Принцип действия механического термометра: принцип действия. Кто изобрел? Шкала и выбор

By alexxlab No comments

Содержание

принцип действия. Кто изобрел? Шкала и выбор

Для измерения температуры используются приборы под названием термометры. Они имеют разную конструкцию и форму, могут определить температуру тела, воздуха, воды и многого другого. Механические виды таких приборов базируются на расширении тел под действием тепла. Эти тела могут быть разной формы: газообразной, жидкой и твердой.

История

Изобретателем термометров был Галилео Галилей. Еще в 1706 году он занимался созданием астрономических и физических приборов, но основной его целью было усовершенствование термометра. Со временем он изобрел и разработал систему измерения температуры с помощью шкалы, разделенной на градусы от 0 до 100.

Механические приборы по измерению температуры появились намного позже. Такой вид термометра работает по принципу изменения металлической спирали. Приборы оснащены стрелкой и внешне похожи на стрелочные часы. Используются они на панелях автотранспорта и разнообразной спецтехнике.

Основными их преимуществами являются прочность и надежность.

Виды и их принцип работы

Принцип работы механических термометров заключается в изменении металлической спирали или ленты из биметалла и способности расширения металлических тел при нагреве. Они отличаются максимально точными данными и легкостью в использовании.

Данные механические приборы разделяются на два вида: биметаллические и стержневые.

Действие стержневых видов основывается на разнице линейного расширения двух тел, которые имеют разные температурные растяжения. Латунная трубка оказывается элементом, в котором находятся 2 спирали из сплава железа с никелем. Они приводят к сокращению расстояния, настраиваемого при регулировании в зависимости от нужного значения заданной температуры. Для того чтобы передать данные с таких приборов на дистанцию более 50 м, применяют электрические системы передач.

С их помощью прямые и угловые данные, полученные посредством работы термочувствительных элементов, превращаются в электрические сигналы.

Биметаллический градусник работает по принципу сжатия и расширения твердых тел. Они отличаются высокой прочностью, способны устоять перед температурами за границами измеряемого диапазона, применяются в промышленности.

Если температура выходит за пределы шкалы, то это значит, что прибор подвергается действию самых высоких или низких отметок.

Работает такой прибор при помощи стрелки и шкалы, с которых ведется отсчёт данных.

Биметаллические термометры бывают трех видов: спиральные, геликоид, с многоступенчатой спиралью. Спиральные имеют элементы в форме спирали. Когда они нагреваются, то приобретают способность раскручиваться, но иногда могут и закручиваться. Элемент меняется в зависимости от температуры. При ее повышении он нагревается и распрямляется, двигая стрелку в сторону увеличения данных, при снижении – наоборот, закручивается, и стрелка движется в сторону низких данных по шкале. Скручивание и раскручивание спирали происходит в соответствии с изменением температуры. Благодаря большому ходу стрелки данные о температуре очень четкие.

Спиралевидные элементы занимают мало места, поэтому используются чаще, чем стержневые с прямой формой.

Когда спиральные приборы оказываются неподходящими для применения в промышленности из-за своей формы, используют удлиненный элемент под названием геликоид. При нагревании он раскручивается и продвигает ось в область более высоких данных, а при остывании скручивается и направляет стрелку к наименьшим показателям шкалы.

У термометров с многоступенчатой спиралью принцип работы такой же, как и у унифилярной, но они имеют другое строение. В ней находится два и более концентрических витка. Она занимает еще меньше места и предоставляет больший ход стрелки, а значит, более точные данные.

Что выбрать?

Несколько советов, которые стоит брать во внимание при выборе механического термометра.

  1. При выборе обратите внимание на стоимость. Дешевый прибор наверняка отличается погрешностью в данных.
  2. Размер прибора имеет немаловажное значение, так как размер шкалы и цифр напрямую зависит от диаметра циферблата.
  3. Верхний диапазон на шкале термометра должен быть не менее 300 градусов.
  4. Производитель дорожит своей репутацией, поэтому товары от известных фирм будут отличаться качеством в лучшую сторону.

Далее вас ждет обзор механического термометра для кухни.

Биметаллические термометры: конструкция, принцип работы, виды

05. 10.2018

Термометр биметаллический применяется для измерения температуры среды любого вида (жидкой, сыпучей или газообразной) в диапазоне температур от -70°С до +600°С. К корпусу такого термометра прикрепляется внутренний конец пружины, изготовленной из биметаллической ленты. Второй ее конец прикрепляется к стрелке, показывающей температуру.
Как правило, такие термометры применяются в промышленности, но часто их используют в быту: в комнатах, бассейнах, банях или саунах, на улице или теплицах, и даже в автомобилях.
Биметаллический термометр предназначен для измерения температуры как в стационарных условиях, так и в техустановках.

Конструкция биметаллического термометра

Такой термометр имеет круглый корпус, где размещен циферблат и кинематический механизм со стрелкой, а также биметаллический термочувствительный элемент в защитной трубке. Так, чувствительная часть термометра (термобаллон) реагирует на смену температуры, а показывающая часть (циферблат), соответственно, показывает повышение или понижение температуры в окружающей среде.

Принцип действия промышленного термометра

Принцип работы такого агрегата достаточно простой. Он основан на упругой деформации, которая возникает под влиянием температуры двух металлических пластин, прочно соединенных между собой, которые имеют разные температурные коэффициенты линейного расширения. При этом, биметаллическая полоска искривляется в ту сторону материала, коэффициент линейного расширения которого меньше. В результате такой деформации, при помощи кинематического узла, изгиб преобразуется во вращательное движение стрелки, которая, в свою очередь, показывает на шкале термометра измеряемое значение температуры.

Термометр биметаллический
— это отличная альтернатива достаточно распространенным жидкостным термометрам. В его работе существует лишь один недостаток: ему нужно чуть больше времени для того, чтобы показать верный результат. К тому же, стоимость таких термометров выше обычных.

Классификация промышленных термометров

Промышленные биметаллические термометры бывают двух видов:

1. Радиальные термометры;

2. Осевые термометры.

Разница между ними лишь в том, что ось циферблата радиального термометра находится под углом 90 градусов по отношению к оси термобаллона, а в осевом термометре ось циферблата полностью совпадает с осью термобаллона.

Другая классификация разделяет биметаллические термометры на:

1. Трубные термометры, которые производят измерение температуры на поверхности труб в отопительных системах;

2. Игольчатые термометры, которые измеряют температуру при погружении специальной иглы-щупа в среду измерения.

При
производстве биметаллических термометров учитываются особые условия их
дальнейшей эксплуатации. К примеру, такие термометры можно объединить с
гигрометром, что позволит провести оперативную оценку атмосферы как по
температуре, так и по влажности воздуха. Кроме этого, промышленные термометры
выпускаются не только с универсальными тех. характеристиками, но и с
узкоспециализированными. Так, такой прибор может работать с любыми
температурами в диапазоне от -70°С до +600°С, а также с любыми фазовыми
состояниями среды.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

принцип действия, схемы и т.д.

Биметаллический термометр — это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел.

Биметаллический термометр

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Прочность биметаллических термометров делает их приемлемыми для промышленного применения. Более того, биметаллические термометры способны противостоять температурам за пределами диапазона измерений.

Выход за пределы диапазона измерений означает, что термометр подвергается воздействию температур, которые либо выше, либо ниже самых высоких или самых низких показаний температуры на шкале термометра.

Схема биметаллического термометра

Что касается недостатков, то металлы, из которых изготавливаются биметаллические элементы термометров подвержены одному существенному дефекту, который отсутствует в жидкостных системах или манометрических системах. Так металлы могут закаливаться при воздействии температур свыше 1000°C в течение длительного времени. Закаливание биметаллических элементов понижает их чувствительность к изменениям температуры. Когда это происходит, то элемент не будет расширяться и как обычно при нагревании и сжиматься как обычно при охлаждении. Поэтому при повышении температуры стрелка не будет двигаться пропорционально повышению температуры. Когда температура будет понижаться, то стрелка не будет перемещаться пропорционально понижению температуры. Биметаллический элемент с закаленным элементом может слабо реагировать на повышение температуры и сильно реагировать на понижение температуры.

Принцип работы биметаллического термометра

У биметаллического термометра есть стрелка и шкала, с которой ведется отсчет показаний. Трубка биметаллического термометра служит в качестве контейнера, куда помещается для стержня и биметаллического элемента.

Биметаллический стержень (стержень, изготовленный из двух различных металлов, скрепленных вместе) может использоваться в качестве компенсатора в манометрических системах. Биметаллический элемент биметаллического термометра сходен с биметаллическим стержнем. Он также изготовлен из двух различных металлов, которые сжимаются или расширяются с различной степенью при изменениях температуры. Металл верхней части при нагревании расширяется больше, чем нижний, поэтому стержень изгибается в направлении, показанном на рисунке ниже. Металл наверху также сильнее сжимается при охлаждении и заставляет стержень изгибаться в противоположном направлении.

Биметаллический элемент реагирует на изменения температуры

Виды биметаллических термометров

Спиральный

Часто биметаллические элементы биметаллических термометров имеют форму спирали. Большинство элементов биметаллических термометров должны раскручиваться при нагревании.
Однако это вовсе не обязательно. Некоторые, наоборот закручиваются при нагревании. Независимо от конструкции, направление движения элемента термометра будет известно и стрелка покажет изменения температуры.

Спиральный элемент реагирует на изменения температуры

Элемент, показанный на рисунке выше должен раскручиваться при нагревании. Когда этот спиральный элемент нагревается, то в ответ на повышение температуры он старается распрямиться. Подобное движение спирального элемента двигает стрелку в сторону более высоких показаний по шкале. Когда температура понижается, то спираль закручивается и стрелка двигается в сторону более низких показаний. Скручивание и распрямление спирального элемента пропорционально изменениям температуры
Спиральные элементы используются в биметаллических термометрах вместо элементов в виде стержня, так как спиральный элемент занимает меньше места, чем элемент прямой формы. Кроме того, спиральный элемент обеспечивает больший ход стрелки, что в свою очередь, означает большую чувствительность к изменениям температуры.

Геликоид

Иногда спиральные элементы оказываются слишком плоскими и широкими, чтобы их можно применять в промышленности. Например, измерение температуры технологической жидкости, проходящей по большой трубе достаточно затруднено, так как потребуется датчик достаточно большой длины, чтобы он соприкасался с жидкостью. Для таких измерений температуры биметаллические термометры должны иметь удлиненный или длинный спиральный элемент. Удлиненный спиральный элемент носит название пространственной спирали или геликоида. Когда пространственная спираль нагревается, то она в результате раскручивается. Подобное раскручивание двигает ось, которая в свою очередь, передвигает стрелку по шкале в сторону более высоких показаний. При охлаждении пространственная спираль скручивается и двигает стрелку в сторону более низких показаний.

Геликоид реагирует на изменения температуры

С многоступенчатой спиралью

Некоторые биметаллические термометры используют многоступенчатые спирали. Многоступенчатые пространственные спирали состоят из двух или более концентрических витков (витков внутри других витков), но тем не менее, это один биметаллический элемент. Многоступенчатая пространственная спираль работает по такому же принципу, как и унифилярная спираль. Она раскручивается при увеличении температуры и скручивается при понижении температуры. Многоступенчатая пространственная спираль занимает меньше места чем унифилярная спираль, но она способна обеспечить больший ход стрелки, чем унифилярная спираль аналогичного размера. По этой причине многоступенчатые пространственные спирали используются вместо унифилярных спиралей для измерений температуры внутри очень узких труб, или там, где нет места для погружения биметаллического термометра с более длинной унифилярной спиралью.

Многоступенчатые пространственные спирали

Механический термометр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Механический термометр

Cтраница 1

Механические термометры делятся на две группы: дилатометрические ( стержневые, жезловые) и биметаллические.
 [1]

Механические термометры основаны на явлении теплового расширения тел. Эти тела могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Механические термометры отличаются надежностью, точностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. Считывание показаний с них, как правило, осуществляется на месте измерения.
 [3]

Механические термометры не получили распространения как самостоятельные измерительные приборы, а используются главным образом в качестве измерительных устройств для электрической сигнализации и автоматического регулирования температуры.
 [4]

К механическим термометрам расширения относятся термометры и реле для сигнализации и регулирования температуры дилатометрические и биметаллические. Действие дилатометрических устройств основано на разности линейного расширения двух твердых тел с различными температурными коэффициентами расширения. Чувствительным элементом является латунная трубка 1 с находящимися внутри нее пружинами 2 из инвара. Это приводит к уменьшению зазора а, устанавливаемого при наладке в зависимости от необходимого значения сигнализируемой температуры.
 [5]

К механическим термометрам расширения относятся дила-г ометрические и биметаллические термометры.
 [6]

Для осуществления передачи показаний механических термометров на расстояние, превышающее 50 м, применяют различные системы дистанционных передач. Чаще всего для этой цели используют электрические системы. С их помощью механические величины — линейные и угловые перемещения, полученные в результате работы термочувствителных элементов, — преобразуются в те или иные электрические величины — омическое сопротивление, индуктивность или емкость и другие параметры.
 [8]

К термометрам этой группы относятся жидкостные стеклянные и механические термометры. Принцип действия жидкостных стеклянных термометров основан на свойстве заполняющего вещества изменять свой объем при изменении температуры. В зависимости от величины измеряемой температуры в качестве рабочего вещества применяется ртуть или спирт. Ртутные термометры предназначены для измерения температуры от — 30 до 500 С, а спиртовые — для измерения температуры от — 130 до 60 С.
 [10]

Погрешности измерения температуры при помощи жидкостных механических термометров обусловлены различием температур жидкости в термобаллоне и в капилляре и зависят также от длины капилляра. Для повышения точности в жидкостных манометрических термометрах применяют компенсационный капилляр.
 [12]

В качестве сигнализаторов достижения контрольного уровня температуры применяют механические термометры расширения — биметаллические термометры и дилатометры, действие которых основано на разности теплового расширения твердых тел.
 [13]

Действие жидкостных термометров расширения основано на принципе теплового расширения жидкости, заключенной в стеклянный резервуар малого объема. Действие же механических термометров основано на изменении линейных размеров твердых материалов ( металлов и сплавов) при изменении их температуры.
 [15]

Страницы:  

   1

   2




Термометр. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Термометр – это прибор, предназначенный для измерения температуры жидкостной, газообразной или твердой среды. Изобретателем первого устройства для измерения температуры является Галилео Галилей. Название прибора с греческого языка переводится как «измерять тепло». Первый прототип Галилея существенно отличался от современных. В более привычном виде устройство появилась спустя более чем через 200 лет, когда за изучение данного вопроса взялся шведский физик Цельсий. Он разработал систему измерения температуры, разделив термометр на шкалу от 0 до 100. В честь физика уровень температуры измеряются в градусах Цельсия.

Разновидности по принципу действия

Хотя с момента изобретения первых термометров прошло уже более через 400 лет, эти устройства до сих пор продолжают совершенствоваться. В связи с этим появляются все новые устройства, основанные на ранее не применяемых принципах действия.

Сейчас актуальными являются 7 разновидностей термометров:
  • Жидкостные.
  • Газовые.
  • Механические.
  • Электрические.
  • Термоэлектрические.
  • Волоконно-оптические.
  • Инфракрасные.

Жидкостные

Термометры относятся к самым первым приборам. Они работают на принципе расширения жидкостей при изменении температуры. Когда жидкость нагревается – она расширяется, а когда охлаждается, то сжимается. Само устройство состоит из очень тонкой стеклянной колбы, заполненной жидким веществом. Колба прикладывается к вертикальной шкале, выполненной в виде линейки. Температура измеряемой среды равна делению на шкале, на которое указывает уровень жидкости в колбе. Эти устройства являются очень точными. Их погрешность редко составляет более 0,1 градуса. В различном исполнении жидкостные приборы способны измерять температуру до +600 градусов. Их недостаток в том, что при падении колба может разбиться.

Газовые

Работают точно так же как и жидкостные, только их колбы заполняются инертным газом. Благодаря тому, что в качестве наполнителя используется газ, увеличивается диапазон измерения. Такой термометр может показывать максимальную температуру в пределах от +271 до +1000 градусов. Данные приборы обычно применяются для снятия показания температуры различных горячих веществ.

Механический

Термометр работает по принципу деформации металлической спирали. Такие приборы оснащаются стрелкой. Они внешне немного напоминает стрелочные часы. Подобные устройства используется на панели приборов автомобилей и различной спецтехнике. Главное достоинство механических термометров в их прочности. Они не боятся встряски или ударов, как модели из стекла.

Электрические

Приборы работают по физическому принципу изменения уровня сопротивления проводника при различных температурах. Чем горячее металл, тем его сопротивляемость при передаче электрического тока выше. Диапазон чувствительности электротермометров зависит от металла, который использован в качестве проводника. Для меди он составляет от -50 до +180 градусов. Более дорогие модели на платине могут указывать на температуру от -200 до +750 градусов. Такие приборы применяются как датчики температуры на производстве и в лабораториях.

Термоэлектрический

Термометр имеет в своей конструкции 2 проводника, которые измеряют температуру по физическому принципу, так называемому эффекту Зеебека. Подобные приборы имеют широкий диапазон измерения от -100 до +2500 градусов. Точность термоэлектрических устройств составляет около 0,01 градуса. Их можно встретить в промышленном производстве, когда требуется измерение высоких температур свыше 1000 градусов.

Волоконно-оптические

Делаются из оптоволокна. Это очень чувствительные датчики, которые могут измерять температуру до +400 градусов. При этом их погрешность не превышает 0,1 градуса. В основе такого термометра лежит натянутое оптоволокно, которое при изменении температуры растягивается или сжимается. Проходящий сквозь него луч света преломляется, что фиксирует оптический датчик, сопоставляющий преломление с температурой окружающей среды.

Инфракрасный

Термометр, или пирометр, является одним из самых недавних изобретений. Они имеют верхний диапазон измерения от +100 до +3000 градусов. В отличие от предыдущих разновидности термометров, они снимают показания без непосредственного контакта с измеряемым веществом. Прибор посылает инфракрасный луч на измеряемую поверхность, и на небольшом экране отображает ее температуру. При этом точность может отличаться на несколько градусов. Подобные устройства применяются для измерения уровня нагрева металлических заготовок, которые находятся в горне, корпуса двигателя и пр. Инфракрасные термометры способны показать температуры открытого пламени. Подобные устройства применяются еще в десятках различных сфер.

Разновидности по предназначению

Термометры можно классифицировать на несколько групп:
  • Медицинские.
  • Бытовые для воздуха.
  • Кухонные.
  • Промышленные.

Медицинский термометр

Медицинские термометры обычно называют градусники. Они имеют низкий диапазон измерения. Это связано с тем, что температура тела живого человека не может составлять ниже +29,5 и выше +42 градусов.

В зависимости от исполнения медицинские градусники бывают:
  • Стеклянные.
  • Цифровые.
  • Соска.
  • Кнопка.
  • Инфракрасный ушной.
  • Инфракрасный лобный.

Стеклянные термометры являются первыми, которые начали применять для медицинских целей. Данные устройства универсальны. Обычно их колбы заполняются спиртом. Раньше для таких целей использовалась ртуть. Подобные устройства имеют один большой недостаток, а именно необходимости длительного ожидания для отображения реальной температуры тела. При подмышечном исполнении продолжительность ожидания составляет не менее 5 минут.

Цифровые термометры имеют небольшой экран, на который выводится температура тела. Они способны показать точные данные спустя 30-60 секунд с момента начала измерения. Когда градусник получает конечную температуру, он создает звуковой сигнал, после которого его можно снимать. Данные приборы могут работать с погрешностью, если не очень плотно прилегают к телу. Существуют дешевые модели электронных термометров, которые снимают показания не менее долго, чем стеклянные. При этом они не создают звуковой сигнал об окончании измерения.

Термометры соски сделаны специально для маленьких детей. Устройство представляет собой соску-пустышку, которая вставляется в рот младенца. Обычно такие модели после завершения измерения подают музыкальный сигнал. Точность устройств составляет 0,1 градуса. В том случае если малыш начинает дышать через рот или плакать, отклонение от реальной температуры может быть существенным. Продолжительность измерения составляет 3-5 минут.

Термометры кнопки применяются тоже для детей возрастом до трех лет. По форме такие приборы напоминают канцелярскую кнопку, которая размещается ректально.  Данные устройства снимают показания быстро, но имеют низкую точность.

Инфракрасный ушной термометр считывает температуру из барабанной перепонки. Такое устройство способно снять измерения всего за 2-4 секунды. Оно также оснащается цифровым дисплеем и работает на батарейках. Данное устройство имеет подсветку для облегчения введения в ушной проход. Приборы подходят для измерения температуры у детей старше 3 лет и взрослых, поскольку у младенцев слишком тонкий ушной канал, в который наконечник термометра не проходит.

Инфракрасные лобные термометры просто прикладываются ко лбу. Они работают по такому же принципу, как и ушные. Одно из преимуществ таких устройств в том, что они могут действовать и бесконтактно на расстоянии 2,5 см от кожи. Таким образом, с их помощью можно измерить температуру тела ребенка не разбудив его. Скорость работы лобных термометров составляет несколько секунд.

Бытовые для воздуха

Для измерения температуры воздуха на улице или в помещении применяются бытовые термометры. Они, как правило, выполнены в стеклянном варианте и заполнены спиртом или ртутью. Обычно диапазон их измерения в уличном исполнении составляет от -50 до +50 градусов, а в комнатном от 0 до +50 градусов. Подобные приборы часто можно встретить в виде украшений для интерьера или магнита на холодильник.

Кухонные

Кухонные термометры предназначены для измерения температуры различных блюд и ингредиентов. Они могут быть механическими, электрическими или жидкостными. Их применяют в тех случаях, когда необходимо строго контролировать температуру по рецепту, к примеру, при приготовлении карамели. Обычно подобные устройства идут в комплекте с герметичным тубусом для хранения.

Промышленные

Промышленные термометры предназначены для измерения температуры в различных системах. Обычно они представляют собой приборы механического типа со стрелкой. Их можно увидеть в магистралях водяного и газового снабжения. Промышленные модели бывают электрические, инфракрасные, механические и пр. Они имеют самое большое разнообразие форм, размеров и диапазонов измерения.

Похожие темы:

Приборы для измерения температуры — виды и принцип действия

Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.

Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.

Виды термометров по принципу действия

Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.

Контактные

Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.

К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).

Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.

Термометры сопротивления

К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.

Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.

В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.

Электронные термопары

При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.

Манометрические

Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.

Бесконтактные пирометры

В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.

Виды термометров по используемым материалам

Здесь различают 7 категорий:

  1. Жидкостные. Представляют собой корпус, заполненный жидкостью, которая подвержена температурному расширению. Колба с жидкостью прикладывается к шкале. При нагреве жидкость расширяется, и столбик растет, а при охлаждении — наоборот, сжимается (уменьшается). Погрешность измерений такими приборами составляет менее 0,1 градуса.
  2. Газовые. Принцип действия — тот же, что и у жидкостных, но в качестве заполнителя для колбы выбирается инертный газ. Это позволяет существенно увеличить температурный диапазон измерения (если для жидкостных предел — +600 градусов, то для газовых — +1000 градусов). С их помощью можно измерять температуру в различных раскаленных жидких средах.
  3. Механические. В основе действия — принцип деформации металлической спирали. Часто эти термометры комплектуются стрелочным “дисплеем”. Устанавливаются в спецтехнике, автомобилях, на автоматизированных линиях. Нечувствительны к ударам.
  4. Электрические. Работают, измеряя уровень сопротивления проводника при разных температурных показателях. В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
  5. Термоэлектрические. В конструкции предусмотрено два проводника, проводящие замеры по физическому принципу на основе эффекта Зеебека. Эти устройства очень точные, работают с погрешностью до 0,01 градуса и подходят для высокоточных измерений в производственных процессах, когда рабочая температура превышает 1000 градусов.
  6. Волоконно-оптические. Чувствительные датчики из оптоволокна (оно натягивается и сжимается или растягивается при изменении температуры, а прибор фиксирует степень преломления проходящего луча света). Допустимый диапазон измерений — до +400 градусов, а погрешность — не более 0,1 градуса.
  7. Инфракрасные. Непосредственный контакт с измеряемым веществом не требуется: прибор генерирует инфракрасный луч, который направляется на изучаемую поверхность. Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.

Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.

типы термометров, применение термометров. Статья про термометры на ЭкоЮнит

Термометр в переводе с греческого языка означает «измерять тепло». История изобретения термометра берет начало с 1597 года, когда Галилей создал термоскоп – шарик с припаянной трубкой – для определения степени нагретости воды. Этот прибор не имел шкалы, а его показания зависели от атмосферного давления. С развитием науки термометр видоизменялся. Жидкостный термометр впервые был упомянут в 1667 году, а в 1742 году шведский физик Цельсий создал термометр со шкалой, в которой точка 0 соответствовала температуре замерзания воды, а 100 – температуре ее кипения.

Мы часто пользуемся термометром для определения температуры воздуха на улице или температуры тела, однако этим применение термометра вовсе не ограничивается. На сегодняшний день существует множество способов измерить температуру вещества, а современные термометры совершенствуются до сих пор. Опишем наиболее распространенные типы измерителей температуры.

Жидкостный термометр

Принцип действия данного типа термометров основан на эффекте расширения жидкости при нагревании. Термометры, у которых в качестве жидкости используется ртуть, часто применяются в медицине для измерения температуры тела. Несмотря на токсичность ртути, ее использование позволяет определять температуру с большей точностью по сравнению с другими жидкостями, так как расширение ртути происходит по линейному закону. В метеорологии используют термометры на спирту. Это связано в первую очередь с тем, что ртуть загустевает при значении 38 °С и не годится для измерения более низких температур. Диапазон жидкостных термометров в среднем составляет от 30 °С до +600 °С, а точность не превышает одну десятую долю градуса.

Газовый термометр

Газовые термометры работают по тому же принципу, что и жидкостные, только в качестве рабочего вещества в них используется инертный газ. Этот тип термометра является аналогом манометра (прибора для измерения давления), шкала которого градуируется в единицах температуры. Основным преимуществом газового термометра является возможность измерения температур около абсолютного нуля (его диапазон составляет от 271 °С до +1000 °С). Предельно достижимая точность измерения составляет 2*10-3 °С. Получение высокой точности газового термометра является сложной задачей, поэтому такие термометры не используются в лабораторных измерениях, а применяются для первичного определения температуры вещества.

Механический термометр

Этот вид термометров работает по аналогии с газовыми и жидкостными. Температура вещества определяется в зависимости от расширения металлической спирали или ленты из биметалла. Механический термометр отличается высокой надежностью и простотой в использовании. Как самостоятельные приборы такие термометры широкого распространения не получили и в настоящее время используются в основном в качестве устройств для сигнализации и регулирования температуры в системах автоматизации.

Электрический термометр (термометр сопротивления)

В основу работы электрического термометра заложена зависимость сопротивления проводника от температуры. Сопротивление металлов линейно увеличивается с ростом температуры, поэтому именно металлы и используются для создания этого типа термометров. Полупроводники по сравнению с металлами дают большую точность измерений, однако термометры на их основе практически не выпускаются из-за сложностей, связанных с градуировкой шкалы. Диапазон термометров сопротивления напрямую зависит от рабочего металла: например, для меди он составляет от -50 °С до +180 °С, а для платины – от -200 °С до +750 °С. Электрические термометры устанавливают в качестве датчиков температуры на производстве, в лабораториях, на экспериментальных стендах. Они часто комплектуются совместно с другими измерительными устройствами

Термоэлектрический термометр

Термоэлектрический термометр также называют термопарным. Термопара представляет из себя контакт двух разных проводников, измеряющих температуру на основе эффекта Зеебека, открытого в 1822 году. Этот эффект состоит в появлении разницы потенциалов на контакте между двумя проводниками при наличии между ними градиента температур. Таким образом, через контакт при изменении температуры начинает проходить электрический ток. Преимуществом термопарных термометров является простота исполнения, широкий диапазон измерений, возможность заземления спая. Однако есть и недостатки: термопара подвержена коррозии и другим химическим процессам со временем. Максимальной точностью обладают термопары с электродами из благородных металлов и их сплавов – платиновые, платинородиевые, палладиевые, золотые. Верхняя граница измерения температуры с помощью термопары составляет 2500 °С, нижняя – около -100 °С. Точность измерения термопарного датчика может достигать 0,01 °С. Термометр на основе термопар незаменим в системах управления и контроля на производстве, а также при измерении температуры жидких, твердых, сыпучих и пористых веществ.

Волоконно-оптический термометр

С развитием технологий изготовления оптоволокна, возникли новые возможности его использования. Датчики на основе оптоволокна проявляют высокую чувствительность к различным изменениям во внешней среде. Малейшее колебание температуры, давления или натяжения волокна приводят к изменениям распространения в нем света. Оптоволоконные датчики температуры часто применяются для обеспечения безопасности на производстве, для пожарного оповещения, контроля герметичности емкостей с огнеопасными и токсичными веществами, обнаружения утечек и т. п. Диапазон таких датчиков не превышает +400 °С, а максимальная точность составляет 0,1 °С.

Инфракрасный термометр (пирометр)

В отличие от всех предыдущих типов термометров, пирометр является бесконтактным прибором. Более подробно прочитать про пирометры и его характеристики можно в отдельной статье на нашем сайте. Технический пирометр способен измерять температуру в диапазоне от 100 °С до 3000 °С, с точностью до нескольких градусов. Инфракрасные термометры удобны не только в условиях производства. Все чаще они применяются для измерения температуры тела. Это связано со многими преимуществами пирометров по сравнению с ртутными аналогами: безопасность использования, высокая точность, минимальное время на измерение температуры.

В завершение отметим, что сейчас сложно представить себе жизнь без этого универсального и незаменимого прибора. Простые термометры можно встретить в быту: они используются для поддержания температуры в утюге, стиральной машине, холодильнике, измерения температуры окружающего воздуха. Более сложные датчики устанавливают в инкубаторах, теплицах, сушильных камерах, на производстве.

Выбор термометра или датчика температуры зависит от сферы его использования, диапазона измерения, точности показаний, габаритных размеров. А в остальном – все зависит от вашей фантазии.

 

Как работают термометры | Сравнение типов термометров

Как работают термометры | Типы сравниваемых термометров

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 22 декабря 2020 г.

Тебе сегодня жарко, или это только мне? И как мы
могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, и вы не согласны,
как мы можем разрешить спор? Один простой способ — измерить
температуру с помощью градусника в оба дня и сравните показания.Термометры — это простые научные инструменты, основанные на идее изменения металлов.
их поведение очень точное по мере того, как они нагреваются (получают больше тепловой энергии).
Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот круговой (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моей морозильной камеры: около -30 ° C (внутренняя шкала) или -25 ° F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеряется двумя немного разными способами.

Термометры жидкостные

Фото: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева) и шкалу Фаренгейта (справа).Текущая температура составляет около 22 ° C или 72 ° F.
Шкала Фахенгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который
изготовил первый ртутный термометр в начале 18 века.
Шкала Цельсия названа в честь разработавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Самые простые термометры действительно просты! Они просто очень
тонкие стеклянные пробирки, наполненные небольшим количеством
серебристой жидкости (обычно ртуть — довольно
специальный металл, жидкий при обычных, повседневных температурах). Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину
это напрямую связано с температурой. Так что если температура
увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и поднимается по шкале
вдвое больше, чем если бы повышение температуры всего на 10 градусов.
Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем
легко определить температуру.

Как определить масштаб? Делаем градусы Цельсия (по Цельсию)
термометр — это просто, потому что он основан на температуре льда
и кипяток.Они называются двумя неподвижными точками. Мы
Знайте, что лед имеет температуру, близкую к 0 ° C, а вода кипит при 100 ° C.
Если мы окунем термометр в лед, то увидим, где
уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая
будет примерно 0 ° C. Точно так же, если мы окунем термометр в
кипящей воды, мы можем дождаться, пока ртуть поднимется, а затем сделать
отметка, эквивалентная 100 ° C. Все, что нам нужно сделать, это разделить
шкала между этими двумя фиксированными точками на 100 равных ступеней («санти-градус» означает 100 делений)
и, привет, у нас есть рабочий градусник!

Фото: Спиртовые термометры. Как вы можете видеть по красным линиям рядом с их шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper от Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостера в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Коллекция фотографий Лиды Хилл Техас в американском проекте Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или алкоголь?

Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем градуснике,
красный, а не серебристый, как на картинке, ваш термометр
наполненный жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом).Какая разница? Ртуть токсична, хотя
совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного градусника
может сломаться, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него.
По этой причине спиртовые термометры обычно более безопасны, и они могут
также может использоваться для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую точку замерзания
чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола
по сравнению с примерно -40 ° C или -40 ° F для ртути).

Термометры циферблатные

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем
на верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по круговой
шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель
монтируется на свернутом в спираль куске металла, называемом биметаллической полосой, который при этом
становится горячее (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как это работает).
Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем сильнее она толкает
указатель вверх по шкале.

Изображение: Как работает циферблатный термометр: это механизм, который приводит в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза В. Патнэма от 1905 года. Вверху мы видим обычную стрелку и циферблат. Нижнее изображение показывает, что происходит вокруг спины. Биметаллическая полоса (желтая) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух соединенных вместе разных металлов, которые при нагревании расширяются в разной степени.При изменении температуры биметаллическая полоса более или менее изгибается (сжимается или расширяется), а прикрепленный к ней указатель перемещается вверх или вниз по шкале. Произведение искусства
из патента США 798211: термометр любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: Вот свернутая в спираль биметаллическая полоса реального термометра со шкалой (термометр морозильной камеры на нашем верхнем фото). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, спиральная полоска затянется; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Термометры электронные

Одна проблема с ртутными и циферблатными термометрами заключается в том, что они
при этом реагировать на перепады температуры. Электронный
У термометров нет такой проблемы: вы просто касаетесь зондом термометра
объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей
дает (почти) мгновенное считывание температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 г. Ставите металлический зонд.
у вас во рту или где-нибудь еще на вашем теле, и считайте температуру на ЖК-дисплее.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем
механические, использующие ртутные линии или вращающиеся указатели.
Они основаны на идее, что сопротивление
куска металла (легкость, с которой течет электричество
через него) изменяется при изменении температуры. По мере того, как металлы становятся горячее, атомы внутри вибрируют сильнее
по ним, электричеству труднее течь, и сопротивление увеличивается.
Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно и сопротивление
идет вниз.(При температурах, близких к абсолютному нулю, минимальной теоретически возможной температуре -273,15 ° C или -459,67 ° F, сопротивление полностью исчезает в результате явления, называемого
сверхпроводимость.)

Электронный термометр работает, подавая напряжение на
металлический зонд и измерение силы тока, протекающего через него. Если
вы опускаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает
электричество проходит через зонд с меньшей легкостью, поэтому сопротивление
увеличилась на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет
сопротивление и преобразует его в измерение температуры.

Фото: Термометр электрического сопротивления 1912 года:
Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Лидсом и Нортрупом.
и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США.
(ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градус.
Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд
20899.

Основное преимущество таких термометров в том, что они могут
мгновенное считывание по любой шкале температур
например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там.Кроме одного
из их недостатков в том, что они измеряют температуру от
от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут довольно сильно колебаться
резко, иногда затрудняя получение точных показаний.

В прецизионных электрических термометрах, известных как термометры сопротивления, используются четыре резистора, расположенных по ромбовидной схеме, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные значения, сопротивление четвертого
легко рассчитать. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры,
такую ​​схему можно использовать как очень точный термометр: вычисляя его сопротивление
(исходя из его напряжения и тока) позволяет нам рассчитать его температуру.

Измерение экстремальных температур

Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра.
ручка, понадобится термопара: хитрый прибор
который измеряет температуру путем измерения электричества. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать
даже термопару, можно попробовать пирометр,
своего рода термометр, который определяет температуру объекта по
электромагнитное излучение, которое он испускает.

Что такое температурная шкала?

Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние
вверх по шкале. Это не означает, что термометры должны быть прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртуть, стрелка или другой индикатор температуры должны двигайтесь так далеко, чтобы указывать каждое новое деление при повышении или понижении температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия с помощью круговой (но все же линейной) шкалы.

Для термометра не обязательно должны быть нанесены шкала или цифры.Представьте себе, если
вы были на необитаемом острове и наткнулись на старый градусник на песке с
шкала и цифры стерлись, но в остальном работает нормально. Вы все еще можете использовать
это получить представление о температурах. Вы можете использовать это очень грубо, чтобы сказать такие вещи, как:
«Уровень ртути поднялся примерно на полпути, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучше всего поставить собственную шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти
что-то действительно холодное (например, кусок льда), поместите термометр
на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути.Тогда вы могли бы сделать то же самое
чем-то горячим (кипятком) и еще раз отметьте уровень ртути. Мы называем это
два опорных уровня температуры фиксированных точек.
Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя
фиксированные точки на множество участков одинаковой длины. Вот как по Цельсию
термометр получил свое название: у него 100 («центовых») секций («градаций») между
неподвижные точки льда и пара. Какие бывают разные температурные шкалы и как
они проработаны?

Масштаб Фиксированная точка (и)

Фаренгейт

Первоначально 32 ° F (тающий лед в соли) и 96 ° F (определение температуры тела Даниэля Фаренгейта).

Цельсия

0 ° C (точка замерзания воды) и 100 ° C (точка кипения воды).

Кельвин

Определяется в соответствии с тройной точкой воды (где твердое тело, жидкость и пар находятся в равновесии), которая составляет 273,16 К.

ITS-90 (Международная температурная шкала)

Использует большое количество различных точек в разных частях своего диапазона.Видеть
ИТС-90 подробнее
Детали.

Как сравнивать градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру Цельсия в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8), а затем добавьте 32. Чтобы преобразовать
По Фаренгейту на Цельсию вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9 (или делите на 1,8, что то же самое).
Когда вы слышите, как в прогнозах погоды указываются температуры по Цельсию и их эквиваленты по Фаренгейту, вы можете почувствовать, что связь между ними немного странная и запутанная, потому что они кажутся такими разными.Но если вы нанесете их на диаграмму (как показано ниже), вы увидите, что обе шкалы абсолютно линейны, и каждое повышение температуры, которое добавляет еще 10 ° C, добавляет 18 ° F.

Диаграмма

: шкала температуры Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта — красным цветом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20 ° C.
равно 68 ° F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10 ° C равно увеличению на 18 ° F.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги для юных читателей

  • Как мы измеряем температуру? Криса Вудфорда. Гарет Стивенс, 2013 / Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет). Здесь упор делается на температуру как на практическую, повседневную форму математики.
  • градус по Фаренгейту, Цельсию и их температурные шкалы
    Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press / Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Даниэля Фаренгейта и Андерса Цельсия наряду с практическим измерением температуры.
  • Измерь! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте от 7 до 9 лет, включающее некоторые темы, связанные с погодой и изменением климата.
  • Температура: нагревание и охлаждение Дарлин Р. Стилле. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для читателей чуть младше.
  • Термометры Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее те же темы, что и эта статья, но для более молодых читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для старших читателей

  • Изобретение температуры: измерение и научный прогресс Хасока Чанга. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами. Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читаемая.
  • Измерение температуры Л. Михальски. Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
  • Принципы и методы измерения температуры Томас Дональд МакГи.Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, охватывающий температурные шкалы и все виды датчиков температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2008/2020) Термометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/thermometer.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работает биметаллический полосовой термометр?

Эта статья, в частности, дает ответы на следующие вопросы:

  • Как работают биметаллические термометры?
  • Почему биметалл свернут в спираль или спираль?
  • Почему некоторые биметаллические термометры оснащены переключающими контактами?

Принцип действия

Температуры могут быть измерены на основе принципа различного теплового расширения твердых тел.Для этого две металлические полосы (например, стальная и латунная) с разной степенью теплового расширения прочно соединяются между собой. При нагревании металлическая полоса деформируется из-за разной степени расширения. Деформация является мерой температуры и может быть считана по калиброванной шкале.

Рисунок: Конструкция и принцип действия биметаллической ленты

В биметаллических ленточных термометрах для измерения температуры используются различные скорости расширения металлов при нагревании!

Анимация: Принцип действия биметаллического полоскового термометра

Благодаря металлическим материалам биметаллические термометры могут использоваться при температурах от -100 ° C до более 500 ° C.

Биметаллические полосы производятся путем прокатки различных металлических листов друг на друга с последующим их нагреванием, так что металлы соединяются в стыках за счет процессов диффузии ( холодная сварка, ).

Примечание : Из-за электропроводности биметаллической ленты ее также часто используют в качестве предохранительного компонента для автоматического отключения. Биметаллические полоски можно найти, например, в чайниках, которые автоматически отключают чайник, размыкая электрическую цепь при слишком высокой температуре (или при достижении точки кипения).

Виды термометров биметаллических

Чем длиннее биметалл, тем больше изгиб и, следовательно, чувствительность при измерении температуры. По этой причине длинная биметаллическая полоса часто сворачивается в катушку. В зависимости от того, скручена ли биметаллическая катушка как спираль или винт, можно выделить два разных типа.

Рисунок: Биметаллическая полоса, намотанная на катушку Анимация: Биметаллическая полоса, намотанная на катушку

Биметаллический термометр спирального типа

Самая простая конструкция биметаллического термометра состоит в том, чтобы намотать биметаллическую полоску в спираль. Внутренний конец спирали прочно соединен с корпусом. К внешнему концу спирали прикреплен указатель. Затем измеренную температуру можно считать по откалиброванной шкале.

Рис.: Биметаллический термометр (спирального типа)

Такая конструкция с использованием биметаллической спирали не только очень компактна, но и экономична. Однако недостатком является то, что циферблат и датчик температуры не отделены друг от друга. Поэтому весь биметаллический термометр должен быть расположен непосредственно в среде, температуру которой необходимо измерить.Такие термометры используются, например, в холодильниках или морозильниках или для определения комнатной температуры.

Анимация: Принцип работы биметаллического термометра спирального типа

Биметаллический термометр спирального типа

Во многих случаях необходимо пространственно отделить индикатор (указатель) от датчика (биметаллической катушки). Например, если необходимо измерить температуру воды в отопительной трубе, как это принято в системах отопления. В этом случае датчик температуры должен быть расположен внутри трубы, а индикатор температуры должен находиться вне трубы.Или в пищевой промышленности также необходимо отделить дисплей от датчика, если, например, необходимо измерить температуру внутри продукта («проникающий термометр»).

Рис.: Биметаллический термометр (спирального типа)

Рисунок: Принцип действия биметаллического термометра (спирального типа)

В этих случаях биметаллические термометры снабжены биметаллической полосой, намотанной на спиральную катушку. Спиральный биметалл одним концом прочно соединен с внутренней частью измерительной трубы (биметалл прикреплен к цилиндрическому штифту, который плотно прижимается к штоку).Вращающийся металлический стержень проходит через эту спиральную катушку, которая присоединена к ней свободным концом. К верхнему концу металлического стержня прикреплен указатель. Если теперь измерительная труба нагревается, спиральный биметалл наматывается и вращает металлический стержень. Соответствующая температура может быть считана на калиброванной шкале.

Рисунок: Конструкция биметаллического термометра (спирального типа) Рисунок: Принцип действия биметаллического термометра (винтового типа)

Такие биметаллические термометры могут также быть оснащены переключающими контактами , которые замыкают электрическую цепь при превышении или понижении определенной температуры; соответственно срабатывает электрический сигнал.Таким образом, переключающие контакты могут выполнять задачи управления, например в качестве термостата для систем теплого пола, который из соображений безопасности отключает насос системы отопления при слишком высоких температурах и включает его снова, когда температура падает ниже определенного уровня.

Рис.: Биметаллический термометр с переключающим контактом

Механические термометры

Механические термометры

Термометры механические

Обычно используются несколько различных типов механических термометров:

1. Биметаллический термометр

Два разных металла с разными коэффициентами теплового расширения соединены вместе. При изменении температуры неравномерное расширение двух металлов приведет к скручиванию биметаллической ленты. Если один конец металлической полосы зафиксирован, другой конец будет смещаться в ответ на изменение температуры. Из биметаллических лент могут быть изготовлены катушки, спирали и диски.

2.Термометр расширения жидкости

Объемное расширение жидкостей и твердых тел можно использовать для измерения температуры. По этому принципу работают термометры, заполненные ртутью и спиртом.

3. Газовый термометр

Газовый термометр, работающий по закону идеального газа (PV = nRT), можно использовать для измерения температуры. Если давление поддерживается постоянным, изменение объема газа можно использовать для обозначения температуры.

Вернуться к

Введение

Вернуться к

Преобразователи и их применение

Перейти к

Термометры электрического сопротивления

Поддержка в разработке этого модуля была оказана Национальным научным фондом и Союзом Купера за развитие науки и искусства.

Пожалуйста, присылайте вопросы или комментарии профессору Рону Адрезину или профессору Даниэлю Райхелю.

Как работает цифровой термометр? — MOBI Technologies Inc.

Если вы думаете, что у вашего ребенка высокая температура, или вам интересно, есть ли у вашего ребенка подходящая температура, цифровой термометр — это то, что вам нужно. Но как работает цифровой термометр?

Это может быть проще, чем вы думаете.

Хотя у каждой компании есть свои секреты, большинство цифровых термометров работают на одних и тех же принципах — и все используют схожие технологии. Разница заключается в том, как устройства спроектированы и изготовлены, а также в качестве используемых компонентов.

Как работают цифровые термометры

Цифровые термометры содержат небольшой вычислительный механизм и резистор. Изменение температуры заставляет датчик замечать изменение сопротивления. Компьютер преобразует разницу в сопротивлении в разницу температур и предлагает цифровое значение в градусах.Терморезисторный датчик называется термистором.

Высококачественные цифровые термометры, такие как термометр с гибким наконечником MOBI Flex Temp, доступны по относительно низкой цене, поскольку хорошие термисторы доступны по невысокой цене. Когда качественный датчик сочетается с другими качественными деталями и хорошо спроектированным корпусом, в результате получается полезный и точный прибор, который может служить всей семье в течение многих лет.

Термисторы используются в различных электронных устройствах, где необходимо учитывать изменения температуры.Они могут заменить автоматические выключатели или предохранители для отключения чувствительной к температуре электроники для предотвращения повреждения из-за перегрева. Их также можно использовать в термостатах отопления и кондиционирования воздуха. В этом случае они заменяют биметаллические полоски или ртутные датчики, которые с большей вероятностью выйдут из строя.

Другие виды термометров

Цифровые термометры и термисторы, на которых они основаны, безопаснее, быстрее и проще для считывания, чем ртутные термометры старого образца.Ртуть внутри стеклянной трубки, пожалуй, самый простой вид термометра. По мере того, как ртуть нагревается, она расширяется на величину, которая напрямую связана с повышением температуры.

Хотя они не часто используются в медицинских термометрах, существуют также термометры с круговой шкалой, которые показывают, насколько металлическая спираль расширяется под действием тепла. Чем выше температура, тем больше расширяются внутренние биметаллические полосы и тем выше показания стрелок на циферблате.

Электронные термометры и термисторы внутри них имеют важное преимущество перед ртутными и механическими термометрами.Термисторы практически мгновенно реагируют на изменение температуры. Для реакции ртути и металлических полос требуется время, а это означает, что получение точных показаний занимает от минуты до нескольких минут.

Кроме того, компьютер внутри электронного термометра может отображать результаты в градусах Фаренгейта, Цельсия или любых других единицах, для которых он запрограммирован. Единственным недостатком является то, что результаты могут меняться от момента к моменту, в то время как механические и ртутные термометры движутся медленно и, следовательно, не успевают реагировать на незначительные колебания.

Более быстрые результаты означают более быстрый ответ

Современные цифровые термометры являются результатом многолетней эволюции в области измерения температуры. Теперь можно быстро и точно определить, есть ли у вашего ребенка или вас самих повышенная температура и нуждается ли он в медицинской помощи. И вы можете проверить правильную температуру воды в ванне или детской бутылочке всего за секунду или две.

Когда вы поймете, как работают цифровые термометры, вы поймете, насколько полезно иметь точный, хорошо сделанный термометр в вашем доме. Когда вам нужны ответы о лихорадке и о том, становится ли она лучше или хуже, не нужно терять время.

Биметаллические термометры | Instrumart

Биметаллические термометры используют две полоски из разных металлов для преобразования температуры в механическое смещение. Различные металлы, часто сталь и медь или сталь и латунь, соединяются вместе.
по всей длине и будут расширяться с разной скоростью при нагревании. Разница в расширении приведет к изгибу полосы в одну сторону при нагревании или в другую при охлаждении.Это движение
соотносится с фактической температурой и перемещает индикатор по шкале. Металлические полоски можно удлинить для повышения чувствительности и часто свернуть в спираль для компактности.

Биметаллические термометры недороги, просты и долговечны. Будучи чисто механическими устройствами, они отображают на циферблате только текущую температуру. Они могут иметь точность около 1% от полного диапазона. Они есть
часто используется при приготовлении пищи и напитков, измерении температуры технологического процесса, очистке сточных вод, котельных и других местах.

Термометры

Термометры — это устройства, которые измеряют температуру или температурный градиент, используя множество различных принципов. Температура — это просто численное измерение горячего и холодного, которое имеет
большое значение в широком спектре приложений. Температура влияет на наш комфорт, готовит пищу и имеет решающее значение для производства многих продуктов, на которые мы полагаемся. Учитывая чрезвычайную важность
Температура во многих аспектах современной жизни, термометры — привычный инструмент для нас.

Температура — это наиболее часто измеряемый параметр в коммерческих и промышленных условиях. Такие разнообразные отрасли, как пищевая, фармацевтическая, холодильная, бумажная и другие.
полностью полагаться на то, что температура процесса находится в определенном диапазоне. Хотя существует множество вариантов измерения температуры, термометры представляют собой недорогой, универсальный и надежный выбор.

Характеристика термометров

Хотя некоторые термометры полагаются на сложные технологии, такие как инфракрасное зондирование для бесконтактных измерений температуры, термометры для контактных измерений — те, что мы описываем
здесь — намного проще и основаны только на двух важных элементах: датчике температуры и шкале. Датчики температуры варьируются от колбы на ртутном термометре до RTD или термопар для
более продвинутые термометры. Точно так же шкала может быть просто серией точно нанесенных отметок, напечатанных на стороне ртутного термометра, или цифровым считывающим устройством, способным расширять
расчеты или регистрация данных.

Масштаб

Шкала термометра важна. Шкала — это не просто серия цифр, размещенных вдоль края термометра, это международно согласованное значение, которое соответствует конкретному
температуры.Хотя отдельный термометр может измерять температуру, невозможно сравнить это с показаниями другого термометра, если они не соответствуют согласованной шкале.

Температурные шкалы основаны на фиксированных точках, таких как точки замерзания и кипения воды. Самая последняя попытка зафиксировать значения температурной шкалы — это International.
Температурная шкала 1990 г. (ИТС-90)
. Он простирается от 0,65 К (-272,5 ° C; -458,5 ° F) до примерно 1358 К (1085 ° C; 1985 ° F).

Температурные шкалы различаются двумя способами: точка, выбранная как ноль градусов, и величина инкрементальных единиц или градусов на шкале. Общие температурные шкалы включают шкалу Цельсия (° C)
который выбирает точку замерзания воды как 0 ° C и определяет величину в градусах, так что 100 ° C является точкой кипения воды. В Соединенных Штатах широко используется шкала Фаренгейта.
Другой распространенной температурной шкалой является шкала Кельвина, которая обычно используется в научных приложениях.

Калибровка

Как и большинство измерительных приборов, термометры необходимо периодически калибровать для поддержания точности. Калибровка часто состоит из их калибровки с помощью других откалиброванных термометров или проверки.
их относительно известных фиксированных точек на шкале температур, таких как точки замерзания или кипения воды. Поскольку датчики, обычно используемые в термометрах, не подлежат регулировке, любые регулировки
после калибровки необходимо произвести калибровку шкалы вручную или посредством электронной регулировки в зависимости от типа термометра.

Что нужно учитывать при выборе термометра:

  • Какая требуется точность уровня? В каком температурном диапазоне?
  • Какая шкала предпочтительнее?
  • Будет измерять на месте или дистанционно?
  • В какой среде будет работать термометр?
  • Требуется несколько каналов?
  • Будет ли термометр использоваться в общепите? Потребуются ли гигиенические разрешения?

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно термометров, не стесняйтесь обращаться к одному из наших инженеров, отправив нам электронное письмо по адресу sales @ instrumart.com или по телефону 1-800-884-4967.

Механические датчики для измерения температуры — Инструментальные средства

Температуру можно измерять с помощью множества датчиков. Все они определяют температуру, ощущая какое-то изменение физических характеристик. Существует четыре основных типа устройств для измерения температуры, каждый из которых использует свой принцип:

  • Механические (жидкостные стеклянные термометры, биметаллические полоски, колба и капилляр, напорные и т. Д.))
  • Термопреобразователь (термопары)
  • Терморезистивный (RTD и термисторы)
  • Излучательные (инфракрасные и оптические пирометры)

Механические устройства для измерения температуры

Принцип работы

Изменение температуры вызывает какое-то механическое движение, обычно из-за того, что большинство материалов расширяются при повышении температуры.Могут быть сконструированы механические термометры, в которых в качестве термочувствительного материала используются жидкости, твердые вещества или даже газы.

Механическое движение считывается по физической шкале для определения температуры. Примеры включают:

  • Жидкий стеклянный термометр

Самый распространенный и известный термометр — жидкостный стеклянный термометр.

При повышении температуры жидкость расширяется, поднимаясь по трубке. Шкала откалибрована для непосредственного считывания температуры. Обычно для жидкости используют ртуть или какой-то спирт.

  • Биметаллический полосовой термометр

Два разнородных металла соединены вместе в так называемую биметаллическую полосу, как показано на рисунке ниже.

Предположим, что металл A имеет меньший коэффициент теплового расширения, чем металл B. При повышении температуры металл B расширяется больше, чем металл A, в результате чего биметаллическая полоса скручивается вверх, как показано на рисунке.

Одно из распространенных применений биметаллических лент — в термостатах для кондиционирования воздуха, где биметаллическая полоса используется в качестве рычага переключателя между электрическими контактами. При изменении комнатной температуры биметаллическая полоса изгибается, как описано выше. Когда биметаллическая полоса изгибается достаточно далеко, она входит в контакт с электрическими проводами, которые включают или выключают обогреватель или кондиционер.

Еще одно распространенное применение — термометры для духовок или термометров для деревянных горелок.Эти термометры состоят из биметаллической ленты, намотанной по спирали, прикрепленной к циферблату, который откалиброван по шкале температуры.

Герметичный сильфон наполнен газом, паром или жидкостью, которые реагируют на изменение температуры изменением объема и давления, вызывая расширение или сжатие.

  • Колба и капиллярный датчик

Колбы и капиллярные элементы используются там, где необходимо измерять температуру в каналах, трубах, резервуарах или подобных местах, удаленных от контроллера.

Колба заполнена жидкостью, газом или хладагентом в зависимости от требуемого диапазона температур. Расширение жидкости в нагретом баллоне создает давление, которое передается по капилляру на диафрагму и там переводится в движение.

Термометр давления, хотя и считается механическим, работает за счет расширения газа, а не жидкости или твердого тела. (Примечание: существуют также термометры давления, в которых используется жидкость вместо газа.)

Предположим, что газ внутри колбы и трубки можно считать идеальным газом.

Закон идеального газа PV = m R T

Где

  • В — объем газа,
  • м — масса газа,
  • R — газовая постоянная для определенного газа (не универсальная газовая постоянная), а
  • T — абсолютная температура газа.

Колба и трубка имеют постоянный объем, поэтому V — постоянное значение. Кроме того, масса газа m в запаянном баллоне и трубке должна быть постоянной.Следовательно, приведенное выше уравнение сводится к P = kT, где k — постоянное значение.

Таким образом, термометр давления измеряет температуру косвенно, , путем измерения давления. Манометр представляет собой манометр, но обычно калибруется в единицах температуры.

Обычно этот тип термометра применяется для измерения наружной температуры изнутри здания. Колба размещается снаружи, а трубка проходит через стенку внутрь. Датчик находится внутри.Когда T увеличивается снаружи, температура баллона вызывает соответствующее увеличение давления, которое считывается как повышение температуры на манометре.

Также читайте: Основы термопар и RTD

Что такое биметаллический термометр? — Термометр для определения, работы, конструкции, спирали и спирали

Определение: В биметаллическом термометре используется биметаллическая полоса, которая преобразует температуру в механическое смещение.Работа биметаллической ленты зависит от свойства металла теплового расширения. Тепловое расширение — это тенденция металла, при которой объем металла изменяется с изменением температуры.

У каждого металла свой температурный коэффициент. Температурный коэффициент показывает взаимосвязь между изменением физических размеров металла и температурой, которая его вызывает. Расширение или сжатие металла зависит от температурного коэффициента, т. е.е., при одной и той же температуре металлы по-разному изменяют физический размер.

Принцип работы биметаллического термометра

Принцип работы биметаллического термометра зависит от двух основных свойств металла.

  1. Металл обладает свойством теплового расширения, то есть металл расширяется и сжимается в зависимости от температуры.
  2. Температурный коэффициент у всех металлов неодинаков. Расширение или сжатие металлов различно при одной и той же температуре.

Конструкции биметаллического термометра

Биметаллическая полоса состоит из двух тонких полос из разных металлов. Металлы соединяются на одном конце с помощью сварки. Склеивание поддерживается таким образом, что между двумя металлами нет относительного движения. Физические размеры металлов зависят от температуры.

Так как биметаллическая полоса термометра изготовлена ​​из разных металлов.При этом длина металлов изменяется с разной скоростью. При повышении температуры полоса изгибается в сторону металла, имеющего низкотемпературный коэффициент. А при понижении температуры полоса изгибается в сторону металла, который имеет высокотемпературный коэффициент.

На рисунке ниже показана биметаллическая полоса в виде прямой консольной балки. Полоса закреплена на одном конце и прогибается на другом конце.

Диапазон прогиба биметаллической ленты зависит от типа металла, из которого изготовлена ​​конструкция.Прогиб металла прямо пропорционален длине полосы и изменению температуры и обратно пропорционален толщине полосы. Пусть понимает это с помощью математической формулы. Представьте, что биметаллическая полоса сделана из двух разных металлов: металла A и металла B. Оба металла имеют разный температурный коэффициент. T 2 — T 1 показывает изменение температуры, которое вызывает расширение струны.

Где, t — общая толщина полосы
n — отношение модулей упругости = E B / E A
m — соотношение толщин
T 2 — T 1 — изменить по температуре
t A , t B — толщина металла A и металла B.
α A , α B — термический коэффициент расширения металла A и B.

Расширение заставляет полоску двигаться по равномерной дуге окружности.Радиус плеча определяется формулой, показанной ниже. Приведенное выше уравнение показывает, что полоса изгибается в сторону металлов, которые имеют низкотемпературный коэффициент (при повышении температуры), и обратное произойдет при понижении температуры.

Для практического применения полоса изготавливается из металлов с одинаковыми модулями упругости и толщиной. Модули упругости показывают способность материала возвращаться в исходное положение или форму после снятия силы или нагрузки.

Считайте, что полоса закреплена на одном конце и может свободно двигаться на другом конце. При изменении температуры окружающей среды полоса изгибается по дуге окружности.

Считаем, что полоса изготовлена ​​из металла толщиной t / 2.

Итак, если один из металлов имеет очень маленький температурный коэффициент, то приведенное выше уравнение показывает, что если один конец металла закреплен, отклонение свободного конца металла показывает изменение температуры. Этот термометр не используется в промышленности из-за низкой чувствительности и небольшого отклонения.Чувствительность термометра увеличивается с увеличением длины полосы.

Виды биметаллической ленты

Линейная полоса показывает небольшой прогиб. Если длина полосы увеличивается, размер термометра также увеличивается. Чтобы сохранить размер термометра в разумных пределах, для изготовления термометра используется спираль или спиральная полоска.

Биметаллический термометр со спиральной полосой — В биметаллическом ленточном термометре используется спиральная полоска.Этот тип термометра используется для измерения температуры окружающей среды. Из-за способности металла к тепловому расширению деформация пружины происходит при изменении температуры. Стрелка и циферблаты прикреплены к пружине, которая показывает изменение температуры.

Биметаллическая полоса спирального типа — Биметаллическая полоса спирального типа в основном используется в промышленности.

Добавить комментарий