +850 гр. — именно их обычно используют в научных лабораториях.

Термоэлектрические

Такой градусник имеет пару проводников, способных измерять температурные показатели по физико-механическому принципу. Они имеют довольно широкий функциональный диапазон: от -100 гр. до +2000, при этом погрешность замеров никогда не превышает 0,1 гр. В основном нашел свое применение в промышленности, когда нужно определить температуры выше 1000 гр.

Инфракрасные

Наиболее известное название агрегата – пирометр, и он стал одним из новых изобретений. Максимальная граница может быть в температурном промежутке от +100 до +3000 гр. Такие градусники позволяют производить замеры без взаимодействия с измеряемой средой — устройство самостоятельно посылает ИК-лучи на нужную поверхность, и вскоре на мониторе отображается температура. Однако точность таких измерений никак нельзя назвать высокой — полученные показатели отличаются от реальных на 2–3 гр. Такие приборы актуальны при выполнении работ с металлом в корпусе мотора, горне и других труднодоступных местах.

Волоконно-оптические

Как и следует из названия, эти термометры выполняются из оптоволокна. Это особо чувствительные датчики, измеряющие температуру в границах до +400 гр. Принцип действия базируется на использовании натянутого оптического волокна, которое под действием изменяющейся температуры может либо сжиматься, либо растягиваться. Проводимый через него поток света преломляется, это фиксируется датчиком, который и сопоставляет степень преломления с параметрами нагрева внешней среды.

Различия по виду шкал

После официального представления международной системы единиц была рекомендована к использованию шкала Кельвина, она никак не зависит от физических свойств рабочего вещества. В данном случае единицей измерения нагрева стал кельвин — одна из базовых единиц в СИ.

С ней тесно связана международная практическая шкала. В ней предусмотрено 11 реперных точек, которые отражают температуру фазовых нагревов некоторых чистых веществ, причем эти значения в наши дни постоянно корректируются. Единицей измерения в такой школе также является 1К.

Цельсия

Самой распространенной 100-градусная шкала, она была предложена еще в 1742 г. В данном случае за 0 принята температура таяния замороженной воды, а за 100 гр. — температура ее кипения. Каждое деление такой шкалы составляет 1/10 от разницы указанных величин.

Фаренгейта

Эта шкала принята и скорректирована в 1740 году. Она предусматривает три критические реперные точки: за 0 гр. принимается температура смеси льда, нашатыря и обычной воды, за 96 градусов — параметры тела здорового человека, в качестве реперной отметки указывается точка таяния льда — она установлена на отметке 32 градуса.

Подобная шкала измерения используется в англоязычных государствах, но в научной литературе почти не встречается.

Для перевода температуры по Цельсию в температуру по Фаренгейту можно воспользоваться формулой F = (9/5) C + 32, а чтобы перевести Фаренгейт в Цельсии, используют другое равенство – C = (5/9) (F32).

Реомюра

Очень долго в Европе пользовалась популярностью шкала Реомюра, она была введена в 1730 г. 1 градус Реомюра равняется 1/80 части промежутка между температурами таяния льда и кипения воды.

В зависимости от назначения термометры можно условно разделить на 4 категории:

• медицинские;
• воздушные;
• бытовые;
• промышленные.

Первостепенно названные модели в быту называют градусниками, и они характеризуются довольно низким рабочим диапазоном, поскольку температура любого живого человеческого тела не опускается ниже 29 гр. и не поднимается выше 42–43 гр.

В зависимости от конструкционных характеристик они могут иметь разнообразные формы и эксплуатационные особенности.

В продаже встречаются бюджетные модели электронных градусников — они высчитывают показания также долго, как стеклянные, а звукового сигнала не издают.

Бытовые для воздуха

Для измерения температурного фона в доме либо на улице нужны бытовые термометры. Чаще всего их выполняют в стеклянном варианте и наполняют ртутью либо обычным спиртом. Диапазон замеров колеблется в промежутке от -50 до +50 гр., в домашних моделях нижняя граница установлена на нулевой отметке. Подобные приборы нередко выпускаются в стильном оформлении и используются как украшение интерьера либо даже наклейка на холодильник.

Кухонные

Такие изделия незаменимы при приготовлении различных кулинарных блюд, они нужны для определения температуры одного или нескольких компонентов. Могут быть электронными, жидкостными, а также механическими. Нужны в ситуациях, когда нагрев, в соответствии с рецептурой, надо строго контролировать, допустим при изготовлении карамели.

Промышленные

Подобные модели применяются в самых разных отраслях и сферах. Это объемные приспособления, устанавливаются в трубопроводах водного и газового снабжения. Бывают механическими, инфракрасными либо электрическими. Представлены в большом многообразии размеров, конфигураций и рабочих диапазонов.

Какие приборы самые точные?

Если говорить о термометрах, измеряющих температуру человеческого тела, то, как показывает практика, самыми точными являются ртутные модели. Чуть отстают от них электронные градусники — эти образцы дают значения, сильно приближенные к реальным.

А вот инфракрасные тесты провалили – их погрешность бывает довольно существенной.

Для проведения замеров температуры воздуха и в качестве кухонных моделей с самой лучшей стороны себя показали электронные модели, в которых присутствует платина. Такие издания имеют стильный вид, понятный интерфейс и низкую погрешность. Однако и у них есть недостатки — при неправильном креплении такого градусника точность показания может быть искажена.

Так, при измерении показания на улице не стоит размещать градусник в месте, куда попадают прямые солнечные лучи. Кроме того, важно защищать их от дождя, снега и других погодных условий. Зимой на изделиях не должно образовываться наледи, градусник не должен попадать в снег.

Избегайте соприкосновения градусника с металлом.

Для измерения температуры в помещении лучше подобрать место подальше от оконной рамы и входной двери, если речь идет о частных домах, где выход производится непосредственно на улицу.

О том, какие бывают термометры, смотрите в видео.

Градусник (термометр) — это прибор для измерения температуры тела. Наличие температурных отклонений может свидетельствовать о серьезных проблемах со здоровьем: инфекционных заболеваниях, вегетососудистой дистонии, нейроэндокринных расстройствах, интоксикации и т.д. В этой статье мы расскажем, какие бывают приборы, перечислим их особенности, приведем рекомендации по выбору.

Общие сведения

Благодаря термометру любой человек может понять, что со здоровьем проблемы. Высокая температура тела — это реакция организма на вредоносные микроорганизмы, вирусы. Измерять температуру можно у пациентов с разной степенью подвижности, взрослых и грудничков.

• подмышечная впадина (аксиллярно);
• ротовая полость (перорально);
• анальное отверстие (ректально);
• ухо.

Виды градусников по принципу действия

• Жидкостные. В корпусе прибора находится жидкость (чаще всего ртуть, спирт). В зависимости от окружающей температуры, она изменяет объем, что отражается на показаниях шкалы.
• Электронные. Основной элемент — металлический проводник, который меняет сопротивление в зависимости от нагревания/охлаждения.
• Инфракрасные. Прибор генерирует инфракрасный луч, который направляют на участок тела. Непосредственный контакт не требуется, поэтому устройства называют бесконтактными.

Эти виды измерителей используются для контроля температуры тела. Существуют и другие термометры, применяемые в технических и промышленных целях — газовые, механические, оптические, манометрические.

Типы шкал

В разных странах и технических сферах принято проводить измерения по шкалам Цельсия, Кельвина, Фаренгейта, Реомюра, Ранкина. В России для бытовых градусников, которыми измеряют температурные показатели тела, применяется шкала Цельсия. Нормальный показатель для человека — 36,6оС.

Шкала бытового измерителя может быть двух типов:

• градуированная — вдоль трубки с жидкостью есть шкала с градусами;
• цифровая — на маленьком дисплее отображаются цифры, соответствующие актуальной температуре.

Какие бывают градусники?

Традиционный измеритель, который находится в широком употреблении не одно десятилетие. Ртуть, заключенная в герметичную трубку, хорошо реагирует на нагревание.

Прибор одинаково правильно показывает аксиллярную, пероральную и ректальную температуру. Этот градусник «запоминает» последний показатель, что удобно для сравнения состояний пациента. Еще одно преимущество — доступная цена.

Из минусов — длительный период измерения, который составляет 6-10 минут. Не всегда удобно использовать его для неподвижных больных, младенцев, неусидчивых детей. Корпус хрупкий, а ртуть внутри него — токсичная. Поэтому использовать ртутный прибор нужно с осторожностью, чтобы не разбить.

Галинстановый

Такие термометры похожи на ртутные, но они безопасны в случае повреждения. Отличие в том, что в трубке вместо ртути находится галинстан — сплав индия, галлия и олова. Прибор позволяет делать точные измерения, сравнимые с ртутной моделью. При этом его безопасность выше. Из минусов — галинстан медленнее реагирует на жар, поэтому нужно хорошо прижимать градусник к телу, а сам измерительный процесс занимает 10-12 минут.

Цифровой (электронный)

По цене цифровые модели выше жидкостных, зато они гораздо удобнее. Определение температурных показателей происходит за счет работы терморезистора, реагирующего на жар. Он же отвечает за точность показаний.

Определение показателей происходит за 3-5 минут. Пластиковый корпус не разобьется, не навредит окружающим. Можно использовать аксиллярно, перорально, ректально. «Продвинутые» аппараты запоминают последние показания, могут напоминать о необходимости следующего измерения.

Многие пациенты ссылаются на неточность этого вида приборов при измерениях в подмышечной впадине. Не нужно вынимать аппарат сразу после сигнала о готовности результатов. Точные показания возможны спустя 3 минуты.

Термометры-пустышки

Эти цифровые аппараты разработаны для перорального определения температурных показателей у детей до 3 лет. Принцип их действия не отличается от других электронных аналогов, показания выводятся на экран.

Выглядят как соски-пустышки, поэтому ребенок хорошо воспринимает прибор. Материалы — гипоаллергенные и безопасные, результат можно получить за 2-3 минуты. Однако могут возникнуть трудности с измерениями, если малыш не привык сосать пустышку. Аппарат подходит только для перорального применения.

Ректальные

Используются для измерения температуры тела через анальное отверстие. Такие приборы покупают преимущественно для грудничков, детей до 3 лет, однако ими нередко пользуются женщины для контроля состояния органов малого таза. Для мягкого и деликатного введения используют смазку, крем, лубрикант. Вводят на глубину не более 5 см, так как датчик расположен на самом конце измерителя.

Градусник на лоб

Позволяет снять температурные показатели всего за 10-15 секунд. Достаточно приложить прибор датчиком к сухому и чистому лбу. Результаты появятся после звукового сигнала. Есть варианты в виде наклеек на лоб — их держат на коже 20-30 секунд.

• максимально быстрые измерения;
• подходят пациентам любого возраста;
• отсутствие вредных материалов;
• ударопрочный корпус.

Ограничения могут касаться только активных детей до 3 лет — лучше проводить процедуру во время сна.

Бесконтактные приборы, которые считывают тепло на небольшом расстоянии от тела с помощью инфракрасного луча. Делают они это быстро — за 2-3 секунды. Аппараты можно использовать для температурного контроля в местах скопления людей. Наиболее распространенные виды — лобно-височный и ушной.

• высокая скорость измерений с минимальной погрешностью в результатах;
• подходят для всех пациентов без ограничений;
• отсутствие контакта с телом — не нужно дезинфицировать поверхность.

Такие аппараты стоят дороже остальных видов, однако их чаще применяют в медицинских, образовательных учреждениях, на предприятиях. Они удобны в использовании, отличаются высокой скоростью получения результатов.

Цели

• Для бытовых целей подойдет как классический ртутный термометр, так и цифровая модель — они универсальны.
• Процедура для грудного ребенка должна проходить быстро, комфортно. Стоит остановиться на ректальном приборе или соске-пустышке.
• Для контроля температуры у лежачих больных, младенцев будет полезен градусник на лоб.
• Инфракрасные модели незаменимы в период активизации вирусных инфекций (например, при COVID-19), так как работают быстро и бесконтактно. Подходят для проходных на предприятиях, вестибюлей в школах.

Каким термометром лучше измерять температуру

Многие пациенты сталкиваются с дилеммой — ртутный или электронный аппарат. Врачи считают, что самый точный термометр — ртутный, поскольку погрешность составляет менее 0,1 градуса. Цифровые и инфракрасные занимают второе место в негласном рейтинге самых популярных приборов

Правильная работа, точные показатели аппарата зависят от компании-производителя. При выборе лучше останавливаться на термометрах известных брендов.

Термометрия

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 декабря 2021 года; проверки требуют 2 правки.

Термоме́трия — раздел прикладной физики и метрологии, посвящённый разработке методов и средств измерения температуры. В задачу термометрии входят: установление температурных шкал, создание эталонов, разработка методик градуировки и калибровки приборов для измерения температуры.

ИсторияПравить

Температура не может быть измерена непосредственно. В связи с этим термометрия в своём развитии прошла долгий и сложный путь для достижения единства температурных измерений. С давних времён известен метод качественной оценки температуры с помощью осязательных ощущений. Отсюда возникли понятия: горячий, тёплый, холодный. На основе чувственного восприятия природных явлений появились понятия: зимний холод, летняя жара, вечерняя прохлада, красное и белое каление, жар (в отношении повышенной температуры тела при заболевании).

В средних веках неоднократно был описан опыт, в котором предлагалось подержать одну руку в горячей воде, а другую ─ в холодной, после чего погрузить обе руки в смешанную воду. В результате первая рука ощущала смешанную воду как холодную, а вторая ─ как тёплую. Несмотря на высокую чувствительность организма к изменению температуры тела (до  ) количественное измерение температуры с помощью наших ощущений невозможно, даже в очень узком диапазоне.

Потребность в измерении температуры в познавательных и прикладных целях возникла в середине XVI столетия. Для таких измерений необходимо было воспользоваться функциональной зависимостью от температуры какого-нибудь, известного из наблюдений, параметра. Способность воздуха расширяться при нагревании была известна ещё в l веке Герону Александрийскому. Этим он объяснял почему огонь поднимается вверх. В 1597 г. Галилей предложил для температурных исследований термоскоп, который состоял из заполненного воздухом стеклянного баллончика, соединённого тонкой трубкой с сосудом, заполненным окрашенной жидкостью. Изменение температуры баллончика вызывало изменение уровня окрашенной жидкости. Существенным недостатком таких термометров была зависимость их показаний от атмосферного давления. Конструкцию термометра, подобного современным жидкостным стеклянным термометрам, связывают с именем ученика Галилея герцога тосканского Фердинанта ll. Термометр представлял собой заполненный спиртом запаянный стеклянный сосуд с вертикально расположенным указательным капилляром. Деления градусов были нанесены эмалевыми капельками непосредственно на трубку капилляра.

Метрологическая основа термометрии была заложена падуанским врачом Санторио. Используя термоскоп Галилея он ввёл две абсолютные точки, которые отвечали температуре при снегопаде и температуре в самый жаркий день, и регламентировал систему проверки, по которой все флорентийские термометры градуировались по образцовому санкорианско-галилеевскому прибору. В начале XVIII столетия был выдвинут ряд предложений, касающихся привязки термометрической шкалы к нескольким легко и надёжно воспроизводимым точкам, которые в дальнейшем получили название «реперных».

Значительная роль в становлении температурных измерений принадлежит Фаренгейту. Он впервые применил ртуть в качестве термометрического тела и создал воспроизводимую температурную шкалу. В шкале Фаренгейта за нуль принята температура смеси снега с нашатырём, а вторая точка соответствовала температуре тела здорового человека. Температура таяния льда в окончательном варианте шкалы составляет 32 градуса, температура тела человека ─ 96 градусов, а температура кипения воды, которая вначале была производной величиной, равна 212-ти градусам. Фаренгейту, который также был успешным предпринимателем, удалось впервые наладить серийное производство унифицированных термометров. Шкала Фаренгейта до сих пор используется в США для технических и бытовых измерений температуры.

В 1742 г. шведский математик и геодезист Цельсий предложил разбить в ртутном термометре диапазон между точками таяния льда и кипения воды на 100 равных частей. В первом варианте шкалы за 0 градусов была принята точка кипения воды, а за 100 градусов ─ точка плавления льда. В 1750 г. эта шкала была «обращена» одним из учеников Цельсия Стреммером. До начала XX века была также распространена шкала Реомюра, предложенная в 1730 г. французским зоологом и физиком Реомюром. Реомюр использовал в качестве термометрического тела 80 % раствор этилового спирта. Один градус шкалы Реомюра, как и у флорентийского термометра соответствовал изменению объёма жидкости на одну тысячную часть. За начало отсчёта была принята точка таяния льда, а температура кипения воды равнялась 80 градусам.

Физические основы измерения температурыПравить

Как было упомянуто выше, непосредственно температуру измерить невозможно. Об её изменениях судят по изменению других свойств тел, таких как объём, давление, электрическое сопротивление, термо-ЭДС, интенсивность излучения и т. п., которые связаны с температурой определёнными закономерностями. Поэтому методы измерения температуры по сути являются методами измерения вышеуказанных термометрических свойств. При разработке конкретного метода или прибора необходимо выбрать термометрическое тело, у которого соответствующее свойство хорошо воспроизводится и весьма существенно изменяется с температурой. Термометрическое свойство тела ─ это такое свойство, зависимость которого от температуры является монотонным и не имеет ощутимого гистерезиса, что даёт возможность использования его для измерения температуры.

Для измерения температуры необходимо также иметь единицу измерения и шкалу, по которой отсчитываются её значения от выбранного уровня. Принцип построения эмпирической температурной шкалы состоит в выборе двух основных легко воспроизводимых реперных точек, которым приписывают произвольные значения температуры   и  . Температурный диапазон между этими значениями делят на равное число частей   и часть   принимают за единицу измерения температуры. Далее выбирают физическое свойство ─ термометрическую величину  , например, объём жидкости, давление газа, электрическое сопротивление, термо-ЭДС и т. д., которую условно полагают линейно зависящей от температуры. Отсюда следует уравнение

где   ─ коэффициент пропорциональности. В интегральной форме ─

Для определения постоянных   и   используем вышеуказанные температуры   и  . После преобразования интегральное уравнение приобретает вид

Опыты показывают, что в природе не существует веществ, физические свойства которых строго линейно зависят от температуры. Коэффициент   сам является функцией температуры. Шкалы температур, построенные на разных температурных свойствах, совпадая в основных точках   и   дают расхождения в значениях температур как внутри указанного промежутка температур, так и за его пределами. Кроме упомянутого расхождения, к недостаткам эмпирических температурных шкал относится отсутствие их непрерывности, связанной с невозможностью термометрических тел работать во всём диапазоне возможных температур.

ТермометрыПравить

Термометр (от греч. thérme ─ тепло и metréo ─ измеряю) ─ прибор для измерения температуры.

В зависимости от методики измерений термометры подразделяются на две основные группы:

1. Контактные термометры, чувствительные элементы (датчики) которых вступают в непосредственный контакт с измеряемым объектом;

2. Неконтактные термометры, которые измеряют дистанционно интенсивность интегрального теплового или оптического излучения объекта;

3.Особую группу составляют специальные термометры, которые используют для измерения сверхнизких температур.

Контактные приборы и методы по принципу действия делятся на:

а) термометры контактные волюметрические, в которых измеряется изменение объёма (volume) жидкости или газа с изменением температуры;

б) Термометры диламетрические, в которых о температуре судят по линейному расширению различных твёрдых веществ при изменении температуры. В ряде случаев датчиком служит биметаллическая пластина, изготовленная из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, которая изгибается при нагревании или охлаждении;

в) Термометры термоэлектрические, датчики которых ─ термопары, представляющие собой спаянные по концам два разнородных проводника. При наличии разности температур спаев в термопаре возникает термо-ЭДС. Температура измеряется по величине термо-ЭДС, либо по величине тока в цепи термопары;

г) Термометры сопротивления ─ принцип действия которых основан на изменении сопротивления проводника или полупроводникового прибора (термистера) с изменением температуры.

К неконтактным методам и приборам относятся:

а) Радиометрия (радиометры) ─ измерение температуры по собственному тепловому излучению тел. Для невысоких и комнатных температур это излучение в диапазоне инфракрасного диапазона волн.

б) Тепловидение (тепловизоры) ─ радиометрическое измерение температуры с пространственной разрешающей способностью и с превращением температурного поля в телевизионное изображение, иногда с цветовым контрастом. Позволяет измерять градиенты температуры, температуру среды в замкнутых пространствах, например, температуру жидкостей в резервуарах и трубах.

в) Пирометрия (пирометры) ─ измерение высоких температур самосветящихся объектов: пламени, плазмы, астрофизических объектов. Используется принцип сравнения либо яркости объекта с стандартом яркости (яркостный пирометр и яркостная температура); либо цвета объекта с цветом стандарта (цветовой пирометр и цветовая температура); либо тепловой энергии, излучаемой объектом, с энергией, испускаемой стандартным излучателем (радиационный пирометр и радиационная температура).

Основные уравнения, на которых базируется термометрияПравить

1.Уравнение газового состояния Клапейрона. Это уравнение используется для построения идеально-газовой температурной шкалы.

2. Уравнение теплового расширения объёма жидкостей и газов, линейно зависящего от температуры, является основой волюметрического метода измерения температур.

3. Уравнения теплового линейного расширения твёрдых тел от температуры лежит в основе дилатометрического метода измерения температур.

4. На уравнении линейной зависимости сопротивления проводников от температуры основаны термометры сопротивления.

5. Закон Стефана ─ Больцмана, который связывает функциональной зависимостью полную энергию теплового излучения и температуру, лежит в основе неконтактных методов измерения температуры.

где   — интегральная излучательная способность абсолютно чёрного тела,   ─ постоянная Стефана—Больцмана.

Магнитная термометрияПравить

• Різак, 2006, с. 166─172.
• Різак, 2006, с. 181.
• Сивухин, 2005, с. 20;21.
• . БСЭ (3-е изд.), 1974, т. 15. Дата обращения: 26 февраля 2015. Архивировано 27 февраля 2015 года.
• Физика. Большой энциклопедический словарь, 1998, с. 368.
• Трайбус М., Термостатика и термодинамика, 1970, с. 443—445.
• Евдокимов И. Н. Методы и средства исследований. Часть 1. Температура, с. 31. Рос. гос. ун-т нефти и газа им. И. М. Губкина. Дата обращения: 26 февраля 2015. Архивировано 5 марта 2016 года.
• Иванова Г.М. и др., Теплотехнические измерения и приборы, 1984, с. 18.

ЛитератураПравить

• Базаров И. П. Термодинамика. — М.: Высшая школа, 1991. — 376 с. — ISBN 5-06-000626-3.
• Белоконь Н. И. Основные принципы термодинамики. — М.: Недра, 1968. — 112 с.
• Різак В.,Різак І., Рудавський Е. Кріогенна фізика і техніка. — К.: Наукова думка, 2006. — 512 с. — ISBN ISBN 966-87641-4-5.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — М.: Физматлит, 2005. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.
• Козлов М. Г. Метрология и стандартизация. Учебник. — М., СПб: Петербургский ин-т печати, 2001. — 372 с.
• Иванова Г. М., Кузнецов Н. Д., Чистяков В. С. Теплотехнические измерения и приборы. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 232 с.
• Трайбус М. Термостатика и термодинамика / Пер. с англ.. — М.: Энергия, 1970. — 504 с.
• Физика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — 944 с. — ISBN 5-85270-306-0.
• Асланян А. М., Асланян И. Ю., Масленникова Ю. С., Минахметова Р. Н., Сорока С. В., Никитин Р. С., Кантюков Р. Р. Диагностика заколонных перетоков газа комплексом высокоточной термометрии, спектральной шумометрии и импульсного нейтрон-нейтронного каротажа // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 6. С. 52-59.

Пирометр

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 мая 2020 года; проверки требуют 6 правок.

Пиро́метр (от др.-греч.  «огонь, жар» +  «измеряю») — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Переносной пирометр инфракрасного излучения

Стационарный пирометр инфракрасного излучения

НазначениеПравить

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскалённых объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

Один из первых пирометров изобрёл Питер ван Мушенбрук. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0 °C и даже ниже).

Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60-х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. Первый портативный пирометр был разработан и произведён американской компанией Wahl в 1967 году. Новый принцип построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приёмника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии, позволил существенно расширить границы измерения температур твёрдых и жидких тел.

Классификация пирометровПравить

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

• Оптические. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путём сравнения его цвета с цветом эталонной накаливаемой электрическим током металлической нити в специальных измерительных лампах накаливания.
• Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой спектральной полосе излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.
• Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют измерить температуру объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных участках спектра.

• Низкотемпературные. Обладают способностью измерять температуры объектов с низкими относительно комнатных температурами, например, температуры холодильных камер холодильников.
• Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют существенную ошибку в сторону верхнего предела измерения прибора.

• Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима требуемая точность измерений, с мобильностью, например для измерения температуры участков трубопроводов в труднодоступных местах. Обычно такие переносные приборы снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.
• Стационарные. Предназначены для более точного измерения температуры объектов. Используются, в основном, на крупных промышленных предприятиях для непрерывного контроля технологического процесса при производстве расплавленных металлов и пластиков.

• Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию.
• Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.

Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).

Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Этот показатель рассчитывается как отношение диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром, к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если необходимо проводить измерения температуры с небольшого расстояния, то лучше выбрать пирометр с небольшим разрешением, например, 4:1. Если температуру необходимо измерять с расстояния в несколько метров, то рекомендуется выбирать пирометр с большим разрешением, чтобы в поле зрения не попали посторонние предметы. У многих пирометров есть лазерный целеуказатель для точного наведения на объект.

ПрименениеПравить

Теплоэнергетика — для быстрого и точного контроля температуры на участках не доступных или мало доступных для другого вида измерения.

Электроэнергетика — контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт — контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов).

Лабораторные исследования — при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты)

Строительство — пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки.

Бытовое применение — измерение температуры тела, пищи при приготовлении, и многое другое.

Отдельная большая область применения пиросенсоров – датчики движения в системах охраны зданий. Датчики реагируют на изменение инфракрасного излучения в помещении.

• Выбор пирометра. Оптическое разрешение
• Коэффициенты эмиссии материалов (типичные значения). Дата обращения: 16 апреля 2015. Архивировано 19 апреля 2015 года.

• Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники. — М.: Советское радио, 1978. — 400 с.
• Кременчугский Л. С., Ройцина О. В. Пироэлектрические приёмники излучения. — Киев: Наук. думка, 1979. — 381 с.
• Температурные измерения. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1989, 703 с.
• Гордов А. Н. Основы пирометрии, 2 изд., М., 1971.
• Сосновский А. Г., Столярова Н. И. Измерение температур. — М.: Комитет стандартов, мер и измерительных приборов, 1970. — С. 257.
• Ранцевич В. Б. Пирометрия при посторонних источниках излучения. — Минск: Наука и техника.: , 1989, -104с..

• Белозеров А. Ф., Омелаев А. И., Филиппов В. Л. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике. // Оптический журнал, 1998, № 6, с.16.
• Скобло В. С. К оценке дальности действия тепловизионных систем. // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2001. Т.44, № 1, с. 47.
• Захарченко В. А., Шмойлов А. В. Приёмник инфракрасного излучения // Приборы и техника эксперимента, 1979, № 3, с.220.
• Исмаилов М. М., Петренко А. А., Астафьев А. А., Петренко А. Г. Инфракрасный радиометр для определения тепловых профилей и индикации разности температур. // Приборы и техника эксперимента, 1994, № 4, с.196.
• Мухин Ю. Д., Подъячев С. П., Цукерман В. Г., Чубаков П. А. Радиационные пирометры для дистанционного измерения и контроля температуры РАПАН-1 и РАПАН-2 // Приборы и техника эксперимента, 1997, № 5, с.161.
• Афанасьев А. В., Лебедев В. С., Орлов И. Я., Хрулев А. Е. Инфракрасный пирометр для контроля температуры материалов в вакуумных установках // Приборы и техника эксперимента, 2001, № 2, с.155-158.
• Авдошин Е. С. Светопроводные инфракрасные радиометры (обзор) // Приборы и техника эксперимента, 1988, № 2, с.5.
• Авдошин Е. С. Волоконный инфракрасный радиометр. // Приборы и техника эксперимента, 1989, № 4, с.189.
• Сидорюк О. Е. Пирометрия в условиях интенсивного фонового излучения. // Приборы и техника эксперимента, 1995, № 4, с.201.
• Порев В. А. Телевизионный пирометр // Приборы и техника эксперимента, 2002, № 1, с.150.
• Широбоков А. М., Щупак Ю. А., Чуйкин В. М. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором «Терма-2». // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2002. Т.45, № 2, с.17.
• Букатый В. И., Перфильев В. О. Автоматизированный цветовой пирометр для измерения высоких температур при лазерном нагреве. // Приборы и техника эксперимента, 2001, № 1, с.160.
• Chrzanowski K., Bielecki Z., Szulim M. Comparison of temperature resolution of single-band, dual-band and multiband infrared systems // Applied Optics. 1999. Vol. 38 № 13. p. 2820.
• Chrzanowski K., Szulim M. Error of temperature measurement with multiband infrared systems // Applied Optics. 1999. Vol. 38 № 10. p. 1998.

СсылкиПравить

Термо́метр (греч.  «тепло» +  «измеряю»), также гра́дусник — измерительный прибор для измерения температуры различных тел и сред (воздуха, почвы, воды и т. д.). По принципу измерения существует несколько видов термометров:

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

спиртовой термометр для измерения температуры воздуха

Электронный медицинский термометр

Цифровой кулинарный термометр