Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ртутный термометр (стеклянный ртутный термометр) для измерения температуры в помещении. [1]
Для более широкого охвата этой темы см. Измерение температуры .

Термометр это устройство , которое измеряет температуру или температурный градиент (степень жаркости или холодности объекта). У термометра есть два важных элемента: (1) датчик температуры (например, колба стеклянного ртутного термометра или пирометрический датчик инфракрасного термометра ), в котором при изменении температуры происходит некоторое изменение; и (2) некоторые средства преобразования этого изменения в числовое значение (например, видимая шкала, нанесенная на стеклянном ртутном термометре или цифровая индикация на инфракрасной модели). Термометры широко используются в технике и промышленности для контроля процессов, в метеорологии , медицине и научных исследованиях.

Некоторые принципы работы термометра были известны греческим философам две тысячи лет назад. Как отмечал Генри Кэррингтон Болтон (1900), развитие термометра из грубой игрушки в прецизионный инструмент заняло более века, и его ранняя история отягощена ошибочными утверждениями, которые повторялись с таким догматизмом, что они получили ложные сведения. печать авторитета ". [2] Итальянскому врачу Санторио Санторио ( Санториус, 1561–1636) [3] обычно приписывают изобретение первого термометра, но его стандартизация была завершена в 17 и 18 веках. [4] [5] [6]В первые десятилетия 18 - го века в Голландской республики , Габриель Фаренгейт [7] сделал два революционных прорывов в истории термометрии . Он изобрел стеклянный ртутный термометр (первый широко используемый, точный, практичный термометр) [2] [1] и шкалу Фаренгейта (первая широко используемая стандартизованная шкала температур ). [2]

История [ править ]

Основные статьи: Температура и измерение температуры
Инфракрасный термометр - это разновидность пирометра ( болометра ).

Хотя отдельный термометр может измерять степень нагрева, показания двух термометров нельзя сравнивать, если они не соответствуют согласованной шкале. Сегодня существует абсолютная термодинамическая шкала температур . Согласованные на международном уровне температурные шкалы разработаны для точного приближения к этому на основе фиксированных точек и интерполирующих термометров. Самая последняя официальная температурная шкала - Международная температурная шкала 1990 года . Она простирается от 0,65  К (-272,5 ° C; -458,5 ° F) до примерно 1358 К (1085 ° C; 1985 ° F).

Термометр с единицами измерения Фаренгейта (символ ° F) и Цельсия (символ ° C).

Ранние разработки [ править ]

См. Также: Термометрия , Температурная шкала , Термоскоп , Спиртовой термометр и Хронология технологии измерения температуры и давления.
Пятидесятиградусные термометры середины XVII века, выставленные в Музее Галилея, с черными точками, представляющими единичные градусы, и белыми, представляющими приращения в 10 градусов; используется для измерения температуры воздуха

Различные авторы приписывают изобретение термометра герою Александрии . Однако термометр был не отдельным изобретением, а развитием . Герой Александрии (10–70 гг. Н.э.) знал принцип, согласно которому определенные вещества, особенно воздух, расширяются и сжимаются, и описал демонстрацию, в которой закрытая трубка, частично заполненная воздухом, имела конец в сосуде с водой. [8] Расширение и сжатие воздуха заставляли поверхность раздела вода / воздух перемещаться вдоль трубы.

Такой механизм позже был использован для показа горячего и холодного воздуха с помощью трубки, в которой уровень воды контролируется расширением и сжатием газа. Эти устройства были разработаны несколькими европейскими учеными в 16-17 веках, в частности Галилео Галилей [9] и Санторио Санторио . [3] В результате было показано, что устройства надежно производят этот эффект, и был принят термин « термоскоп», потому что он отражал изменения в явном тепле (современная концепция температуры еще не возникла). [9] Разница между термоскопом и термометром в том, что последний имеет шкалу. [10] Хотя Галилео часто называют изобретателем термометра, не сохранилось ни одного документа, подтверждающего, что он действительно создал какой-либо такой прибор.

Первая четкая диаграмма термоскопа была опубликована в 1617 году Джузеппе Бьянкани ( 1566–1624 ): первым показывающим шкалу и, таким образом, составляющим термометр, был Санторио Санторио в 1625 году. [3] Это была вертикальная трубка, закрытая колбой с лампой. воздух вверху, а нижний конец открывается в сосуд с водой. Уровень воды в трубке контролируется расширением и сжатием воздуха, поэтому сейчас мы бы назвали его воздушным термометром. [11]

Слово термометр (в его французской форме) впервые появилось в 1624 г. в « La Récréation Mathématique » Ж. Лёрешона, который описывает термометр со шкалой в 8 градусов. [12] Слово происходит от греческих слов θερμός , термос , что означает «горячий», и μέτρον, metron , что означает «мера».

Вышеупомянутые инструменты страдали тем недостатком, что они также были барометрами , то есть чувствительными к давлению воздуха. В 1629 году Джозеф Соломон Дельмедиго , ученик Галилея и Санторио в Падуе, опубликовал то, что, по-видимому, является первым описанием и иллюстрацией запечатанного жидкостного стеклянного термометра. Он описан как имеющий колбу на дне запечатанной трубки, частично наполненную бренди. Трубка имела пронумерованную шкалу. Дельмедиго не утверждал, что изобрел этот инструмент. И он не назвал никого еще его изобретателем. [13] Около 1654 года, Фердинандо II Медичи, великий герцог Тосканы.(1610–1670) действительно произвел такой прибор, первый термометр в современном стиле, который зависел от расширения жидкости и не зависел от давления воздуха. [12] Многие другие ученые экспериментировали с различными жидкостями и конструкциями термометров.

Однако каждый изобретатель и каждый градусник были уникальны - стандартной шкалы не было . В 1665 году Христиан Гюйгенс (1629–1695) предложил использовать точки плавления и кипения воды в качестве стандартов, а в 1694 году Карло Ренальдини (1615–1698) предложил использовать их в качестве фиксированных точек на универсальной шкале. В 1701 году Исаак Ньютон (1642–1726 / 27) предложил шкалу в 12 градусов между точкой плавления льда и температурой тела .

Эпоха точной термометрии [ править ]

Смотрите также: Precision термометрии , шкалу по Фаренгейту , по шкале Цельсия , ртутный термометр (ртутный термометр) , медицинский термометр , клинический термометр , пирометр и инфракрасный термометр
Даниэль Габриэль Фаренгейт , основоположник эры точной термометрии . [14] Он изобрел стеклянный ртутный термометр (первый широко используемый, точный, практичный термометр) [1] [15] [16] и шкалу Фаренгейта (первая широко используемая стандартизованная шкала температур).
Медицинский ртутный стеклянный термометр-максимум.

В 1714 году голландский [7] ученый и изобретатель Даниэль Габриэль Фаренгейт изобрел первый надежный термометр, в котором вместо смеси спирта и воды использовалась ртуть . В 1724 году он предложил шкалу температур, которая теперь (с небольшими изменениями) носит его имя . Он мог это сделать, потому что он впервые произвел термометры, используя ртуть (которая имеет высокий коэффициент расширения ), и качество его продукции могло обеспечить более мелкий масштаб и большую воспроизводимость, что привело к его повсеместному применению. В 1742 году Андерс Цельсий(1701–1744) предложил шкалу с нулем при температуре кипения и 100 градусами при температуре замерзания воды [17], хотя шкала, которая теперь носит его имя, показывает обратное . [18] Французский энтомолог Рене Антуан Фершо де Реомюр изобрел спиртовой термометр и температурную шкалу в 1730 году, которые в конечном итоге оказались менее надежными, чем ртутный термометр Фаренгейта.

Первым врачом, который применил измерения термометра в клинической практике, был Герман Бурхааве (1668–1738). [19] В 1866 году сэр Томас Клиффорд Оллбатт (1836–1925) изобрел клинический термометр, который измерял температуру тела за пять минут, а не за двадцать. [20] В 1999 году доктор Франческо Помпеи из Exergen Corporation представил первый в мире термометр для височной артерии, неинвазивный датчик температуры , который сканирует лоб примерно за две секунды и обеспечивает точную с медицинской точки зрения температуру тела. [21] [22]

Регистрация [ править ]

Все традиционные термометры были нерегистрирующими термометрами. То есть термометр не держал показания температуры после того, как его перенесли в место с другой температурой. Для определения температуры кастрюли с горячей жидкостью от пользователя требовалось оставить термометр в горячей жидкости до тех пор, пока он не снимет показания. Если нерегистрирующий термометр был извлечен из горячей жидкости, то температура, указанная на термометре, немедленно начала бы изменяться, отражая температуру его новых условий (в данном случае, температуру воздуха). Регистрирующие термометры предназначены для неограниченного удержания температуры, поэтому термометр можно снять и считать позже или в более удобном месте. Механические регистрирующие термометры удерживают либо самую высокую, либо самую низкую зарегистрированную температуру до тех пор, пока вручную не будут повторно установлены, например,встряхнув ртутный стеклянный термометр, или пока температура не станет еще более экстремальной. Электронные регистрирующие термометры могут быть предназначены для запоминания самой высокой или самой низкой температуры или для запоминания той температуры, которая присутствовала в определенный момент времени.

В термометрах все чаще используются электронные средства для цифрового отображения или ввода данных в компьютер.

Физические принципы термометрии [ править ]

Различные термометры 19 века.
Сравнение шкал Цельсия и Фаренгейта

Термометры можно назвать эмпирическими или абсолютными. Абсолютные термометры калибруются численно по термодинамической шкале абсолютных температур. Эмпирические термометры, как правило, не обязательно находятся в точном согласии с абсолютными термометрами в отношении показаний их числовой шкалы, но для того, чтобы вообще квалифицироваться как термометры, они должны согласиться с абсолютными термометрами и друг с другом следующим образом: если любые два тела изолированы друг от друга. соответствующие состояния термодинамического равновесия, все термометры соглашаются относительно того, какой из двух имеет более высокую температуру или что два имеют равные температуры. [23] Для любых двух эмпирических термометров это не требует, чтобы соотношение между их показаниями числовой шкалы было линейным, но это действительно требует, чтобы это соотношение былострого монотонный . [24] Это фундаментальный признак температуры и термометров. [25] [26] [27]

Как обычно утверждается в учебниках, взятых отдельно, так называемый « нулевой закон термодинамики » не может предоставить эту информацию, но утверждение нулевого закона термодинамики Джеймсом Серрином в 1977 году, хотя и довольно абстрактно с математической точки зрения , является более информативным. для термометрии: «Нулевой закон - существует топологическая линия, которая служит координатным многообразием поведения материала. Точки этого многообразия называются« уровнями горячего », а называются« универсальным многообразием горячего ». [28] К этой информации нужно добавить ощущение еще большей горячности; этот смысл можно иметь независимо от калориметрии , термодинамики.И свойства конкретных материалов, из закона смещения Вина от теплового излучения : температура ванны теплового излучения пропорциональна , с помощью универсальной константы, к частоте ее максимум спектра частот ; эта частота всегда положительна, но может иметь значения, стремящиеся к нулю . Другой способ определения более горячих, а не более холодных условий обеспечивается принципом Планка, согласно которому, когда процесс изохорной адиабатической работы является единственным средством изменения внутренней энергии замкнутой системы, конечное состояние системы никогда не бывает холоднее начального. государственный; за исключением фазовых переходов со скрытой теплотой, он горячее исходного состояния. [29] [30][31]

Существует несколько принципов, на которых построены эмпирические термометры, перечисленные в разделе этой статьи, озаглавленном «Первичные и вторичные термометры». Некоторые из таких принципов по существу основаны на определяющем соотношении между состоянием подходящим образом выбранного конкретного материала и его температурой. Для этой цели подходят только некоторые материалы, и их можно рассматривать как «термометрические материалы». Радиометрическая термометрия, напротив, может лишь незначительно зависеть от определяющих соотношений материалов. В известном смысле радиометрическую термометрию можно рассматривать как «универсальную». Это связано с тем, что в основе его лежит универсальный характер термодинамического равновесия, что оно обладает универсальным свойством генерировать излучение абсолютно черного тела .

Термометрические материалы [ править ]

Биметаллические стержневые термометры, используемые для измерения температуры пропаренного молока.
Биметаллический термометр для приготовления и запекания в духовке

В зависимости от свойств материала существуют различные виды эмпирических термометров.

Многие эмпирические термометры полагаются на определяющую связь между давлением, объемом и температурой своего термометрического материала. Например, ртуть при нагревании расширяется.

Если он используется для определения отношения между давлением, объемом и температурой, термометрический материал должен обладать тремя свойствами:

(1) Его нагрев и охлаждение должны быть быстрыми. Иными словами, когда некоторое количество тепла входит в тело материала или выходит из него, материал должен расширяться или сжиматься до своего конечного объема или достигать конечного давления и должен достигать конечной температуры практически без задержки; часть поступающего тепла может рассматриваться как изменение объема тела при постоянной температуре и называется скрытой теплотой расширения при постоянной температуре ; а остальное можно рассматривать как изменение температуры тела при постоянном объеме и называется удельной теплоемкостью при постоянном объеме . Некоторые материалы не обладают этим свойством, и для распределения тепла между изменением температуры и объема требуется некоторое время. [32]

(2) Его нагрев и охлаждение должны быть обратимыми. Другими словами, материал должен иметь возможность нагреваться и охлаждаться бесконечно часто с одним и тем же приращением и уменьшением тепла, и все же каждый раз возвращаться к исходному давлению, объему и температуре. Некоторые пластмассы не обладают этим свойством; [33]

(3) Его нагрев и охлаждение должны быть монотонными. [24] [34] Другими словами, во всем диапазоне температур, для которого он предназначен,

(а) при заданном фиксированном давлении,
либо (i) объем увеличивается при повышении температуры, либо (ii) объем уменьшается при повышении температуры;
но не (i) для некоторых температур и (ii) для других; или же
(б) при заданном фиксированном объеме,
либо (i) давление увеличивается при повышении температуры, либо (ii) давление уменьшается при повышении температуры;
но не (i) для некоторых температур и (ii) для других.

При температуре около 4 ° C вода не обладает свойством (3) и, как говорят, ведет себя аномально в этом отношении; таким образом, воду нельзя использовать в качестве материала для такого рода термометрии для диапазонов температур около 4 ° C. [26] [35] [36] [37] [38]

С другой стороны, все газы обладают свойствами (1), (2) и (3) (a) (α) и (3) (b) (α). Следовательно, они являются подходящими термометрическими материалами, и именно поэтому они сыграли важную роль в развитии термометрии. [39]

Термометрия постоянного объема [ править ]

Согласно Престону (1894/1904), Реньо счел воздушные термометры постоянного давления неудовлетворительными, поскольку они нуждались в сложной корректировке. Поэтому он построил воздушный термометр постоянного объема. [40] Термометры постоянного объема не позволяют избежать проблемы аномального поведения, подобного поведению воды при температуре около 4 ° C. [38]

Радиометрическая термометрия [ править ]

Закон Планка очень точно количественно описывает спектральную плотность мощности электромагнитного излучения внутри полости с жесткими стенками в теле, сделанном из материала, который является полностью непрозрачным и плохо отражающим, когда оно достигает термодинамического равновесия, как функцию одной только абсолютной термодинамической температуры. Достаточно маленькое отверстие в стенке полости испускает достаточно близкое к черному телу излучение, спектральную яркость которого можно точно измерить. Стенки полости, если они полностью непрозрачны и плохо отражают, могут быть из любого материала. Это обеспечивает хорошо воспроизводимый абсолютный термометр в очень широком диапазоне температур, способный измерять абсолютную температуру тела внутри полости.

Первичные и вторичные термометры [ править ]

Термометр называется первичным или вторичным в зависимости от того, как необработанная физическая величина, которую он измеряет, соотносится с температурой. Как показаны на Кауппинен и др., «Для первичных термометров измеренного свойство материи известно настолько хорошо , что температура может быть вычислена без каких - либо неизвестных величин. Примеры их являются термометры на основе уравнения состояния газа, на скорости от звук в газе, на тепловой шум напряжения или тока электрического резистора, а также от угловой анизотропии от гамма - излучения некоторых радиоактивных ядер в магнитном поле .» [41]

Напротив, « Вторичные термометры наиболее широко используются из-за их удобства. Кроме того, они часто намного более чувствительны, чем первичные. Для вторичных термометров знания об измеряемых характеристиках недостаточно для прямого расчета температуры. Они должны быть откалиброваны. относительно первичного термометра, по крайней мере, при одной температуре или при нескольких фиксированных температурах. Такие фиксированные точки, например тройные точки и сверхпроводящие переходы, воспроизводятся при одной и той же температуре ». [41]

Калибровка [ править ]

Стеклянный ртутный термометр

Термометры можно откалибровать, сравнивая их с другими откалиброванными термометрами или проверяя их по известным фиксированным точкам на шкале температуры. Наиболее известными из этих фиксированных точек являются точки плавления и кипения чистой воды. (Обратите внимание, что температура кипения воды зависит от давления, поэтому ее необходимо контролировать.)

Традиционный способ нанесения шкалы на стеклянный или металлический термометр для жидкости состоял из трех этапов:

  1. Погрузите чувствительный элемент в перемешиваемую смесь чистого льда и воды при атмосферном давлении и отметьте указанную точку, когда он пришел к тепловому равновесию.
  2. Погрузите чувствительный элемент в паровую баню при стандартном атмосферном давлении и снова отметьте указанную точку.
  3. Разделите расстояние между этими отметками на равные части в соответствии с используемой температурной шкалой.

Другими фиксированными точками, использовавшимися в прошлом, являются температура тела (здорового взрослого мужчины), которая изначально использовалась Фаренгейтом в качестве верхней фиксированной точки (96 ° F (35,6 ° C), чтобы быть числом, кратным 12), и самая низкая температура. дается смесью соли и льда, которая изначально была определением 0 ° F (-17,8 ° C). [42] (Это пример охлаждающей смеси .) Поскольку температура тела меняется, шкала Фаренгейта была позже изменена, чтобы использовать верхнюю фиксированную точку кипящей воды при 212 ° F (100 ° C). [43]

В настоящее время они заменены определяющими точками Международной температурной шкалы 1990 г. , хотя на практике точка плавления воды используется чаще, чем ее тройная точка, с последней труднее управлять и, таким образом, ограничивается критическими стандартными измерениями. В настоящее время производители часто используют ванну с термостатом или твердый блок, где температура поддерживается постоянной относительно откалиброванного термометра. Остальные калибруемые термометры помещают в ту же ванну или блок и дают им прийти в состояние равновесия, затем отмечают шкалу или регистрируют любое отклонение от шкалы прибора. [44] Для многих современных устройств калибровка будет указывать какое-то значение, которое будет использоваться при обработке электронного сигнала для преобразования его в температуру.

Точность, аккуратность и воспроизводимость [ править ]

Крышка радиатора " Boyce MotoMeter " на автомобиле Car-Nation 1913 года , использовалась для измерения температуры пара в автомобилях 1910-х и 1920-х годов.

Точность или разрешение термометра просто к тому , что доля такой степени , что можно сделать чтение. Для высокотемпературных работ возможно измерение только с точностью до 10 ° C или более. Клинические термометры и многие электронные термометры обычно показывают температуру до 0,1 ° C. Специальные приборы могут давать показания с точностью до одной тысячной градуса. [ необходима цитата ] Однако эта точность не означает, что показания верны или точны, это означает только то, что можно наблюдать очень небольшие изменения.

Термометр, откалиброванный по известной фиксированной точке, является точным (т. Е. Дает истинные показания) в этой точке. Большинство термометров изначально откалиброваны на газовый термометр постоянного объема . [ необходима цитата ] Между фиксированными точками калибровки используется интерполяция , обычно линейная. [44] Это может дать значительные различия между разными типами термометров в точках, удаленных от фиксированных точек. Например, расширение ртути в стеклянном термометре немного отличается от изменения сопротивления платинового термометра сопротивления, поэтому эти два значения будут немного расходиться при температуре около 50 ° C. [45]Могут быть и другие причины из-за недостатков прибора, например, стеклянного жидкостного термометра, если капиллярная трубка различается по диаметру. [45]

Для многих целей важна воспроизводимость. То есть, один и тот же термометр дает одинаковые показания для одной и той же температуры (или замена или несколько термометров дают одинаковые показания)? Воспроизводимое измерение температуры означает, что сравнения действительны в научных экспериментах, а промышленные процессы согласованы. Таким образом, если один и тот же тип термометра откалиброван таким же образом, его показания будут действительны, даже если они немного неточны по сравнению с абсолютной шкалой.

Примером эталонного термометра, используемого для проверки других промышленных стандартов, может быть платиновый термометр сопротивления с цифровым дисплеем с точностью до 0,1 ° C (его точность), который был откалиброван по 5 точкам по национальным стандартам (−18, 0, 40, 70 , 100 ° C) и сертифицировано с точностью ± 0,2 ° C. [46]

Согласно британским стандартам , правильно откалиброванные, используемые и обслуживаемые жидкостные стеклянные термометры могут достигать погрешности измерения ± 0,01 ° C в диапазоне от 0 до 100 ° C и большей погрешности за пределами этого диапазона: от ± 0,05 ° C до 200 или ниже -40 ° C, ± 0,2 ° C до 450 или ниже -80 ° C. [47]

Косвенные методы измерения температуры [ править ]

Тепловое расширение
Используя свойство теплового расширения различных фаз вещества .
Для биметаллических механических термометров можно использовать пары твердых металлов с разными коэффициентами расширения . Еще одна конструкция, использующая этот принцип, - термометр Бреге .
Некоторые жидкости обладают относительно высокими коэффициентами расширения в пределах полезных температурных диапазонов, что составляет основу спиртового или ртутного термометра. Альтернативными конструкциями, использующими этот принцип, являются реверсивный термометр и дифференциальный термометр Бекмана .
Как и в случае с жидкостями, газы также могут использоваться для создания газового термометра .
Давление
Термометр давления пара
Плотность
Термометр Галилео [48]
Термохромизм
Некоторые соединения проявляют термохромизм при резких изменениях температуры. Таким образом, путем настройки температуры фазового перехода для ряда веществ температура может быть определена количественно дискретными приращениями, что является формой оцифровки . Это основа жидкокристаллического термометра .
Термометрия края ленты (BET)
Термометрия края зоны (BET) использует температурную зависимость ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов для обеспечения очень точных оптических ( то есть бесконтактных) измерений температуры. [49] Системы BET требуют специализированной оптической системы, а также специального программного обеспечения для анализа данных. [50] [51]
Излучение черного тела
Все объекты выше абсолютного нуля излучают излучение черного тела, спектр которого прямо пропорционален температуре. Это свойство лежит в основе пирометра или инфракрасного термометра и термографии . Он имеет преимущество дистанционного измерения температуры; в отличие от большинства термометров, он не требует контакта или даже непосредственной близости. При более высоких температурах излучение абсолютно черного тела становится видимым и описывается цветовой температурой . Например, светящийся нагревательный элемент или приблизительная температура поверхности звезды .
Флуоресценция
Люминофорная термометрия
Спектры оптического поглощения
Волоконно-оптический термометр
Электрическое сопротивление
Термометр сопротивления, в котором используются такие материалы, как сплав Balco.
Термистор
Термометр кулоновской блокады
Электрический потенциал
Термопары могут использоваться в широком диапазоне температур от криогенных до более 1000 ° C, но обычно имеют погрешность ± 0,5–1,5 ° C.
Датчики температуры запрещенной зоны кремния обычно находятся упакованы в интегральных схемах с сопровождающей АЦП и интерфейс , такими как I 2 C . Обычно они рассчитаны на работу в диапазоне от -50 до 150 ° C с точностью в диапазоне от ± 0,25 до 1 ° C, но могут быть улучшены путем биннинга . [52] [53]
Электрический резонанс
Кварцевый термометр
Ядерный магнитный резонанс
Химический сдвиг зависит от температуры. Это свойство используется для калибровки термостата датчиков ЯМР , обычно с использованием метанола или этиленгликоля . [54] [55] Это может быть потенциально проблематичным для внутренних стандартов, которые, как обычно предполагают, имеют определенный химический сдвиг (например, 0 ppm для TMS ), но на самом деле демонстрируют температурную зависимость. [56]
Магнитная восприимчивость
Смотрите также: Парамагнетизм § закон Кюри
Выше температуры Кюри , то магнитная восприимчивость парамагнитного материала демонстрирует зависимость обратной температуры. Это явление лежит в основе магнитного криометра . [57] [58]

Приложения [ править ]

См. Также: Список датчиков температуры

Термометры используют ряд физических эффектов для измерения температуры. Датчики температуры используются в большом количестве научных и инженерных приложений, особенно в измерительных системах. Температурные системы в основном бывают электрическими или механическими, иногда неотделимыми от системы, которую они контролируют (как в случае стеклянного ртутного термометра). Термометры используются на дорогах в холодную погоду, чтобы помочь определить, существуют ли условия обледенения. Внутри помещений термисторы используются в системах климат-контроля, таких как кондиционеры , морозильные камеры, обогреватели , холодильники и водонагреватели . [59] Термометры Galileo используются для измерения температуры воздуха в помещениях из-за их ограниченного диапазона измерения.

Такие жидкокристаллические термометры (в которых используются термохромные жидкие кристаллы) также используются в кольцах настроения и используются для измерения температуры воды в аквариумах.

Датчики температуры с оптоволоконной решеткой Брэгга используются на объектах атомной энергетики для контроля температуры активной зоны реактора и предотвращения возможности ядерных расплавов . [60]

Нанотермометрия [ править ]

Нанотермометрия - это новая область исследований, посвященная изучению температуры в субмикрометрической шкале. Обычные термометры не могут измерить температуру объекта, размер которого меньше микрометра , поэтому необходимо использовать новые методы и материалы. В таких случаях применяется нанотермометрия. Нанотермометры классифицируются как люминесцентные термометры (если они используют свет для измерения температуры) и нелюминесцентные термометры (системы, термометрические свойства которых не связаны напрямую с люминесценцией). [61]

Криометр [ править ]

Основная статья: криометр

Термометры используются специально для низких температур.

Медицинский [ править ]

Основная статья: Медицинский термометр
  • Ушные термометры, как правило, представляют собой инфракрасный термометр .
  • Лобный термометр - это пример жидкокристаллического термометра .
  • Ректальные и оральные термометры, как правило, были ртутными, но с тех пор им в значительной степени уступили термисторы NTC с цифровым считыванием. [62]

На протяжении всей истории использовались различные термометрические методы, такие как термометр Галилео для тепловидения. [48] Медицинские термометры, такие как стеклянные ртутные термометры, инфракрасные термометры, таблеточные термометры и жидкокристаллические термометры , используются в медицинских учреждениях , чтобы определить, есть ли у людей лихорадка или переохлаждение .

Продовольствие и безопасность пищевых продуктов [ править ]

Термометры важны для обеспечения безопасности пищевых продуктов , поскольку продукты питания с температурой от 5 до 57 ° C могут быть подвержены потенциально опасному росту бактерий через несколько часов, что может привести к болезням пищевого происхождения . Это включает в себя мониторинг температуры охлаждения и поддержание температуры в пищевых продуктах, подаваемых под нагревательными лампами или ваннами с горячей водой. [59] Варочные термометры важны для определения того, правильно ли приготовлена ​​еда. В частности, термометры для мяса используются для приготовления мяса до безопасной внутренней температуры, предотвращая при этом его переваривание. Обычно они используются либо с биметаллической катушкой, либо с термопарой или термистором с цифровым считыванием. Конфетные термометры используются для достижения определенного содержания воды в растворе сахара в зависимости от его температуры кипения.

Окружающая среда [ править ]

  • Внутренний-наружный термометр
  • Теплосчетчик использует термометр для измерения скорости теплового потока .
  • В термостатах используются биметаллические полоски, но с тех пор стали популярны цифровые термисторы.

Спиртовые термометры , инфракрасные термометры , ртутные стеклянные термометры, записывающие термометры , термисторы и термометры Шеста используются в метеорологии и климатологии на различных уровнях атмосферы и океанов. Самолеты используют термометры и гигрометры , чтобы определить , есть ли атмосферные обледенения существуют условия вдоль их траектории полета . Эти измерения используются для инициализации моделей прогноза погоды.. Термометры используются на дорогах в холодную погоду, чтобы помочь определить, существуют ли условия обледенения и в помещениях в системах климат-контроля.

См. Также [ править ]

  • Автоматизированная метеостанция аэропорта
  • Термодинамические инструменты
  • Термометр максимума-минимума
  • Термометр с влажным и сухим термометром
  • Стеклянный ртутный термометр
  • Инфракрасный термометр
  • Медицинский термометр
  • Термометр сопротивления

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Knake, Мария (апрель 2011 г.). «Анатомия жидкостного стеклянного термометра» . AASHTO re: source, ранее AMRL (aashtoresource.org) . Проверено 4 августа 2018 . На протяжении десятилетий ртутные термометры были основой многих испытательных лабораторий. При правильном использовании и правильной калибровке некоторые типы ртутных термометров могут быть невероятно точными. Ртутные термометры можно использовать при температурах от -38 до 350 ° C. Использование ртутной таллия смеси может расширить низкотемпературное удобство ртутных термометров до -56 ° C. (...) Тем не менее было обнаружено, что мало жидкостей имитируют термометрические свойства ртути вВоспроизводимость и точность в измерении температуры . Хотя это может быть токсично, когда речь идет о термометрах LiG [Liquid-in-Glass], ртуть все еще трудно превзойти.
  2. ^ a b c Болтон, Генри Кэррингтон : эволюция термометра, 1592–1743 . ( Истон, Пенсильвания : Химическая издательская компания, 1900 г.)
  3. ^ a b c Биготти, Фабрицио (2018). «Вес воздуха: термометры Санторио и пересмотр ранней истории медицинской количественной оценки» . Журнал ранних современных исследований . 7 (1): 73–103. DOI : 10,5840 / jems2018714 . ISSN 2285-6382 . PMC 6407691 . PMID 30854347 .   
  4. ↑ Суд, Арнольд (12 мая 1967 г.). «О важном изобретении» (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  5. ^ Шерри, Дэвид (2011). «Термоскопы, термометры и основы измерения» (PDF) . Исследования по истории и философии науки . 42 (4): 509–524. DOI : 10.1016 / j.shpsa.2011.07.001 .
  6. ^ Макги, Томас Дональд (1988). Принципы и методы измерения температуры . С. 2–9. ISBN 9780471627678.
  7. ^ Б Габриель Фаренгейт родился в Данциге (Гданьске), затем преимущественно немецко-говорящий город в Поморском воеводстве на Посполитой . Позже в возрасте 15 лет он переехал в Голландскую республику , где провел остаток своей жизни (1701–1736).
  8. ^ TD McGee (1988) Принципы и методы измерения температуры ISBN 0-471-62767-4 
  9. ^ а б Р.С. Доук (2005) Галилей: ISBN астронома и физика 0-7565-0813-4 стр. 
  10. ^ TD McGee (1988) Принципы и методы измерения температуры, страница 3, ISBN 0-471-62767-4 
  11. ^ TD McGee (1988) Принципы и методы измерения температуры , страницы 2–4 ISBN 0-471-62767-4 
  12. ^ a b R.P. Benedict (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода, 3-е изд., ISBN 0-471-89383-8 стр. 4 
  13. ^ Адлер, Джейкоб (1997). «Дж. С. Дельмедиго и стеклянный термометр». Анналы науки . 54 (3): 293–299. DOI : 10.1080 / 00033799700200221 .
  14. ^ Григулл, Ульрих (1966). Фаренгейт, пионер точной термометрии . (Материалы 8-й Международной конференции по теплопередаче, Сан-Франциско, 1966 г., том 1, стр. 9–18.)
  15. ^ Пешины, Акаш (22 октября 2019). «Почему ртуть используется в термометре?» . Азбука науки (scienceabc.com) . Проверено 22 июня 2020 .
  16. ↑ Симпсон, Виктория (21 мая 2020 г.). «Почему ртуть используется в термометрах?» . WorldAtlas.com . Проверено 21 июня 2020 .
  17. ^ RP Benedict (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода, 3-е изд., ISBN 0-471-89383-8 стр. 6 
  18. ^ Термометр Christin в архивации 2013-06-01 на этой Wayback Machine и термометром Линнея
  19. ^ Тан, SY; Ху, М. (2004). "Медицина в марках: Герман Бурхааве (1668 - 1738): экстраординарный учитель XVIII века" (PDF) . Сингапурский медицинский журнал . 45 (1). С. 3–5.
  20. ^ Сэр Томас Клиффорд Оллбутт , Британская энциклопедия
  21. ^ Exergen Corporation . Exergen.com. Проверено 30 марта 2011.
  22. ^ Патенты изобретателя Франческо Помпеи :: Justia Patents . Patents.justia.com. Проверено 30 марта 2011.
  23. Перейти ↑ Beattie, JA, Oppenheim, I. (1979). Принципы термодинамики , издательство Elsevier Scientific Publishing Company, Амстердам, ISBN 0-444-41806-7 , стр.29 . 
  24. ^ a b Томсен, JS (1962). «Подтверждение нулевого закона термодинамики». Являюсь. J. Phys . 30 (4): 294–296. Bibcode : 1962AmJPh..30..294T . DOI : 10.1119 / 1.1941991 .
  25. ^ Мах, Э. (1900). Die Principien der Wärmelehre. Historisch-kritisch entwickelt , Иоганн Амброзиус Барт, Лейпциг, раздел 22, страницы 56-57. Английский перевод отредактировал МакГиннесс Б. (1986), Принципы теории тепла, исторически и критически разъясненные , издательство D. Reidel Publishing, Дордрехт, ISBN 90-277-2206-4 , раздел 5, стр. 48–49, раздел 22, страницы 60–61. 
  26. ^ а б Трусделл, Калифорния (1980). Трагикомическая история термодинамики, 1822–1854 , Спрингер, Нью-Йорк, ISBN 0-387-90403-4 . 
  27. ^ Серрин, Дж. (1986). Глава 1, «Обзор термодинамической структуры», страницы 3-32, особенно страница 6, в « Новые перспективы термодинамики» , под редакцией Дж. Серрина, Springer, Берлин, ISBN 3-540-15931-2 . 
  28. ^ Серрин, Дж. (1978). Концепции термодинамики в современных разработках механики сплошной среды и уравнений с частными производными. Труды Международного симпозиума по механике сплошной среды и дифференциальным уравнениям с частными производными, Рио-де-Жанейро, август 1977 г. , под редакцией Г. М. де Ла Пенья, LAJ Medeiros, Северная Голландия, Амстердам, ISBN 0-444-85166-6 , страницы 411-451. 
  29. ^ Планк, М. (1926). Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, S.-B. Preuß. Акад. Wiss. физ. математика. Kl. : 453–463.
  30. ^ Buchdahl, HA (1966). Концепции классической термодинамики , Cambridge University Press, Лондон, стр. 42–43.
  31. ^ Либ, EH; Ингвасон, Дж. (1999). «Физико-математические науки второго начала термодинамики». Отчеты по физике . 314 (1–2): 1–96 [56]. arXiv : hep-ph / 9807278 . Bibcode : 1999PhR ... 314 .... 1л . DOI : 10.1016 / S0370-1573 (98) 00128-8 . S2CID 119517140 . 
  32. ^ Truesdell, С, Бхарата, S. (1977). Концепции и логика классической термодинамики как теории тепловых двигателей. Тщательно построенный на фундаменте, заложенном С. Карно и Ф. Ричем , Спрингер, Нью-Йорк, ISBN 0-387-07971-8 , стр. 20. 
  33. Перейти ↑ Ziegler, H., (1983). Введение в термомеханику , Северная Голландия, Амстердам, ISBN 0-444-86503-9 . 
  34. ^ Ландсберг, PT (1961). Термодинамика с квантовыми статистическими иллюстрациями , Interscience Publishers, Нью-Йорк, стр.17.
  35. ^ Максвелл, JC (1872). Теория тепла , третье издание, Longmans, Green, and Co., Лондон, страницы 232–233.
  36. ^ Льюис, GN, Рэндалл, М. (1923/1961). Термодинамика , второе издание, исправленное К.С. Питцером, Л. Брюером, МакГроу-Хилл, Нью-Йорк, страницы 378-379.
  37. ^ Томсен, JS; Хартка, Т.Дж. (1962). «Странные циклы Карно; термодинамика системы с экстремумом плотности». Являюсь. J. Phys . 30 (1): 26–33. Bibcode : 1962AmJPh..30 ... 26T . DOI : 10.1119 / 1.1941890 .
  38. ^ a b Truesdell, C., Bharatha, S. (1977). Концепции и логика классической термодинамики как теории тепловых двигателей. Тщательно построенный на фундаменте, заложенном С. Карно и Ф. Ричем , Спрингер, Нью-Йорк, ISBN 0-387-07971-8 , страницы 9-10, 15-18, 36-37. 
  39. ^ Планк, М. (1897/1903). Трактат по термодинамике , перевод А. Огга, Longmans, Green & Co., Лондон.
  40. ^ Престон, Т. (1894/1904). Теория тепла , второе издание, переработанное Дж. Р. Коттером, Макмиллан, Лондон, раздел 92.0.
  41. ^ а б Кауппинен, JP; Loberg, KT; Маннинен, AJ; Пекола, JP (1998). «Термометр кулоновской блокады: Испытания и приборы» . Rev. Sci. Instrum . 69 (12): 4166–4175. Bibcode : 1998RScI ... 69.4166K . doi : 10.1063 / 1.1149265 . S2CID 33345808 . 
  42. ^ RP Benedict (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода , 3-е изд., ISBN 0-471-89383-8 , стр. 
  43. ^ Дж. Лорд (1994) ISBN размеров 0-06-273228-5 стр. 293 
  44. ^ a b Р. П. Бенедикт (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода , 3-е изд., ISBN 0-471-89383-8 , глава 11 «Калибровка датчиков температуры» 
  45. ^ a b Т. Дункан (1973) Продвинутая физика: материалы и механика (Джон Мюррей, Лондон) ISBN 0-7195-2844-5 
  46. ^ Пиковые датчики эталонного термометра
  47. ^ BS1041-2.1: 1985 Измерение температуры - Часть 2: Термометры расширения. Раздел 2.1 Руководство по выбору и использованию жидкостных стеклянных термометров
  48. ^ a b E.FJ Ring (январь 2007 г.). «Историческое развитие измерения температуры в медицине». Инфракрасная физика и технологии . 49 (3): 297–301. Bibcode : 2007InPhT..49..297R . DOI : 10.1016 / j.infrared.2006.06.029 .
  49. ^ «Ленточная термометрия» . Группа исследований молекулярно-лучевой эпитаксии . 2014-08-19 . Проверено 14 августа 2019 .
  50. ^ Джонсон, Шейн (май 1998). «Контроль температуры in situ роста молекулярной пучковой эпитаксии с использованием краевой термометрии». Журнал вакуумной науки и технологий B: Микроэлектроника и нанометрические структуры . 16 (3): 1502. Bibcode : 1998JVSTB..16.1502J . DOI : 10.1116 / 1.589975 . hdl : 2286 / RI27894 .
  51. ^ Wissman, Барри (июнь 2016). «Истина, лежащая в основе современных методов измерения температуры полупроводниковых пластин: термометрия края полосы против пирометрии с поправкой на излучательную способность» (PDF) . Проверено 22 декабря 2020 года .
  52. ^ "MCP9804: Типичный цифровой датчик температуры ± 0,25 ° C" . Микрочип. 2012 . Проверено 3 января 2017 .
  53. ^ "Si7050 / 1/3/4/5-A20: Датчики температуры I2C" (PDF) . Silicon Labs. 2016 . Проверено 3 января 2017 .
  54. ^ Findeisen, M .; Бренд, Т .; Бергер, С. (февраль 2007 г.). «Термометр А1Н-ЯМР, подходящий для криозондов» . Магнитный резонанс в химии . 45 (2): 175–178. DOI : 10.1002 / mrc.1941 . PMID 17154329 . S2CID 43214876 .  
  55. Перейти ↑ Braun, Stefan Berger; Siegmar (2004). 200 и более ЯМР-экспериментов: практический курс ([3-е изд.]. Ред.). Вайнхайм: ВИЛИ-ВЧ. ISBN 978-3-527-31067-8.
  56. ^ Хоффман, Рой Э .; Беккер, Эдвин Д. (сентябрь 2005 г.). «Температурная зависимость химического сдвига 1H тетраметилсилана в хлороформе, метаноле и диметилсульфоксиде» . Журнал магнитного резонанса . 176 (1): 87–98. Bibcode : 2005JMagR.176 ... 87H . DOI : 10.1016 / j.jmr.2005.05.015 . PMID 15996496 . 
  57. ^ Крузиуса Матти (2014). «Магнитный термометр». AccessScience . DOI : 10.1036 / 1097-8542.398650 .
  58. ^ Сергацков, DA (октябрь 2003). "Новые термометры парамагнитной восприимчивости для измерений фундаментальной физики" (PDF) . Материалы конференции AIP (PDF) . 684 . С. 1009–1014. DOI : 10.1063 / 1.1627261 .
  59. ^ a b Анджела М. Фрейзер, доктор философии. (24 апреля 2006 г.). «Безопасность пищевых продуктов: термометры» (PDF) . Государственный университет Северной Каролины . С. 1–2 . Проверено 26 февраля 2010 .
  60. ^ Фернандес, Альберто Фернандес ; Гусаров, Андрей И .; Бришар, Бенуа; Бодар, Серж; Ламменс, Коэн; Бергманс, Фрэнсис; Декретон, Марк; Мегре, Патрис; Блондель, Мишель; Дельшамбр, Ален (2002). «Контроль температуры активной зоны ядерных реакторов с помощью датчиков с мультиплексной оптоволоконной решеткой Брэгга». Оптическая инженерия . 41 (6): 1246–1254. Bibcode : 2002OptEn..41.1246F . CiteSeerX 10.1.1.59.1761 . DOI : 10.1117 / 1.1475739 . 
  61. ^ Бритес, Карлос Д.С.; Lima, Patricia P .; Silva, Nuno JO; Миллан, Ангел; Amaral, Vitor S .; Паласио, Фернандо; Карлос, Луис Д. (2012). «Термометрия в наномасштабе». Наноразмер . 4 (16): 4799–829. Bibcode : 2012Nanos ... 4.4799B . DOI : 10.1039 / C2NR30663H . hdl : 10261/76059 . PMID 22763389 . 
  62. ^ US Active 6854882 , Мин-Юн Чен, «Электронный клинический термометр с быстрым откликом», опубликовано 15 февраля 2005 г., передано Actherm Inc. 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Миддлтон, WEK (1966). История термометра и его использования в метеорологии . Балтимор: Johns Hopkins Press. Перепечатано под ред. 2002, ISBN 0-8018-7153-0 . 
  • История термометра
  • [1] - Недавний обзор термометрии в наномасштабе

Внешние ссылки [ править ]

  • История температуры и термометрии
  • Учитель-химик , Vol. 5, No. 2 (2000) Термометр - от чувства к инструменту
  • History Channel - Изобретения - Известные современные изобретения и открытия
  • О нас - Термометр - Термометры - Ранняя история, Андерс Цельсий, Габриэль Фаренгейт и Томсон Кельвин.
  • Термометры и термометрические жидкости - Ртуть и спирт.
  • Лаборатория калибровки промышленных термометров NIST
  • Термометрия в наномасштабе - обзор