Какой прибор используют для измерения температуры воздуха

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

Кельвина

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.

Стеклянные термометры. Это самая распространенная модель. Ее можно назвать по-настоящему универсальной. Как правило, их заполняют ртутью или спиртом, точность измерения подобных приборов довольно высока. Однако, для того, чтобы получить фактические значения температуры тела, требуется не меньше 5–7 минут.

Цифровые модели предусматривают небольшой дисплей, где отображается температура тела человека. Показания можно получить через минуту после начала замера. Такой градусник, по завершении измерения, подает звуковой сигнал. Если такие приборы неплотно прилегают к телу, то они дают погрешность.

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

Термометры-соски оптимальны для малышей. Визуально напоминают пустышку, которую вставляют в рот грудного ребенка, обычно по завершении измерения эти приборы издают приятную мелодию. Погрешность, как правило, не превышает 0,1 гр., хотя если ребенок во время проведения манипуляций будет дышать через рот либо плакать, то отклонение будет гораздо более значительным. Длительность измерения составляет порядка 3–5 минут.

Термометры-кнопки также предназначены для малышей возрастом менее 3 лет. Внешне они похожи на обычную канцелярскую кнопку, введенную ректальным способом. Показания снимаются оперативно, но точность измерения невысока.

Ушной ИК-термометр снимает показания всего за пару-тройку секунд. Такое приспособление имеет электронный дисплей и подсветку, которая существенно облегчает введение устройства в ушной проем. Используется у детей старшего возраста и взрослых — у младенца ушной канал довольно узкий, поэтому градусник в него попросту не входит.

Лобные ИК-градусники прикладывают ко лбу. Принцип их действия аналогичен описанному выше. Основное достоинство подобных образцов в том, что они могут показывать значения даже бесконтактно, – на удалении 2-2,7 см от поверхности кожи. Это оптимальный вариант для молодых мам, когда они хотят померить температуру своему спящему малышу. Скорость вычисления составляет всего 5–10 секунд.

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.

Приборы для измерения температуры воздуха.

Для измерения температуры воздуха применяют три термометра: психрометрический сухой (срочный), максимальный и минимальный. Для непрерывной регистрации температуры воздуха служат суточный и недельный термографы.

Срочный термометр ТМ-3, ртутный, с цилиндрическим резервуаром и ценой деления шкалы 0,2 или 0,5 0 С используют для измерения температуры воздуха и поверхности почвы в данный момент (срок).

Максимальный термометр ТМ-1, ртутный, служит для измерения наивысшей температуры воздуха и поверхности почвы за период между сроками наблюдений.

Максимальный термометр отличается от срочного тем, что в канал капилляра непосредственно около резервуара входит тонкий штифтик, впаянный в дно резервуара. В результате этого в месте сужения происходит разрыв ртути, и таким образом фиксируется максимальное значение температуры за данный промежуток времени.

Минимальный термометр ТМ-2, спиртовой, применяют для измерения самой низкой температуры воздуха и поверхности почвы за период между сроками наблюдений. Особенность устройства этого термометра заключается в том, что внутрь капилляра закладывается маленький из темного стекла штифтик.

При понижении температуры поверхностная пленка мениска движется в сторону резервуара и перемещает за собой штифтик. При повышении температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифтик. Последний остается на месте, указывая удаленным от резервуара концом минимальную температуру между сроками наблюдений.

Психрометрический термометр ТМ-4. Психрометрический сухой (срочный) термометр является частью прибора — станционного психрометра (психрометра Августа), который служит для измерения температуры и влажности воздуха.

Психрометрический сухой термометр — это абсолютный прибор для измерения температуры воздуха. Все остальные термометры и термограф — приборы относительные.

Устройство. Срочный термометр — это ртутный термометр с шаровидным резервуаром и ценой деления 0,2 °С. Инерция термометра в неподвижном воздухе составляет

5 мин. Термометр устанавливают в психрометрической будке в вертикальном положении. Для этого на верхнем конце стеклянной оболочки термометра укреплен при помощи сургуча металлический колпачок.

Психрометрическая будка БП-1. Температуру воздуха в метеорологии никогда не измеряют «на солнце». Ее измеряют внутри защитной психрометрической будки, которая защищает находящиеся внутри нее приборы от воздействия внешних факторов.

Устройство будки: стенки и дверца психрометрической будки представляют собой двойные жалюзи, расположенные под углом 45°к горизонтали на расстоянии 2,5см друг от друга. Будка изготовлена из дерева, окрашенного в белый цвет. Дверцу будки ориентируют на север (в северном полушарии, в южном –наоборот) и укрепляют на металлической подставке высотой 175см.

Для непрерывной записи изменений температуры воздуха за сутки или за неделю в метеорологии применяют самописцы — суточный и недельный термографы, они отличаются лишь угловой скоростью вращения барабана. Прибор представляет собой конструкцию из биметаллического датчика, передающей части и барабана с часовым механизмом и закрепленной на нем диаграммной лентой. Вращаясь, барабан обеспечивает развертку температуры во времени — термограмму.

Приемной частью (датчиком) термографа является биметаллическая пластинка, состоящая из двух слоев разнородных металлов: инвара и стали, отличающихся друг от друга термическим коэффициентом линейного расширения. При изменении температуры воздуха биметаллическая пластинка сгибается или разгибается.

Передающий механизм термографа преобразует незначительные деформации датчика в значительный размах колебаний линии записи температуры на ленте. К свободному концу пластинки прикреплен рычаг, который тягой соединен с рычагом коленчатого вала. Вторым рычагом коленчатого вала является стрелка с пером, рисующим на ленте барабана термограмму. Перо заполняется анилиновыми чернилами с глицерином, они медленно высыхают и не замерзают при низких температурах.

Регистрирующая часть термографа — это стрелка с пером и барабан с лентой. Барабан имеет внизу шестеренку часового устройства. Сам барабан надевают на неподвижную ось, расположенную вертикально на плате прибора. Перед установкой ключом заводят пружину часового механизма до отказа, ленту плотно оборачивают вокруг барабана. Лента термографа имеет шкалу времени и три температурных шкалы. Цена деления по времени у суточных лент — 15 мин, у недельных — 2 ч.

Приборы для измерения температуры почвы.

На метеорологических станциях производятся измерения температуры поверхности почвы и до глубины 3,2 м.

На поверхности почвы температура определяется при помощи лежащих на ней стеклянно-жидкостных термометров: срочного, максимального и минимального. Термометры кладут на не затененной оголенной площадке размером 4 х 6 м. Весной ее перекапывают, разрыхляют, систематически ухаживают (пропалывают, рыхлят корку после дождя, убирают мусор). Установка термометров – резервуар и внешняя оболочка наполовину погружаются в почву. Резервуар к востоку, через каждые 5-6 см. Последовательность термометров: укладываются с севера к югу срочный, минимальный, максимальный. Зимой термометры кладут на поверхность снега.

Термометр–Щуп АМ–6 – это толуоловый термометр, заключенный в металлическую оправу с заостренным наконечником на нижнем его конце. Резервуар термометра, находящийся в наконечнике оправы, окружен металлическими опилками для большей чувствительности. В верхней части прорезь, через которую производится отсчет температуры по шкале. Цена деления –1°С . Наблюдения проводятся весной на полях под посев яровых культур на глубине 5-10 см (по два отсчета). На оправе нанесены деления, для определения глубина измерения почвы. Очищается от почвы насухо. Переносить только в вертикальном положении. Пределы измерений 0° — 60°.

2. Коленчатые термометры (Савинова) для измерения температуры почвы на глубинах 5,10,15,20 см, устанавливаются в теплый период года (после схода снежного покрова и до перехода температуры г/р 0°). Выступающие из земли части коленчатых термометров должны располагаться в ряд по нарастающим глубинам и направлены с В на З. Резервуары обращены на север, расстояние между ними – 10 см. Выпускаются комплектом – 4 шт. Цена деления 0,5°, пределы измерений от –10° до +50°. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°.

3.Вытяжные термометры (ТПВ – 50) устанавливаются на метеорологической площадке с естественным покровом. Трубы располагаются в один ряд через 50 см. по возрастающей глубине с В на З. Глубина: 40,80,120,240,320 см. Чтобы при наблюдениях не нарушать естественный покров делается откидной помост с севера + лесенка. Установка – бурится скважина, в нее устанавливается трубка, в нее вставляется термометр.

Термометр – ртутный, метеорологический почвенно-глубинный цена деления 0,2° диапазон измерений от –20° до +41°.

Устройство: термометр помещен в оправу. В оправе вокруг резервуара насыпают медные опилки, – они обеспечивают хороший тепловой контакт, оправа с термометром укреплена на деревянном шесте (длинна 40,80…320 см). Деревянный шест с укрепленным термометром опускается в эбонитовую трубку на нужную глубину.

4. АМ – 2 М, АМ –29 — это термометры сопротивления, Принцип действия — зависимость электрического сопротивления (проводимости) различных материалов от температуры. В схеме используются проволочные и полупроводниковые терморезисторы. Используются для измерения температуры почвы на глубине залегания узла кущения озимых культур и корневой шейки многолетних трав (3см). Состоит из 1) измерительного пульта; 2) комплект датчиков. Датчик состоит из проволочного медного терморезистора и соединен кабелем с вилкой. Точность –1°С. Пульт – переносной. Источником электрического питания прибора является батарея сухих элементов, вделанная в корпус пульта. Для установки датчика в поле в почве выкапывается канавка глубиной 3 см шириной 5-8 см, длинной 1,5 м. В углубление на глубину 3 см вставляется приемная часть датчика. Подключение датчика к пульту осуществляется при помощи штепсельной вилки и розетки. Пределы измерений — 30°…+45°. Пульт хранится в помещении.

ТЭТ – 2, ТЭЦ – 2 – термометры термотранзисторные, они состоят из: измерительного блока и датчиков, присоединенных к измерительному блоку. Блок помещен в пластмассовый корпус, на котором есть экран отчетного устройства и разъемы для подключения датчиков. Датчик – выполнен в металлическом корпусе и с помощью кабеля соединен с измерительным блоком. Датчиков может быть 2…10. В качестве датчиков температуры используются транзисторы типа МГТ – 108 г.

АМ–17 (термометр манометрический максимально – минимальный) пределы измерений –35°… +35°. Используется для измерения температуры почвы на глубине залегания узла кущения озимых культур (3см). По АМ-17 наблюдают срочную, максимальную и минимальную температуру. Устройство: термобалон соединен с геликоидальной манометрической пружиной. На зачерненном барабане стрелка с пером чертит график изменения температуры. Все в корпусе под крышкой. Принцип действия: при изменении температуры датчика пружина раскручивается и пером на стрелке на поверхности барабана прочерчивается дуга. Крайние точки дуги показывают экстремальные температуры. Левый — минимальный, правый – максимальный, поперечная черта – срочная. Температура. Сам прибор устанавливается на метплощадке на вертикальном деревянном столбике, закрепляют, а датчик укладывают в почву на глубину 3 см и засыпают землей. Установка проводится до промерзания верхнего слоя почвы.

Коробка Низенькова — это минимальный термометр в металлической коробке помещается в почве на глубину 3 см. Все наблюдения за температурой на узле кущения помещаются в специальной книжке -КСХ – 2 (м).

Задание к занятию.

Задание 1.Провести наблюдения по максимальному и минимальному термометрам и записать в таблицу.

Приборы, измеряющие температуру: 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.

Приборы, измеряющие температуру: виды и принцип действия