Все о термометрах

Измерение температуры необходимо в повседневной жизни очень часто. Однако мало кто может сказать, что знает все о термометрах. Но только разбираясь в этих тонкостях, можно выбрать измерительное устройство и правильно использовать его.

Уже по самому названию понятно, что назначение термометра – измерение температуры. Такие устройства могут применяться в самых различных сферах и областях. И те «градусники», которые висят за окном либо находятся в домашней аптечке – это лишь небольшая часть от всего их многообразия. Для определения фактической температуры могут использоваться самые разные физические принципы. При этом требования к погрешности измерений четко установлены в ГОСТ.

Измерение погоды, а также характеристика микроклимата комнаты или служебного, рабочего помещения – чаще всего это считают сферой применения таких приборов. Но термометры нужны еще и для измерения температуры воды.

Термометры также используют и на кухнях. Там приходится измерять не только температуру жидкости, но и температуру продуктов (чаще всего мяса, рыбы, выпечки). Тут нельзя не упомянуть особые винные градусники и термометры в газовых/электрических плитах, в холодильниках. Выглядит такая измерительная аппаратура несколько иначе, чем уличные термометры.

Необычно смотрятся также многие медицинские термометры для детей. Причина нестандартного вида состоит в том, что необходимо отвлечь внимание детей, избавить их от тягостных мыслей о сугубо медицинской процедуре.

В разных странах термометры могут иметь различные единицы измерения, но за редким исключением сейчас используют шкалу Цельсия либо Фаренгейта. Эти устройства могут применяться в нефтяной и металлургической, пищевой и металлообрабатывающей, радиотехнической отраслях. Термометры нужны и в сельском хозяйстве, чтобы определять готовность почвы к севу. Также эти измерительные приборы нужны:

• в авиации и автомобильном транспорте;
• на железной дороге и в речном, морском флоте;
• в рефрижераторах;
• в исследованиях по биологии и аналитической химии;
• в ветеринарии;
• в химической промышленности.

Часть специалистов полагает, что термометр изобрел Галилей. Сохранившиеся его труды не содержат описания подобного устройства. Однако в сочинениях ближайших последователей Галилея такая информация есть. Что любопытно, при создании термоскопа знаменитый ученый отталкивался от аналогичного по устройству прибора, созданного еще в Древней Греции, но для совершенно других целей. Термоскопы только показывают, что степень нагрева изменяется; из-за отсутствия шкалы они непригодны для практических измерений.

В 1657 году во Флоренции появляется более продуманное устройство. Его конструкция позволяла давать количественную оценку температуре. Но все равно это был еще очень примитивный термометр.

Все ранние термометры содержали воздушную трубку, окруженную водяным столбиком. Потому избежать воздействия атмосферного давления было невозможно. Жидкостный термометр, по некоторым данным, появился в 1667 году. Такие устройства изготавливались строго вручную, позволяли измерять только температуру воздуха. Шкала в каждом случае разрабатывалась индивидуально, и результаты замеров оказывались потому несопоставимы.

Фаренгейт, в честь которого недаром названа одна из популярных шкал термометрии, создал термометр современного вида в 1723 году. Именно он понял, что спирт недостаточно совершенен как измерительный реагент при том уровне техники, и перешел к использованию ртути. За нулевую отметку англичанин взял температуру плавления смеси снега с нашатырным спиртом или пищевой солью. Точку плавления воды он взял за 32 градуса, а температуру тела здорового человека принял за 96 градусов.

Созданные Фаренгейтом термометры делались очень тщательно, о чем свидетельствуют все сохранившиеся экземпляры. Позднее Андерс Цельсий обнаружил, что температура плавления льда не меняется при изменении давления. А вот зависимость температуры кипения воды от давления была прослежена им с большой точностью. В 1736 году Реомюр ввел шкалу из 80 градусов, которая долго использовалась во Франции. Существовали и другие, сейчас уже вышедшие из употребления или применяемые очень ограниченно, температурные шкалы.

В научной сфере активно применяют термометры со шкалой Кельвина. Пересчет градусов Цельсия в градусы Кельвина очень прост: надо только прибавить 273,15.

Классическое термометрическое устройство основано на зависимости размеров тел от окружающей температуры. Рабочее тело может быть самым разным – это и жидкости, и твердые тела. Явление выражается сильнее всего в жидкостях, и именно поэтому их используют чаще всего. Типичный жидкостный термометр имеет особо тонкую стеклянную колбу. Она приложена в вертикальной шкале, напоминающей линейку.

Температура внешней среды точно соответствует делению, до которого доходит жидкость в колбе. Такая схема работает очень точно, и уровень погрешности обычно не превышает 0,1 градуса. Максимальный предел измерений жидкостного термометра может достигать 600 градусов.

Разница в том, что емкость колбы наполнена инертным газом. Максимальная температура может достигать 271-1000 градусов по Цельсию. Потому такие устройства подойдут для работы с очень горячими телами. Иное строение имеют механические аппараты, принцип действия которых состоит в точно измеряемой деформации спирали из металла. Такие системы обычно показывают температуру с помощью стрелок.

Встретить подобную технику можно в различных видах транспорта и в спецтехнике. Механический термометр прочен и не подвержен воздействию тряски (вибрации), даже довольно сильных ударов. В других случаях применяют эффект зависимости проводимости от температуры проводника. Чувствительность и диапазон измерений определяются видом используемого металла. Так, медные устройства имеют диапазон от -50 до +180 градусов; платина позволяет измерять температуры от -200 до +750 градусов.

Иногда можно встретить еще и:

• термоэлектрические (работающие за счет эффекта Зеебека);

• волоконно-оптические;

• инфракрасные термометры.

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.

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.

Фирма «Росма» может предложить термометр БТ-211. Это осевое устройство на базе биметаллических элементов. Аппарат подходит для работы с жидкостями, газами и парами. Для работы в агрессивной среде применяется дополнительно защитная гильза из нержавеющих марок стали. Измеряемая температура от -10 до +60 градусов.

Прочие сведения:

• уровень стойкости IP43;

• корпус из нержавеющей стали;

• алюминиевый черный циферблат;

• минеральное стекло;

• интервал между поверками 36 месяцев;

• климатическая группа С2 соответственно ГОСТ Р 52931.

Среди моделей с электроконтактной приставкой и универсальным присоединением выделяется «Росма БТ-54.220». Это стойкое к коррозии устройство. Конструкция использует резьбу на штоке. Аппарат отлично работает в агрессивной окружающей среде.

Устройство может быть дополнено гильзой на основе нержавеющей стали. Применяют его в:

• химической отрасли;

• нефтехимии;

• машиностроении.

Основные параметры:

• рабочие температуры от -60 до 60 градусов;

• погружная часть длиной от 0,064 до 0,3 м;

• двухконтактная электрическая схема;

• предельный ток 1 ампер;

• корпус из нержавеющей стали;

• байонетное кольцо из нержавеющей стали.

Для многих людей может подойти модель RST DT851. Шведский производитель рассчитал эту конструкцию на измерение высокой температуры. Диапазон измерения от -50 до 300 градусов. Отклонение измерения составляет не более 0,1 градуса. Длина термического щупа – 0,125 м; для питания используется 2 батарейки напряжением 1,5 В.

Оконные термометры от RST имеют прозрачный дисплей. Они могут быть поставлены на стекло или на раму с помощью двустороннего скотча со всепогодной устойчивостью. При изготовлении экранов постарались уменьшить отсвечивание до предела. Изображаемые цифры крупные и хорошо видны. Электронная техника RST способна показать максимальную и минимальную температуру за сутки, спрогнозировать появление гололеда.

Модель 01077 в длину достигает 0,07 м, а в ширину – 0,098 м. Диапазон замера составляет от -30 до +70 градусов. Для питания используется единственная батарейка стандарта АА.

Wika – тоже неплохая фирма. Она может предложить, к примеру, биметаллическую модель А48. Этот термометр отлично применяется в кондиционерах, холодильниках и вентиляционных средствах. Класс точности – 2. Диапазон замеров от -30 до +120 градусов.

Testo может предложить одноканальный термометр модели «925». Устройство внесено в государственный федеральный реестр средств измерения. Система рассчитана на эксплуатацию в отопительных и вентиляционных контурах. Для работы нужны быстродействующие, абсолютно надежные зондирующие термопары. Есть возможность использования защитного чехла, позволяющего измерять температуру в загрязненных местах.

Все сведения, установленные прибором, не только выводятся на экран – их можно и распечатать. Предусмотрено задание критических значений температуры (верхнего и нижнего); при выходе показателей за эти рамки звучит сигнал тревоги. Зонд придется приобрести дополнительно. При помощи кнопки Hold измерения останавливаются, фиксируется текущий показатель. Крупный экран снабжен системой подсветки.

Для пищевой отрасли подойдет Testo 106. Это термометр для фиксации внутренней температуры продуктов. Наконечник весьма тонок и прочен. Аппарат подойдет для столовых, ресторанов, супермаркетов. Пригодится он и в домашнем хозяйстве.

Основные особенности:

• защитный чехол;

• соответствие нормам HACCP, EN 13485;

• возможность задания верхнего и нижнего значений;

• возможность работы в жидких, вязких и полужидких веществах;

• распознавание последнего значения в автоматическом режиме;

• оставление только слегка заметных проколов.

Основные правила пользования термометром всегда пишутся в инструкциях и других сопроводительных документах. Даже небольшие различия в работе цифровых устройств могут стать источником серьезных проблем. Необходимо сразу уточнить, что обозначает звуковой сигнал. В одних случаях это признак окончания замера, в других термометр будет «пищать», если он еще продолжается. Оральный метод замера температуры может практиковаться детьми не младше 3 месяцев.

Начинать измерение можно только с термометром, показывающим ноль. Для медицинских ртутных термометров вместо ноля используется значение 36,6 градуса. Медицинский цифровой градусник можно использовать только с одноразовым колпачком. Если сбросить показания невозможно, устройство нужно заменить.

Отдельного разговора заслуживает даже простой уличный термометр. Его надо крепить максимально надежно. Очень важно выбрать подходящее место, где на него не будет воздействовать солнечный свет. Надо также обеспечить защиту от ветра, осадков, от намерзания льда и снега. Недопустимы соприкосновения с металлическими деталями; для электронной аппаратуры критично расстояние от рамы.

Мыть можно только влагостойкие термометры. Только они подойдут и для полного погружения. Нецелесообразно измерять кулинарным термометром температуру очень часто, это лишит продукт свежести. Щуп нельзя вводить около костей или хрящей – тогда результат будет ложный. После мытья щупы требуется вытирать насухо.

Ртутные термометры следует хранить в прочном небьющемся чехле. Класть их надо туда, куда не смогут добраться дети и домашние животные. Идеально, если они и не смогут увидеть градусник случайно. Электронные термометры следует держать в защитных футлярах. Кладут их в сухое холодное место, но не в холодильник.

Место требуется выбирать такое, где нет вибрации и ударов. Противопоказано действие солнечных лучей и источников высокой температуры. Дешевые цифровые термометры надо оберегать от контактов с жидкостями. Опасен для них бывает и чрезмерно влажный воздух. Порядок хранения инфракрасного термометра прописывается в каждой инструкции индивидуально.

Видеообзор термометров представлен далее.