Войти
Ртутный термометр (стеклянный ртутный термометр) для измерения комнатной температуры. A термометр - это устройство, которое измеряет температуру или температурный градиент (степень жара или холода объекта). Термометр имеет два важных элемента: (1) датчик температуры (например, колба ртутного стеклянного термометра или пирометрический датчик в инфракрасном термометре ), в котором некоторые изменения происходит при изменении температуры; 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, в медицине и в научных исследованиях.
Некоторые принципы работы термометра были известны греческим философам две тысячи лет назад. Итальянскому врачу Санторио Санторио (Санкториус, 1561-1636) приписывают изобретение первого термометра, но его стандартизация была завершена в 17-18 веках.
Инфракрасный термометр - это своего рода пирометр (болометр ).Хотя отдельный термометр может измерять градусы жары, показания на двух термометрах нельзя сравнивать, если они не соответствуют согласованной шкале. Сегодня существует абсолютная термодинамическая шкала температуры. Согласованные на международном уровне температурные шкалы разработаны для точного приближения к этому на основе фиксированных точек и интерполирующих термометров. Самая последняя официальная температурная шкала - это Международная температурная шкала 1990 г.. Она простирается от 0,65 K (-272,5 ° C; -458,5 ° F) до приблизительно 1358 K (1085 ° C; 1985 ° F).
Термометр с единицами измерения Фаренгейта (символ ° F) и Цельсия (символ ° C). 
Пятидесятиградусные термометры середины 17 века на выставке в Museo Galileo с черными точками, представляющими отдельные градусы, и белыми, представляющими 10-градусные приращения; используется для измерения атмосферных температур Различные авторы приписывают изобретение термометра герою Александрии. Однако термометр был не отдельным изобретением, а разработкой. 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.. Расширение и сжатие воздуха заставляло поверхность раздела вода / воздух перемещаться вдоль трубы.
Такой механизм позже был использован для демонстрации жары и холода воздуха с помощью трубки, в которой уровень воды регулируется расширением и сжатием газа. Эти устройства были разработаны несколькими европейскими учеными в XVI и XVII веках, в частности Галилео Галилей и Санторио Санторио. В результате было показано, что устройства надежно производят этот эффект, и был принят термин термоскоп, потому что он отражает изменения в явном тепле (современное понятие температуры еще не возникло). Отличие термоскопа от термометра в том, что последний имеет шкалу. Хотя Галилео часто называют изобретателем термометра, не сохранилось никаких документов, подтверждающих, что он действительно произвел какой-либо такой прибор.
Первая четкая диаграмма термоскопа была опубликована в 1617 году Джузеппе Бьянкани (1566–1624): первой показывающей шкалу и, таким образом, составляющей термометр, была Санторио Санторио в 1625 году. Это была вертикальная труба, закрытая наверху баллоном с воздухом, а нижний конец открывался в сосуд с водой. Уровень воды в трубке контролируется расширением и сжатием воздуха, поэтому это то, что мы теперь назвали бы воздушным термометром.
Слово термометр (в его французской форме) впервые появилось в 1624 году в Ла Récréation Mathématique Ж. Лёрешона, который описывает один с 8-градусной шкалой. Слово происходит от греческого слов θερμός, термос, что означает «горячий», и μέτρον, метрон, 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, по-видимому, первое описание и иллюстрацию 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. Примерно в 1654 году Фердинандо II Медичи, великий герцог Тосканы (1610–1670) действительно создал такой прибор, первый термометр в современном стиле, который зависел от расширения жидкости и не зависел от давления воздуха.. Многие другие ученые экспериментировали с различными жидкостями и конструкциями термометров.
Однако каждый изобретатель и каждый термометр были уникальными - не было стандартной шкалы. В 1665 году Христиан Гюйгенс (1629–1695) предложил использовать точки плавления и точки кипения воды в качестве стандартов, а в 1694 году Карло Ренальдини (1615–1698)) предложил использовать их в качестве фиксированных точек универсального масштаба. В 1701 году Исаак Ньютон (1642–1726 / 27) предложил шкалу в 12 градусов между точкой плавления льда и температурой тела.
Даниэль Габриэль Фаренгейт, основоположник эры прецизионной термометрии. Он изобрел стеклянный ртутный термометр (первый широко используемый, практичный, точный термометр) и шкалу Фаренгейта (первая стандартизованная шкала температуры, которая будет широко использоваться). 
Медицинская стеклянный ртутный максимальный термометр. В 1714 году голландский ученый и изобретатель Даниэль Габриэль Фаренгейт изобрел первый надежный термометр, используя ртуть вместо смеси спирта и воды. В 1724 году он предложил шкалу температур, которая теперь (с небольшими изменениями) носит его имя. Он мог сделать это, потому что он впервые изготовил термометры, используя ртуть (которая имеет высокий коэффициент расширения ), и качество его продукции могло обеспечить более мелкую шкалу и большую воспроизводимость, что привело к его всеобщему принятию. В 1742 г. Андерс Цельсий (1701–1744) предложил шкалу с нулем при температуре кипения и 100 градусами при температуре замерзания воды, хотя шкала, которая теперь носит его имя, имеет им наоборот. Французский энтомолог Рене Антуан Фершо де Реомюр изобрел спиртовой термометр и температурную шкалу в 1730 году, что в конечном итоге оказалось менее надежным, чем ртутный термометр Фаренгейта.
Первым врачом, который применил измерения термометра в клинической практике, был Герман Бурхаве (1668–1738). В 1866 году сэр Томас Клиффорд Оллбатт (1836–1925) изобрел клинический термометр, который измерял температуру тела за пять минут, а не за двадцать. 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 два секунд и обеспечивает точную с медицинской точки зрения температуру тела.
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 бы нерегистрирующий термометр был удален 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 максимальную или самую низкую зарегистрированную температуру до тех пор, пока не будут повторно установлены вручную, 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 отображения или ввода данных в компьютер.
Различные термометры 19 века. 
Сравнение шкал Цельсия и Фаренгейта Термометры можно описать как эмпирические или абсолютные. 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. Для любых двух эмпирических термометров это не требует, чтобы соотношение между их показаниями числовой шкалы было линейным, но требует, чтобы это соотношение было строго монотонным. Это фундаментальный признак температуры и термометров.
Как обычно утверждается в учебниках, взятых отдельно, так называемый «нулевой закон термодинамики » не может предоставить эту информацию, но утверждение нулевого закона термодинамики, сделанное Джеймсом Серрином в 1977 году, хотя и довольно абстрактно с математической точки зрения, более информативно для термометрии: «Нулевой закон - существует топологическая линия 
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 он обладает универсальным свойством генерировать излучение черного тела.
Биметаллические стержневые термометры, используемые для измерения температуры пропаренного молока 
Биметаллический термометр для приготовления и запекания в духовке Существуют различные виды эмпирических термометров, основанные на свойства материала.
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 соотношения 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; некоторая часть поступающего тепла может рассматриваться как изменение объема тела при постоянной температуре и называется скрытой теплотой расширения при постоянной температуре ; а остальная часть может рассматриваться 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.
(2) Его нагрев и охлаждение должны быть обратимыми. Иными словами, материал должен иметь возможность нагреваться и охлаждаться бесконечно часто за счет одного и того же приращения и убывания тепла, и все же каждый раз возвращаться к исходному давлению, объему и температуре. Некоторые пластмассы не обладают этим свойством;
(3) Его нагрев и охлаждение должны быть монотонными. Другими словами, во всем диапазоне температур, для которого он предназначен для работы,
При температуре около 4 ° C вода не обладает свойством (3) и, как говорят, ведет себя аномально в этом отношении; таким образом, вода не может использоваться в качестве материала для такого рода термометрии для диапазонов температур около 4 ° C.
С другой стороны, все газы обладают свойствами (1), (2) и (3) (а) (α) и (3) (б) (α). Следовательно, они являются подходящими термометрическими материалами, и именно поэтому они сыграли важную роль в развитии термометрии.
Согласно Престону (1894/1904), Регно сочли воздушные термометры постоянного давления неудовлетворительными, потому что они нуждались в сложной корректировке. Поэтому он построил воздушный термометр постоянного объема. Термометры постоянного объема не позволяют избежать проблемы аномального поведения, подобного поведению воды при температуре около 4 ° C.
Закон Планка очень точно количественно описывает спектральную плотность мощности электромагнитное излучение внутри полости с жесткими стенками в теле, сделанном из материала, который является полностью непрозрачным и плохо отражающим, когда он достигает термодинамического равновесия, как функция 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.
Термометр называется первичным или вторичным в зависимости от того, как необработанная физическая величина, которую он измеряет, отображается на температуру. Как резюмирует Кауппинен и др., «Для первичных термометров измеряемое свойство вещества известно настолько хорошо, что температуру можно рассчитать без каких-либо неизвестных величин. Примерами таких термометров являются термометры, основанные на уравнении состояния газа, от скорости звука в газе, от теплового шума напряжения или тока электрического резистора, а также от угловая анизотропия гамма-излучения излучения некоторых радиоактивных ядер в магнитном поле."
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 по первичному термометру, по крайней мере, для одной температуры или для ряда фиксированных температур. Такие фиксированные точки, например, тройные точки и сверхпроводящие переходы, воспроизводимо возникают при одной и той же температуре ».
Ртутный стеклянный 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 точка кипения воды меняется в зависимости от давления, поэтому это необходимо контролировать.)
Традиционный способ нанесения шкалы на стеклянный или жидкий металлический термометр состоял из трех этапов:
Другими фиксированными точками, использованными в прошлом, являются температура тела (здорового взрослого мужчины), которая первоначально использовалась Фаренгейтом в качестве верхней фиксированной точки (96 ° F ( 35,6 ° C), чтобы быть числом, кратным 12) и самой низкой температурой, полученной для смеси соли и льда, которая изначально была определением 0 ° F (-17,8 ° C). (Это пример хладоносителя ). Поскольку температура тела меняется, шкала Фаренгейта была позже изменена, чтобы использовать верхнюю фиксированную точку кипящей воды при 212 ° F (100 ° C).
Теперь они заменены определяющими точками в Международная температурная шкала 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 термостат , баню, или твердый блок, в которых температура поддерживается постоянной относительно калиброванного 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. Для многих современных устройств калибровка будет указывать какое-то значение, которое будет использоваться при обработке электронного сигнала для преобразования его в температуру.
Крышка радиатора "Boyce MotoMeter" на автомобиле 1913 Car-Nation, использовалась для измерения температуры пара в автомобилях 1910-х и 1920-х годов. точность или разрешение термометра - это просто то, до какой доли градуса можно произвести измерение. 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. Однако такая точность не означает, что показания верны или точны, это означает лишь 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 для газового термометра постоянного объема . Между фиксированными точками калибровки используется интерполяция, обычно линейная. Это может привести к значительным различиям 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 отличаться при температуре около 50 ° C. Могут быть другие причины из-за недостатков инструмента, например, в жидкостном стеклянном термометре, если капиллярная трубка различается по диаметру.
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. соответствует национальным стандартам (−18, 0, 40, 70, 100 ° C) и сертифицировано с точностью до ± 0,2 ° C.
Согласно британским стандартам, правильно откалибровано, Используемые и обслуживаемые стеклянные жидкостные термометры могут достигать погрешности измерения ± 0,01 ° C в диапазоне от 0 до 100 ° C и большей погрешности за пределами этого диапазона: ± 0,05 ° C до 200 или до -40 ° C, ± 0,2 ° C до 450 или ниже -80 ° C.
В термометрах для измерения температуры используется ряд физических эффектов. 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. В помещениях термисторы используются в системах управления микроклиматом, таких как кондиционеры, морозильные камеры, обогреватели, холодильники и водонагреватели.. 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 аквариумы.
Датчики температуры с волоконной брэгговской решеткой используются в ядерных энергетических установках для контроля температуры активной зоны реактора и предотвращения возможности ядерных расплавов.
Нанотермометрия новая область исследований, посвященная изучению температуры в субмикрометрической шкале. Обычные термометры не могут измерять температуру объекта меньше микрометра, поэтому необходимо использовать новые методы и материалы. В таких случаях применяется нанотермометрия. Нанотермометры подразделяются на люминесцентные термометры (если они используют свет для измерения температуры) и нелюминесцентные термометры (системы, термометрические свойства которых не связаны напрямую с люминесценцией).
Термометры, используемые специально для низких температур.
На протяжении всей истории использовались различные термометрические методы, такие как Термометр Galileo для тепловидения. Используются медицинские термометры, такие как стеклянные ртутные термометры, инфракрасные термометры, таблеточные термометры и жидкокристаллические термометры в настройках здравоохранения, чтобы определить, есть ли у людей лихорадка или гипотермия.
Термометры важны для пищевых продуктов безопасность, при которой пищевые продукты при температуре от 41 до 135 ° F (от 5 до 57 ° C) могут быть подвержены потенциально опасному уровню роста бактерий через несколько часов, что может привести к переносу пищевых продуктов не болезнь. Это включает в себя мониторинг температуры охлаждения и поддержание температуры в пищевых продуктах, подаваемых под нагревательными лампами или ваннами с горячей водой. Термометры для приготовления пищи важны для определения того, правильно ли приготовлена еда. В частности, термометры для мяса используются для помощи в приготовлении 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 на основе его температуры кипения.
Используются спиртовые термометры, инфракрасные термометры, стеклянные ртутные термометры, записывающие термометры, термисторы и термометры Шеста. в метеорологии и климатологии на различных уровнях атмосферы и океанов. В самолетах используются термометры и гигрометры, чтобы определить, существуют ли атмосферное обледенение на их траектории. Эти измерения используются для инициализации моделей прогноза погоды. Thermometers are used in roadways in cold weather climates to help determine if icing conditions exist and indoors in climate control systems.
 | Look up thermometer in Wiktionary, the free dictionary. |
 | Wikimedia Commons has media related to Measuring instruments (temperature). |
