Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Уличные термометры: разновидности, советы по выбору и установке

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.

О том, какие бывают термометры, смотрите в видео.

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.

История

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

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

Система инфракрасного измерения температуры

На первый взгляд система инфракрасного измерения (бесконтактного термометра) проста. Инфракрасное излучение свободно проникает в атмосферу. С помощью линзы бесконтактного термометра инфракрасные лучи допустимо сфокусировать на элементе детектора. В результате детектор выдаёт электрический сигнал, величина которого пропорциональна величине излучения.

Сформированный сигнал усиливается, подвергается цифровой обработке, после чего подаётся на выход схемы. Значение измерения отображается на дисплее бесконтактного термометра, либо выводится аналоговым сигналом. При этом обеспечивается простое подключение к системам управления термометром.

Промышленным производством освоен выпуск бесконтактных термометров разного назначения и применения, в том числе широкое распространение нашли приборы бытового назначения

Бесконтактный термометр демонстрирует явные преимущества бесконтактного контроля температуры:

  • контроль температур объектов, включая опасные среды;
  • мгновенная реакция и время фиксации результата;
  • измерение без непосредственной связи с объектом;
  • стабильное измерение;
  • долгосрочная работа без механических повреждений конструкции.

Спектр электромагнитного излучения для бесконтактного термометра

Термин «спектр» с физической точки зрения рассматривается, как правило, интенсивностью электромагнитных волн или функцией длины волны (частоты волны). Спектром электромагнитного излучения охватывает область длин волн от сектора к сектору, исходя из происхождения, формирования, применения излучения.

Все виды электромагнитного излучения следуют одинаковым принципам:

  • дифракции,
  • преломления,
  • отражения,
  • поляризации.

Скорость расширения представлена как постоянный результат умножения длины волны на частоту:

λ · f = c

Инфракрасное излучение охватывает крайне ограниченную долю диапазона электромагнитного спектра. Начало отмечено видимым диапазоном (0,78 мкм), а конец охвата — длины волн 1000 мкм. Диапазон 0,7 — 14 мкм оптимален под инфракрасное измерение температуры – работа бесконтактного термометра. За пределами этого диапазона уровень энергии недостаточен для чувствительности детекторов.

Как правильно мерить

В разных полостях и участках температурный показатель измеряют по определенным правилам

Важно проверить техническое состояние устройства, которым вы пользуетесь — заменить батарейку в цифровом градуснике, если в этом есть необходимость, настроить инфракрасный, удостовериться в целостности ртутного. При возникновении сомнений в достоверности полученных результатов — например, лоб у ребенка горячий, а устройство показывает нормальную температуру, повторите процедуру или замерьте показатель на другом участке тела

Ртутным термометром

Перед использованием ртутного градусника его встряхивают, чтобы сбить столбик ртути до минимального значения на шкале, меньше 35 °С. Прибор должен быть сухим и чистым, если вы проводите измерение орально или ректально, необходимым условием использования термометра является его предварительная дезинфекция. Для стеклянных термометров во избежание их повреждения существуют правила бережного хранения в футляре.

При проведении процедуры в подмышечной впадине прибор удерживают в состоянии равновесия, плотно прижатым к телу в течении необходимого времени. При оральном измерении устройство помещается под язык, тот плотно закрывается, дыхание осуществляется через нос. Во время ректального способа замера пациент располагается в лежачее положение на боку, градусник вводиться через сфинктер в прямую кишку и удерживается в течении двух-трех минут.

Время измерения температуры тела ртутным термометром

При использовании контактных термометров, к типу которых относится ртутный, важно время, в течение которого осуществляется замер. В зависимости от места измерения оно составляет:

  • 5-10 минут — для аксиллярного метода;
  • 2-3 минуты — для ректального;
  • 3-5 минут — для орального.

Электротермометром

Цифровые средства измерений необходимо использовать, когда вы хотите получить точные и быстрые результаты. Функция звукового сигнала, которой снабжены электротермометры, облегчает контроль за проведением термометрии, поскольку она оповещает пользователя о завершении процесса замера. Выпускают так называемые моментальные термометры, которые, благодаря высокой чувствительности термоэлемента, выдают результат за 2-3 секунды.

Замер температурных показателей на расстоянии — удобное свойство инфракрасных градусников. Эти устройства являются результатом высокотехнологичных лабораторных разработок, что обуславливает качество их работы и точность полученных данных. Они не оказывают вредного воздействия на организм, и подходят как для обездвиженных пациентов, так и для грудных детей, находящихся в постоянном движении.

Косвенные методы измерения температуры

Термическое расширение
Использование свойства теплового расширения различных фаз вещества .
Для 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
Термохромизм
Некоторые соединения проявляют термохромизм при резких изменениях температуры. Таким образом, путем настройки температур фазовых переходов 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. Системы BET требуют специальной оптической системы, а также специального программного обеспечения для анализа данных.
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 .
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 .
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 . Это может быть потенциально проблематичным для внутренних стандартов, которые, как обычно предполагают, имеют определенный химический сдвиг (например, 0 ppm для ТМС ), но фактически демонстрируют температурную зависимость.

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.

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.

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.

Регистрация

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 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, встряхиванием стеклянного ртутного термометра, или пока не будет достигнута еще более экстремальная температура. 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.

Обзор видов

По предназначению

Домашний медицинский термометр обычно содержит ртуть. А вот метеорологическая практика чаще всего требует использования спирта. Дело в том, что ртуть замерзает при -38 градусах. Механические термометры обычно используют биметаллическую ленту, хотя бывает и устройство на базе металлической спирали. Но в бытовой сфере такая техника вовсе не применяется, потому что из-за высокой точности она в основном нужна в автоматизированных технических системах.

Термометры для системы отопления, то есть для котла и отопительного контура, позволяют избежать перегрева или чрезмерного охлаждения. В этом сегменте используют:

  • биметаллические устройства с погружной гильзой;

  • биметаллические термометры с накладной пружиной;

  • жидкостные устройства (быстро реагирующие на изменение температуры, но не слишком удобные и стоящие весьма дорого).

Термометры для измерения температуры воздуха в быту, как и профессиональные, обычно используют ртутную шкалу. Это наиболее дешевый и практичный вариант. И наружный термометр, который можно увидеть на стене или окне любого дома, чаще всего будет именно жидкостного типа. Говоря про бытовые термометры, нужно указать, что отдельные модели могут быть рассчитаны на деревянные окна, а другие – на эксплуатацию на окнах ПВХ. Также надо помнить, что «градусники» могут быть отдельно рассчитаны на измерение температуры:

  • воды;

  • чая (кофе);

  • пива;

  • вина;

  • погребов;

  • морозильных камер.

Водяной термометр может использоваться:

  • в банях;

  • в ванных комнатах;

  • в дачном хозяйстве;

  • в кухне.

По принципу действия

Газовый измеритель температуры способен замерять значения, близкие к абсолютному нулю. Потому его активно используют в физике и криогенной технике. Проблема только в одном: подобные устройства очень сложны, и в рядовой лаборатории их использовать тяжело. Электрические термометры работают, как уже говорилось, на основе линейной зависимости сопротивления проводников от температуры. Измерения на основе полупроводниковых элементов могли бы быть еще точнее, однако тогда возникает сложность с градуировкой шкалой.

Оптические термометры (они же пирометры) определяют температуру по интенсивности свечения по его спектру. Иногда используются и другие параметры. Оптические системы работают без прямого контакта с определенным телом. Они сумеют замерить температуры от 100 до 3000 градусов, при этом отклонение составит не более 2-5 градусов. Волоконно-оптический и термоэлектрический типы термометров дают наиболее правильные показания без существенных ошибок.

Но разница между термометрами не сводится к перечисленным градациям. Есть еще несколько разновидностей такой техники. Контактный термометр – это цифровой прибор, который точнее пирометра. Дело в том, что на результат измерений не влияют излучательные характеристики поверхности.

Накладной термоизмерительный прибор активно используется при контроле состояния малых трубопроводов. Такие устройства нужны:

  • в отоплении;

  • в канализационном хозяйстве;

  • в системе вентиляции;

  • в кондиционирующих установках;

  • в санитарных приборах.

Накладная техника отличается:

  • отсутствием необходимости врезать термометр в трубу;

  • легкой перестановкой (если первоначальная установка была ошибочна или требуется что-то изменить);

  • легкой заменой;

  • минимальными затратами при монтаже;

  • отсутствием необходимости контролировать утечку масла;

  • зависимостью точности замера от правильности установки;

  • нарушением нормальной работы при сдвиге термометра;

  • недостаточной популярностью и непривычностью таких устройств.

Термометр с часами (иногда именуется термометром-часами) хорош уже тем, что заменяет два разных устройства. Такая техника облегчает отслеживание временной последовательности при измерениях. Иногда встречаются и вовсе неординарные устройства:

  • в виде пистолета;

  • в виде пчелы;

  • в виде различных зданий;

  • в других необычных исполнениях.

Как долго испаряется ртуть из разбитого градусника?

Ртуть испаряется со скоростью 0,002 мг с квадратного сантиметра в час. Умножив величину испаряющей поверхности (90 см2) на эту величину, получим, что в час будет испаряться 0,18 мг ртути.

Чтобы понять, опасно это или нет, необходимо сравнить полученную величину с предельно допустимой концентрацией этого вещества в помещении. Она составляет 0,0003 мг на кубометр. Получается, что ртути из разбитого градусника чересчур много.

Недельная доза

Для таких веществ, как ртуть, международные организации установили максимальную недельную дозу. Она рассчитывается на 1 кг веса. Для ртути это значение равно 5 мг на 1 кг веса, то есть 5х10-5 г/кг. По этому показателю можно рассчитать допустимую дозу для каждого члена семьи, умножив этот показатель на массу тела.

Рассчитываем количество воздуха в жилище

Предельно допустимую дозу можно рассчитать, исходя из объема воздуха в помещении. Учтите, что человек в среднем потребляет в сутки 25 кубометров воздуха. Умножаем 0,0003 на это число – получаем 0,0075 мг/сутки, далее, умножив полученный результат на 7, получаем недельную допустимую дозу.

Можно определить, насколько опасен разбитый градусник, по количеству воздуха в жилище. Для этого:

  • измеряем высоту, длину и ширину каждой комнаты и перемножаем;
  • затем прибавляем к полученному результату объемы остальных помещений.

Однако воздух в квартире вовсе не неподвижен! При нормально работающей вентиляции он меняется довольно быстро – каждый час заменяется до 80% воздуха. Если рассчитать циркуляцию, то получается впечатляющий результат – порядка трехсот кубометров в час.

Исходя из этого, рассчитываем концентрацию паров ртути, разделив 0,18 мг на 300 кубометров. Получается 0,0006 мг/м3. Вспомним ПДК — 0,0003 мг/м3. Двукратное превышение – уже не так страшно, хотя оставлять его без внимания, конечно, нельзя.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации