Η αρχή των διάφορων θερμομέτρων
Το θερμόμετρο είναι ένας γενικός όρος για όργανα μέτρησης θερμοκρασίας, τα οποία μπορούν να κρίνουν και να μετρήσουν με ακρίβεια τη θερμοκρασία. Ως βάση σχεδιασμού χρησιμοποιείται το φαινόμενο της διαστολής και συστολής στερεών, υγρών και αερίων υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Υπάρχουν θερμόμετρα κηροζίνης, θερμόμετρα αλκοόλης, θερμόμετρα υδραργύρου, θερμόμετρα αερίου, θερμόμετρα αντίστασης, θερμόμετρα θερμοστοιχείων1, θερμόμετρα ακτινοβολίας, οπτικά θερμόμετρα, διμεταλλικά θερμόμετρα κ.λπ. για να διαλέξουμε, αλλά πρέπει να προσέχουμε τη σωστή μέθοδο χρήσης. Για να κατανοήσουμε τα σχετικά χαρακτηριστικά του θερμομέτρου και να το χρησιμοποιήσουμε καλύτερα, γράφτηκε αυτό το βιβλίο ειδικά.
1. Θερμόμετρα αερίου: Το υδρογόνο ή το ήλιο χρησιμοποιούνται συχνά ως υλικά μέτρησης θερμοκρασίας. Επειδή η θερμοκρασία υγροποίησης του υδρογόνου και του ηλίου είναι πολύ χαμηλή, κοντά στο μηδέν, το εύρος μέτρησης της θερμοκρασίας του είναι πολύ ευρύ. Αυτό το θερμόμετρο είναι πολύ υψηλό και χρησιμοποιείται κυρίως για μετρήσεις ακριβείας.
2. Θερμόμετρο αντίστασης: Χωρίζεται σε θερμόμετρο μεταλλικής αντίστασης και θερμόμετρο αντίστασης ημιαγωγών, τα οποία κατασκευάζονται σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της τιμής αντίστασης που αλλάζουν με τη θερμοκρασία. Τα μεταλλικά θερμόμετρα χρησιμοποιούν κυρίως καθαρά μέταλλα όπως πλατίνα, χρυσό, χαλκό, νικέλιο και ρόδιο σίδηρο, κράματα χαλκού φωσφόρου. Τα θερμόμετρα ημιαγωγών χρησιμοποιούν κυρίως άνθρακα, γερμάνιο κ.λπ. Τα θερμόμετρα αντίστασης είναι εύκολα στη χρήση, αξιόπιστα και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως. Το εύρος μέτρησής του είναι περίπου -260 μοίρες έως 600 μοίρες .
3. Θερμόμετρο θερμοστοιχείου: Είναι ένα όργανο μέτρησης θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία. Κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο. Δύο διαφορετικά καλώδια συγκολλούνται μεταξύ τους για να σχηματίσουν το άκρο εργασίας και τα άλλα δύο άκρα συνδέονται με το όργανο μέτρησης για να σχηματίσουν το κύκλωμα. Ρυθμίστε το άκρο εργασίας στη θερμοκρασία που θα μετρηθεί. Όταν η θερμοκρασία του άκρου εργασίας και του ελεύθερου άκρου είναι διαφορετική, εμφανίζεται μια ηλεκτροκινητική δύναμη, έτσι ώστε ένα ρεύμα να ρέει στον βρόχο. Με τη μέτρηση του ηλεκτρισμού, η θερμοκρασία σε μια γνωστή τοποθεσία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας σε άλλη τοποθεσία. Αυτό το θερμόμετρο αποτελείται ως επί το πλείστον από σταθερά χαλκού, σταθερά σιδήρου, νικέλιο κονταντάν, χρυσό χαλκό κοβαλτίου, ρόδιο πλατίνας κ.λπ. Είναι κατάλληλο για δύο ουσίες με μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας και χρησιμοποιείται κυρίως για μέτρηση υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλής θολότητας. Μερικά θερμοστοιχεία μπορούν να μετρήσουν υψηλές θερμοκρασίες έως και 3000 βαθμούς και μερικά μπορούν να μετρήσουν χαμηλές θερμοκρασίες κοντά στο μηδέν.
4. Διμεταλλικό θερμόμετρο: αναφέρεται στο θερμόμετρο που χρησιμοποιείται ειδικά για τη μέτρηση της θερμοκρασίας άνω των 500 μοιρών, συμπεριλαμβανομένου του οπτικού θερμόμετρου, του χρωματομετρικού θερμόμετρου και του θερμόμετρου ακτινοβολίας. Η αρχή και η δομή του διμεταλλικού θερμομέτρου είναι σχετικά περίπλοκες και δεν θα επαναληφθούν εδώ. Έχει εύρος μέτρησης από 500 μοίρες έως 3000 μοίρες ή υψηλότερο και δεν είναι κατάλληλο για μέτρηση χαμηλών θερμοκρασιών.
5. Θερμόμετρο δείκτη: Είναι ένα θερμόμετρο σε σχήμα ταμπλό, γνωστό και ως θερμιδόμετρο, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας δωματίου και κατασκευάζεται με την αρχή της θερμικής διαστολής και συστολής του μετάλλου. Χρησιμοποιεί ένα διμεταλλικό φύλλο ως στοιχείο ανίχνευσης θερμοκρασίας για τον έλεγχο του δείκτη. Τα διμεταλλικά συνήθως καρφώνονται με χαλκό και σίδηρο, με χαλκό στα αριστερά και σίδηρο στα δεξιά. Επειδή η θερμική διαστολή και συστολή του χαλκού είναι πιο εμφανής από αυτή του σιδήρου, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, το φύλλο χαλκού τραβά το φύλλο σιδήρου για να λυγίσει προς τα δεξιά και ο δείκτης εκτρέπεται προς τα δεξιά (δείχνοντας υψηλή θερμοκρασία). Διμέταλλος; αντίστροφα. , η θερμοκρασία γίνεται χαμηλότερη και ο δείκτης εκτρέπεται προς τα αριστερά (δείχνοντας χαμηλή θερμοκρασία) οδηγούμενος από το διμεταλλικό φύλλο.
6. Θερμόμετρο γυάλινου σωλήνα: Το θερμόμετρο γυάλινων σωλήνων χρησιμοποιεί την αρχή της θερμικής διαστολής και συστολής για να επιτύχει τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι ο συντελεστής διαστολής του μέσου μέτρησης θερμοκρασίας είναι διαφορετικός από το σημείο βρασμού και το σημείο πήξης, τα κοινά μας θερμόμετρα γυάλινων σωλήνων περιλαμβάνουν κυρίως: θερμόμετρο κηροζίνης, θερμόμετρο υδραργύρου και θερμόμετρο νερού με κόκκινο στυλό. Τα πλεονεκτήματα είναι η απλή δομή, η βολική χρήση, η υψηλή ακρίβεια μέτρησης και η χαμηλή τιμή. Το μειονέκτημα είναι ότι τα άνω και κάτω όρια και η ακρίβεια της μέτρησης περιορίζονται από την ποιότητα του γυαλιού και τις ιδιότητες του μέσου μέτρησης της θερμοκρασίας. Δεν μπορεί να τηλεμεταφερθεί και είναι εύθραυστο.
7. Θερμόμετρο πίεσης: Το θερμόμετρο πίεσης χρησιμοποιεί υγρό, αέριο ή κορεσμένο ατμό σε ένα κλειστό δοχείο για να δημιουργήσει διαστολή όγκου ή αλλαγή πίεσης ως σήμα μέτρησης μετά τη θέρμανση. Η βασική του δομή αποτελείται από τρία μέρη: λάμπα θερμοκρασίας, τριχοειδές σωλήνα και πίνακα ένδειξης. Ήταν μια από τις πρώτες μεθόδους ελέγχου της θερμοκρασίας που χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία παραγωγής. Τα συστήματα μέτρησης θερμοκρασίας πίεσης εξακολουθούν να είναι μια πολύ ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος μέτρησης για την επιτόπια ένδειξη και έλεγχο της θερμοκρασίας. Τα πλεονεκτήματα των θερμομέτρων πίεσης είναι: απλή δομή, υψηλή μηχανική αντοχή, δεν φοβάται τους κραδασμούς. Φθηνό και δεν απαιτεί εξωτερική ενέργεια. Τα μειονεκτήματα είναι: το εύρος μέτρησης θερμοκρασίας είναι περιορισμένο, γενικά -80~400 μοίρες ; η απώλεια θερμότητας είναι μεγάλη και ο χρόνος απόκρισης αργός. το σύστημα στεγανοποίησης του οργάνου (θερμικός λαμπτήρας, τριχοειδές, σωλήνας ελατηρίου) είναι κατεστραμμένο, η συντήρηση είναι δύσκολη και πρέπει να αντικατασταθεί. η ακρίβεια μέτρησης επηρεάζεται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, η θέση εγκατάστασης του λαμπτήρα έχει μεγάλη επίδραση και η ακρίβεια είναι σχετικά χαμηλή. η απόσταση μετάδοσης του τριχοειδούς είναι περιορισμένη. Το κανονικό εύρος λειτουργίας του θερμομέτρου πίεσης πρέπει να είναι 1/2--3/4 του εύρους και το όργανο οθόνης και ο λαμπτήρας θερμοκρασίας πρέπει να βρίσκονται στην οριζόντια θέση όσο το δυνατόν περισσότερο. Τα μπουλόνια στερέωσης με σφαίρα θερμοκρασίας που χρησιμοποιούνται κατά την εγκατάσταση θα προκαλέσουν απώλεια θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα την ανακριβή θερμοκρασία. Κατά την εγκατάσταση θα πρέπει να πραγματοποιείται επεξεργασία θερμομόνωσης και ο θερμός λαμπτήρας πρέπει να λειτουργεί σε περιβάλλον χωρίς κραδασμούς όσο το δυνατόν περισσότερο.
8. Περιστροφικό θερμόμετρο: Το περιστροφικό θερμόμετρο είναι κατασκευασμένο από κυλινδρικά διμεταλλικά φύλλα. Το ένα άκρο του διμετάλλου είναι σταθερό και το άλλο άκρο συνδέεται με τον δείκτη. Λόγω των διαφορετικών βαθμών διαστολής των δύο κομματιών μετάλλου, το διμεταλλικό κομμάτι καμπυλώνει διαφορετικά σε διαφορετικές θερμοκρασίες και οι δείκτες δείχνουν σε διαφορετικές θέσεις στο καντράν. Η θερμοκρασία μπορεί να γίνει γνωστή από την ένδειξη στο καντράν.
9. Θερμόμετρο ημιαγωγών: Το χημικό αλλαγής αντίστασης του ημιαγωγού είναι διαφορετικό από αυτό του μετάλλου. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η αντίστασή τους μειώνεται και ποικίλλει ευρύτερα. Επομένως, μια μικρή αλλαγή θερμοκρασίας μπορεί επίσης να προκαλέσει σημαντική αλλαγή στην αντίσταση. Τα θερμόμετρα κατασκευάζονται με υψηλή ακρίβεια και συχνά αναφέρονται ως αισθητήρες θερμοκρασίας.
10. Θερμόμετρο θερμοστοιχείου: Ένα θερμόμετρο θερμοστοιχείου αποτελείται από δύο διαφορετικά μέταλλα συνδεδεμένα σε ένα ευαίσθητο βολτόμετρο. Οι μεταλλικές επαφές παράγουν διαφορετικές διαφορές δυναμικού μεταξύ του μετάλλου σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Η διαφορά δυναμικού είναι μικρή, επομένως χρειάζεται ένα ευαίσθητο βολτόμετρο για τη μέτρησή της. Η θερμοκρασία μπορεί να γίνει γνωστή από την ένδειξη του βολτόμετρου.
11. Οπτικό πυρόμετρο: Εάν η θερμοκρασία ενός αντικειμένου είναι αρκετά υψηλή ώστε να εκπέμπει πολύ ορατό φως, η θερμοκρασία του μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας την ποσότητα της θερμικής ακτινοβολίας. Αυτό το θερμόμετρο είναι ένα ελαφρύ θερμόμετρο. Αυτό το θερμόμετρο αποτελείται κυρίως από ένα τηλεσκόπιο με ένα κόκκινο φίλτρο και ένα σύνολο κυκλωμάτων με μια μικρή λάμπα, ένα γαλβανόμετρο και μια μεταβλητή αντίσταση. Πριν από τη χρήση, καθορίστε τη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας που αντιστοιχεί στη διαφορετική φωτεινότητα του νήματος και της ένδειξης του αμπερόμετρου. Όταν χρησιμοποιείται, στοχεύστε το τηλεσκόπιο στο αντικείμενο που πρόκειται να μετρηθεί και ρυθμίστε την αντίσταση έτσι ώστε η φωτεινότητα του λαμπτήρα να είναι ίδια με τη φωτεινότητα του προς μέτρηση αντικειμένου. Αυτή τη στιγμή, η θερμοκρασία του μετρούμενου αντικειμένου μπορεί να διαβαστεί από το γαλβανόμετρο.
12. Θερμόμετρο υγρών κρυστάλλων: Οι υγροί κρύσταλλοι που κατασκευάζονται από διαφορετικούς τύπους έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες μετάβασης φάσης. Όταν υφίστανται αλλαγή φάσης, αλλάζουν και οι οπτικές τους ιδιότητες, με αποτέλεσμα οι υγροί κρύσταλλοι να φαίνονται αποχρωματισμένοι. Εάν ένα κομμάτι χαρτί είναι επικαλυμμένο με υγρούς κρυστάλλους με διαφορετικές θερμοκρασίες μετάβασης φάσης, η θερμοκρασία μπορεί να γίνει γνωστή από την αλλαγή χρώματος του υγρού κρυστάλλου. Το πλεονέκτημα αυτού του θερμομέτρου είναι ότι διαβάζεται εύκολα, αλλά το μειονέκτημα είναι ότι δεν είναι αρκετό. Συχνά χρησιμοποιείται σε διακοσμητικές δεξαμενές ψαριών για επίδειξη.
