Как работает электронный термометр: Как правильно пользоваться электронными градусниками

Почему электронные градусники врут? 5 способов, которые помогут точно измерить температуру

«Трое из Простоквашино», мультфильм, 1978

Ртутные градусники постепенно уходят в прошлое. Самая главная причина — это не совсем безопасно, ведь разбитый ртутный градусник представляет собой серьезную угрозу для здоровья. Альтернатива старым градусникам — электронные измерители температуры. Только есть одно но — они очень часто неправильно показывают температуру тела. В рубрике «Окей, Гугл» решили разобраться, почему так происходит и как правильно мерить температуру электронными градусниками.

Принцип работы

Принцип работы электронного термометра значительно отличается от классического ртутного, что логично. Указание температуры во втором происходит за счет увеличения объема ртути при нагревании, что по большому счету делает неважным то, как его держать. В электронных же термометров датчик находится на конце, поэтому только нагрев этой части влияет на показания. В остальной части термометра только провода. Именно по этой причине надо внимательно следить за положением градусника, чтобы добиться точности. Если контакт с телом неплотный или датчик частично свободен, то температура будет ниже.

Погрешность электронного градусника может быть достаточно большой (1,5 градуса), особенно если измеряли температуру вы неправильно и быстро.

Сколько держать электронный градусник?

Большинство электронных градусников снабжены звуковым датчиком, который извещает о том, что температура измерена. Но обольщаться не стоит. В большинстве инструкций указано, что звуковой сигнал не является поводом для завершения измерения. Ваша температура может еще незначительно подняться на 0,3-0,4 градуса. Так что лучше подержать градусник подольше. Или запомнить разницу, которую показывает градусник через несколько минут после звукового сигнала и в дальнейшем добавлять ее. Обычно разница составляет 0.3-0.4 градуса, но лучше проверить это самостоятельно.

Кстати, в США температуру измеряют в основном во рту, а не в подмышечной впадине.  В подмышечной впадине градусник не успевает нагреться. Даже дорогие модели градусников с увеличенным датчиком, специально предназначенные для измерения под мышкой, показывают на 0.2-0.3 градуса меньше. Так что можно попробовать измерить температуру по американскому методу.

Как проверить исправность градусника?

Если вы сомневаетесь в правильности показаний термометра, то можно провести следующий простой тест с помощью двух градусников и стакана воды. Возьмите обычную теплую воду и поместите туда оба градусника. Данные будут одинаковыми спустя три минуты. Это даст вам возможность судить о том, насколько правильно работает термометр. Если же данные электронного градусника сильно отличаются, то вам прямая дорога в сервисный центр.

Кстати, тест на температуру можно провести не только на воде, но и на себе, измерив температуру ртутным и электронным градусником. Разницу показаний запомните и дальше просто добавляйте недостающие градусы. Как правило, разница составляет примерно 2 десятых. На ртутном 36,6, на электронном — 36,4. На ртутном 37,5 — на электронном 37,3.

Финальная инструкция: как правильно измерять температуру

1. Обязательно правильно держите градусник (вертикально/под углом вниз, сильно прижмите).
2. Не обращайте внимания на писк, держите столько же времени под мышкой, сколько и ртутный, пока температура окончательно не перестанет увеличиваться (5-10 минут).
3. Прибавляйте фиксированное число в момент писка (число индивидуально для человека и способа измерения).
4. Измеряйте температуру не под мышкой, а во рту.
5. Купите ртутный градусник, но в оболочке, которая не пропускает ртуть при разбивании.

Как работает электронный градусник?

#1

Чтобы измерить температуру жидкости, окружающей среды или температуру тела, необходимо иметь простой, но в то же время точный прибор — термометр или, как его еще называют, — градусник. Как работает электронный градусник и в чем его отличия от аналогичных приборов? Устройство электронного градусника достаточно простое. Внутри каждого термометра расположены датчики температуры. Они реагируют на температуру тела, окружающей среды. Тип датчиков зависит от назначения градусника. Полупроводниковые датчики температуры обычно применяют в приборах, которые применяют в медицине. Это могут быть терморезисторы или транзисторы. Для других термометров используются разные физические эффекты, в том числе и термопары. Подобные датчики выпускают и в интегральном исполнении, где предусмотрено заключение в общий корпус термопары и усилителя сигнала. Они измеряют разность температур между холодным и горячем спаями.

#2

Для изготовления электронных термометров используют также металлические терморезисторы. Принцип действия таких приборов основан на установлении зависимости сопротивления металлов от температуры окружающей среды. Металлические терморезисторы выдают достаточно точный результат, но их применение ограничено. Например, при использовании кремния измерять термометром можно только температуру до 125 градусов по Цельсию. Для того, чтобы охватить более широкие температурные диапазоны, нужно выбирать приборы с платиновыми терморезисторами. Помимо чувствительного элемента, в состав любого подобного градусника входит электронное табло. Данные о температуре преобразуются и выводятся на табло для того, чтобы человеку было удобно пользоваться таким прибором.

#3

Отдельным подвидом считаются электронные бесконтактные термометры. Принцип их действия основан на измерении теплового (инфракрасного электромагнитного) излучения, а далее преобразование его в температуру. Пирометрами или радиометрами называют подобные приборы. В них чаще всего применяются пироэлектрические, фотоэлектрические, термобатарейные датчики. Выбор электронного термометра зависит от назначения, от диапазона температур. Чувствительный датчик, как правило, изготовлен из металла, а сама схема расположена в пластиковом корпусе, на который выведено табло. Если предполагается измерять очень высокие или предельно низкие температуры, прибор снабжают длинным «щупом», чтобы можно было погрузить его в определенную среду и не опасаться за то, что у термометра оплавится корпус.

#4

Современные электронные термометры оснащены звуковыми датчиками. Прибор издает сигнал при включении, что подтверждает его работоспособность. А также сигнал звучит, когда процедура измерения закончена. Многие градусники способны сохранять на табло результаты последних нескольких измерений. Иногда это бывает просто необходимо. Некоторые приборы снабжены подсветкой. Это позволяет использовать их в ночное время. Градусники отключаются автоматически, если на протяжении нескольких секунд или минут никто не производит измерений. Электронный прибор работает от батареек. Можно пользоваться аппаратом очень долго, изредка меняя батарейки. Некоторые приборы считаются одноразовыми, в них не предусмотрена замена элементов питания, но даже они имеют срок эксплуатации до нескольких тысяч часов.

#5

Электронные термометры оснащены кнопкой для включения и выключения. Можно нажать на нее, чтобы сбросить предыдущий результат. В данном случае он выгодно отличается от ртутного градусника, который необходимо встряхивать перед работой. У электронных измерительных приборов есть масса преимуществ. К сожалению, недостатки у них тоже имеются. Специалисты считают, что они не настолько точно определяют температуру, как ртутные градусники. Но это касается только недорогих приборов, в которых применяются дешевые чувствительные элементы. Дорогостоящие приспособления отличаются высокой степенью точности.

#6

Датчики и электронные схемы в термометрах надежно защищены пластиковым корпусом, но это не означает, что не нужно относиться к прибору бережно. Градусник следует беречь от вибраций, ударов, а также от попадания воды под корпус. Попадание прямых солнечных лучей на него также не желательно. Электронные термометры в настоящее время используют весьма широко, потому что его преимущества над ртутными очевидны. Самое главное из них — безопасность в применении.

Как работают термометры | Сравнение типов термометров

Как работают термометры | Типы термометров в сравнении

Вы здесь: Домашняя страница > Инструменты, инструменты и измерения > Термометры

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 13 июня 2022 г.

Тебе сегодня жарко или мне только кажется? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, а вы не согласитесь, как мы можем решить спор? Одним из простых способов является измерение температуру термометром в оба дня и сравнить показания. Термометры — это простые научные приборы, основанные на идее о том, что металлы изменяются. их поведение очень точным образом, поскольку они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот циферблатный (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моего морозильника: около −30°C (внутренняя шкала) или −25°F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеренная двумя немного разными способами.

Содержимое

1. Жидкостные термометры
2. Термометры часовые
3. Электронные термометры
4. Измерение экстремальных температур
5. Что такое температурная шкала?
6. Узнать больше

Жидкостные термометры

Простейшие термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные трубки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (как правило, ртути — довольно особый металл, который при обычных, бытовых температурах находится в жидком состоянии).

Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой. Итак, если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и движется вверх по шкале вдвое больше, чем если бы температура повысилась всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

Фото: Типичный термометр состоит из жидкости в трубке, которая поднимается и опускается по линейной шкале. (один с равноудаленными делениями) отмечен температурой.

Как определить масштаб? Изготовление по Цельсию (по Цельсию) термометр легко, потому что он основан на температуре льда и кипяток. Они называются двумя фиксированными точками. Мы Известно, что температура льда близка к 0°C, а вода кипит при 100°C. Если мы окунем наш термометр в лед, мы сможем увидеть, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0°С. Точно так же, если мы окунем термометр в кипящей воды, мы можем подождать, пока ртуть поднимется, а затем сделать знак, эквивалентный 100°C.

Все, что нам нужно сделать, это разделить масштабирование между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («градус Цельсия» означает 100 делений) и, вуаля, у нас есть рабочий термометр!

Фото: Спиртовые термометры. Как вы можете видеть по красным линиям рядом с их шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper на Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостер в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Техасская коллекция фотографий Лиды Хилл в рамках американского проекта Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или спирт?

Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем термометре красный вместо серебра, как на картинке здесь, ваш термометр заполнен жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом). Какая разница? Ртуть токсична, но совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра случается сломаться, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него.

По этой причине спиртовые термометры, как правило, более безопасны, и они могут также можно использовать для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую температуру замерзания). чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола. по сравнению с примерно -40°C или -40°F для ртути).

Фото: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева, внизу рисунка) и Фаренгейта (справа, вверху). Текущая температура составляет около 21°C или около 70°F. Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который изготовил первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь придумавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Рекламные ссылки

Термометры со шкалой

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по кругу. шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на спиральном куске металла, называемом биметаллической полосой, которая предназначена для расширения и изгиба по мере того, как она нагревается (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как они работают). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем больше она давит на указатель вверх по шкале.

Иллюстрация: Как работает циферблатный термометр: Это механизм, приводящий в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза У. Патнэма от 1905 года. Вверху у нас есть обычное расположение указателя и циферблата. Нижняя иллюстрация показывает, что происходит сзади. Биметаллическая полоска (желтая) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух разных металлов, связанных вместе, которые при нагревании расширяются в разной степени. При изменении температуры биметаллическая полоска более или менее туго изгибается (сжимается или расширяется), а прикрепленная к ней стрелка перемещается вверх или вниз по шкале. Работа из патента США 798,211: Термометр предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: Вот свернутая биметаллическая полоса от настоящего циферблатного термометра (термометр морозильной камеры на нашей верхней фотографии). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, скрученная полоска сжимается; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Электронные термометры

Одна из проблем ртутных и циферблатных термометров заключается в том, что они при этом реагировать на изменения температуры. Электронный термометры не имеют этой проблемы: вы просто прикасаетесь зондом термометра к объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает вам (почти) мгновенные показания температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 года. Вы ставите металлический щуп во рту или где-то еще на теле и считывайте температуру с ЖК-дисплея.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, которые используют линии ртути или вращающиеся указатели.

Они основаны на идее, что сопротивление из куска металла (легкость, с которой электричество течет через него) изменяется при изменении температуры. Чем горячее металлы, тем сильнее вибрируют атомы внутри по ним электричеству труднее течь, и сопротивление увеличивается. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, а сопротивление идет вниз. (При температурах, близких к абсолютному нулю, самая низкая теоретически возможная температура -273,15°C или -4590,67°F, сопротивление полностью исчезает в явлении, называемом сверхпроводимость.)

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

Фото: Электрический термометр сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Leeds and Northrup. 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 градуса. Фото предоставлено цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд. 20899.

Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале Например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там еще. Кроме одного их недостатки в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут сильно колебаться резко, что иногда затрудняет получение точных показаний.

Точные электрические термометры, известные как термометры сопротивления, используют четыре резистора, расположенных в виде ромба, называемого мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные номиналы, сопротивление четвертого легко вычислить. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, подобную схему можно использовать как очень точный термометр: рассчитать его сопротивление (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 ручки, вам понадобится термопара: хитрое устройство который измеряет температуру, измеряя электричество. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать хоть термопару, можно попробовать пирометром, своего рода термометр, который измеряет 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 сделаны прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигаться так же далеко, чтобы указать каждое новое деление по мере повышения или понижения температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия, используя круглую (но все же линейную) шкалу.

Термометру не обязательно нужна шкала или цифры, нанесенные на него. Только представьте, если вы были на необитаемом острове и нашли в песке старый термометр с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает отлично. Вы все еще можете использовать это он получить представление о температурах. Вы можете использовать его очень грубо, чтобы сказать что-то вроде: «Уровень ртути поднялся примерно наполовину, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучшим способом было бы поставить собственную шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти что-то очень холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути. Тогда вы могли бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и снова отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированные точки. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя неподвижных точек на множество секций равной длины. Вот как стоградусный термометр получил свое название: он имеет 100 («центовых») делений («градусов») между фиксированные точки льда и пара. Чем отличаются температурные шкалы и как они проработаны?

Шкала	Фиксированная(ые) точка(и)
по Фаренгейту	Первоначально 32°F (таяние льда 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 ее твердое тело, жидкость и пар находятся в равновесии), которая составляет 273,16 К.
ITS-90 (Международная шкала температур)	Использует множество разных точек в разных частях своего диапазона. Видеть ИТС-90 подробнее подробности.

Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру по Цельсию в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8) и затем прибавьте 32. Чтобы преобразовать Фаренгейты в Цельсия, вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9(или разделить на 1,8, что то же самое). Когда вы слышите, что в прогнозах погоды указываются температуры в градусах Цельсия и их эквиваленты в градусах Фаренгейта, вы можете почувствовать, что взаимосвязь между ними немного странная и запутанная, потому что они кажутся такими разными. Но если вы нанесете их на график (как у меня ниже), вы увидите, что обе шкалы совершенно линейны, и каждое повышение температуры, добавляющее еще 10°C, добавляет 18°F.

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

Узнать больше

На этом сайте

• Отопление
• Металлы
• Пирометры
• Термопары

На других веб-сайтах

• Введение в температуру: все о температуре и способах ее измерения от Национальной физической лаборатории Великобритании.
• NIST: Единицы температуры: Описывает различные температурные шкалы и способы их преобразования.

Книги для юных читателей

• Как мы измеряем температуру? Крис Вудфорд. Gareth Stevens, 2013/Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет).). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
• градусов по Фаренгейту, Цельсию и их температурным шкалам Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press/Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Дэниела Фаренгейта и Андерса Цельсия, а также практические измерения температуры.
• Измерь это! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте 7–9 лет, включающее некоторое освещение смежных тем, таких как погода и изменение климата.
• Температура: нагрев и охлаждение Дарлин Р. Стилл. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для немного более молодых читателей.
• Термометры от Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее почти ту же тему, что и эта статья, но предназначенное для младших читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для читателей постарше

• Изобретение температуры: измерение и научный прогресс, Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами. Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читабельная.
• 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, описывающий температурные шкалы и всевозможные датчики температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оценить эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2008/2022) Термометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/thermometers.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Связь
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда


• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и приборы
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают термометры | Сравнение типов термометров

Как работают термометры | Типы термометров в сравнении

Вы здесь: Домашняя страница > Инструменты, инструменты и измерения > Термометры

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 13 июня 2022 г.

Вам сегодня жарко или мне только кажется? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, а вы не согласитесь, как мы можем решить спор? Одним из простых способов является измерение температуру термометром в оба дня и сравнить показания. Термометры — это простые научные приборы, основанные на идее о том, что металлы изменяются. их поведение очень точным образом, поскольку они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот циферблатный (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моего морозильника: около −30°C (внутренняя шкала) или −25°F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеренная двумя немного разными способами.

Содержимое

1. Жидкостные термометры
2. Термометры часовые
3. Электронные термометры
4. Измерение экстремальных температур
5. Что такое температурная шкала?
6. Узнать больше

Жидкостные термометры

Простейшие термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные трубки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (как правило, ртути — довольно особый металл, который при обычных, бытовых температурах находится в жидком состоянии). Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой. Итак, если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и движется вверх по шкале вдвое больше, чем если бы температура повысилась всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

Фото: Типичный термометр состоит из жидкости в трубке, которая поднимается и опускается по линейной шкале. (один с равноудаленными делениями) отмечен температурой.

Как определить масштаб? Изготовление по Цельсию (по Цельсию) термометр легко, потому что он основан на температуре льда и кипяток. Они называются двумя фиксированными точками. Мы Известно, что температура льда близка к 0°C, а вода кипит при 100°C. Если мы окунем наш термометр в лед, мы сможем увидеть, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0°С. Точно так же, если мы окунем термометр в кипящей воды, мы можем подождать, пока ртуть поднимется, а затем сделать знак, эквивалентный 100°C. Все, что нам нужно сделать, это разделить масштабирование между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («градус Цельсия» означает 100 делений) и, вуаля, у нас есть рабочий термометр!

Фото: Спиртовые термометры. Как вы можете видеть по красным линиям рядом с их шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper на Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостер в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Техасская коллекция фотографий Лиды Хилл в рамках американского проекта Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или спирт?

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

Фото: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева, внизу рисунка) и Фаренгейта (справа, вверху). Текущая температура составляет около 21°C или около 70°F. Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который изготовил первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь придумавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Рекламные ссылки

Термометры со шкалой

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по кругу. шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на спиральном куске металла, называемом биметаллической полосой, которая предназначена для расширения и изгиба по мере того, как она нагревается (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как они работают). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем больше она давит на указатель вверх по шкале.

Иллюстрация: Как работает циферблатный термометр: Это механизм, приводящий в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза У. Патнэма от 1905 года. Вверху у нас есть обычное расположение указателя и циферблата. Нижняя иллюстрация показывает, что происходит сзади. Биметаллическая полоска (желтая) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух разных металлов, связанных вместе, которые при нагревании расширяются в разной степени. При изменении температуры биметаллическая полоска более или менее туго изгибается (сжимается или расширяется), а прикрепленная к ней стрелка перемещается вверх или вниз по шкале. Работа из патента США 798,211: Термометр предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: Вот свернутая биметаллическая полоса от настоящего циферблатного термометра (термометр морозильной камеры на нашей верхней фотографии). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, скрученная полоска сжимается; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Электронные термометры

Одна из проблем ртутных и циферблатных термометров заключается в том, что они при этом реагировать на изменения температуры. Электронный термометры не имеют этой проблемы: вы просто прикасаетесь зондом термометра к объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает вам (почти) мгновенные показания температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 года. Вы ставите металлический щуп во рту или где-то еще на теле и считывайте температуру с ЖК-дисплея.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, которые используют линии ртути или вращающиеся указатели. Они основаны на идее, что сопротивление из куска металла (легкость, с которой электричество течет через него) изменяется при изменении температуры. Чем горячее металлы, тем сильнее вибрируют атомы внутри по ним электричеству труднее течь, и сопротивление увеличивается. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, а сопротивление идет вниз. (При температурах, близких к абсолютному нулю, самая низкая теоретически возможная температура -273,15°C или -4590,67°F, сопротивление полностью исчезает в явлении, называемом сверхпроводимость.)

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

Фото: Электрический термометр сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Leeds and Northrup. 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 градуса. Фото предоставлено цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд. 20899.

Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале Например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там еще. Кроме одного их недостатки в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут сильно колебаться резко, что иногда затрудняет получение точных показаний.

Точные электрические термометры, известные как термометры сопротивления, используют четыре резистора, расположенных в виде ромба, называемого мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные номиналы, сопротивление четвертого легко вычислить. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, подобную схему можно использовать как очень точный термометр: рассчитать его сопротивление (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 ручки, вам понадобится термопара: хитрое устройство который измеряет температуру, измеряя электричество. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать хоть термопару, можно попробовать пирометром, своего рода термометр, который измеряет 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 сделаны прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигаться так же далеко, чтобы указать каждое новое деление по мере повышения или понижения температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия, используя круглую (но все же линейную) шкалу.

Термометру не обязательно нужна шкала или цифры, нанесенные на него. Только представьте, если вы были на необитаемом острове и нашли в песке старый термометр с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает отлично. Вы все еще можете использовать это он получить представление о температурах. Вы можете использовать его очень грубо, чтобы сказать что-то вроде: «Уровень ртути поднялся примерно наполовину, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучшим способом было бы поставить собственную шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти что-то очень холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути. Тогда вы могли бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и снова отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированные точки. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя неподвижных точек на множество секций равной длины. Вот как стоградусный термометр получил свое название: он имеет 100 («центовых») делений («градусов») между фиксированные точки льда и пара. Чем отличаются температурные шкалы и как они проработаны?

Шкала	Фиксированная(ые) точка(и)
по Фаренгейту	Первоначально 32°F (таяние льда 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 ее твердое тело, жидкость и пар находятся в равновесии), которая составляет 273,16 К.
ITS-90 (Международная шкала температур)	Использует множество разных точек в разных частях своего диапазона. Видеть ИТС-90 подробнее подробности.

Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру по Цельсию в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8) и затем прибавьте 32. Чтобы преобразовать Фаренгейты в Цельсия, вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9(или разделить на 1,8, что то же самое). Когда вы слышите, что в прогнозах погоды указываются температуры в градусах Цельсия и их эквиваленты в градусах Фаренгейта, вы можете почувствовать, что взаимосвязь между ними немного странная и запутанная, потому что они кажутся такими разными. Но если вы нанесете их на график (как у меня ниже), вы увидите, что обе шкалы совершенно линейны, и каждое повышение температуры, добавляющее еще 10°C, добавляет 18°F.

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

Узнать больше

На этом сайте

• Отопление
• Металлы
• Пирометры
• Термопары

На других веб-сайтах

• Введение в температуру: все о температуре и способах ее измерения от Национальной физической лаборатории Великобритании.
• NIST: Единицы температуры: Описывает различные температурные шкалы и способы их преобразования.

Книги для юных читателей

• Как мы измеряем температуру? Крис Вудфорд. Gareth Stevens, 2013/Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет).). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
• градусов по Фаренгейту, Цельсию и их температурным шкалам Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press/Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Дэниела Фаренгейта и Андерса Цельсия, а также практические измерения температуры.
• Измерь это! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте 7–9 лет, включающее некоторое освещение смежных тем, таких как погода и изменение климата.
• Температура: нагрев и охлаждение Дарлин Р. Стилл. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для немного более молодых читателей.
• Термометры от Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее почти ту же тему, что и эта статья, но предназначенное для младших читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для читателей постарше

• Изобретение температуры: измерение и научный прогресс, Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами. Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читабельная.
• 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, описывающий температурные шкалы и всевозможные датчики температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оценить эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.