Термометр - Thermometer

Термометр ртутный (стеклянный ртутный термометр) для измерения комнатной температуры.[1]
Для более широкого освещения этой темы см. Измерение температуры.

А термометр это устройство, которое измеряет температуру или температурный градиент (степень жара или холода предмета). У термометра есть два важных элемента: (1) датчик температуры (например, колба стеклянный ртутный термометр или пирометрический датчик в инфракрасный термометр ) в котором происходит какое-то изменение 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 метеорология, в медицине и в научных исследованиях.

Некоторые принципы работы термометра были известны греческим философам две тысячи лет назад. В качестве Генри Кэррингтон Болтон (1900) отмечал, что развитие термометра от грубой игрушки до точного прибора заняло более века, и его ранняя история отягощена ошибочными утверждениями, которые повторялись с таким догматизмом, что получили ложную печать авторитета. "[2] Итальянский врач Санторио Санторио (Санкториус, 1561-1636)[3] обычно приписывают изобретение первого термометра, но его стандартизация была завершена в 17-18 веках.[4][5][6] В первые десятилетия 18 века в Голландская Республика, Даниэль Габриэль Фаренгейт[7] совершил два революционных прорыва в истории термометрия. Он изобрел стеклянный ртутный термометр (первый широко используемый, точный, практичный термометр)[2][1] и Шкала Фаренгейта (первые стандартизированные шкала температур для широкого использования).[2]

История

Основные статьи: Температура и Измерение температуры
Инфракрасный термометр - это своего рода пирометр (болометр ).

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

Термометр с Фаренгейт (символ ° F) и Цельсия (символ ° C) единицы.

Ранние разработки

Смотрите также: Термометрия, Температурная шкала, Термоскоп, Спиртовой термометр, и Хронология технологий измерения температуры и давления
Пятидесятиградусные термометры середины 17 века на выставке в Museo Galileo с черными точками, представляющими отдельные градусы, а белыми - с шагом 10 градусов; используется для измерения температуры воздуха

Различные авторы приписывают изобретение термометра Герой Александрии. Термометр был но не отдельное изобретение, а развитие.Герой Александрии (10–70 нашей эры) знал принцип, согласно которому определенные вещества, особенно воздух, расширяются и сжимаются, и описал демонстрацию, в которой закрытая трубка, частично заполненная воздухом, имела свой конец в сосуде с водой.[8] Расширение и сжатие воздуха заставляло 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 дают этот эффект, а термин термоскоп был принят, потому что он отражал изменения в явное тепло (современное понятие температуры еще не возникло).[9] Разница между термоскоп а градусник в том, что у последнего есть шкала.[10] Хотя Галилео часто называют изобретателем термометра, не сохранилось ни одного документа, подтверждающего, что он действительно создал какой-либо такой прибор.

Первая четкая схема термоскопа была опубликована в 1617 г. Джузеппе Бьянкани (1566 - 1624): первый показывающий шкалу и, таким образом, составляющий термометр, был Санторио Санторио в 1625 г.[3]. 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 сейчас мы бы назвали его воздушным термометром.[11]

Слово термометр (в его французской форме) впервые появилось в 1624 году в La Récréation Mathématique Дж. Лерешон, который описывает один с 8-градусной шкалой.[12] Слово происходит от Греческий слова θερμός, термос, что означает «горячий» и μέτρον, метрон, что означает «мера».

Вышеупомянутые инструменты страдали тем недостатком, что они также барометры, т.е. чувствительны к давлению воздуха. В 1629 г. 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.[13] Примерно в 1654 г. 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. нет стандартной шкалы. В 1665 г. Кристиан Гюйгенс (1629–1695) предложили использовать таяние и точки кипения воды в качестве эталонов, а в 1694 году Карло Ренальдини (1615–1698) предложил использовать их в качестве фиксированных точек на универсальной шкале. В 1701 г. Исаак Ньютон (1642–1726 / 27) предложил шкалу в 12 градусов между температурой плавления льда и температура тела.

Эпоха точной термометрии

Смотрите также: Прецизионная термометрия, Шкала Фаренгейта, Шкала Цельсия, Стеклянный ртутный термометр (ртутный термометр), Медицинский термометр, Клинический термометр, Пирометр, и Инфракрасный термометр
Даниэль Габриэль Фаренгейт, основоположник эпохи прецизионная термометрия.[14] Он изобрел стеклянный ртутный термометр (первый широко используемый, точный, практичный термометр)[1][15][16] и Шкала Фаренгейта (первая широко используемая стандартизованная шкала температур).
Медицинский ртутный стеклянный термометр-максимум.

В 1714 г.[7] ученый и изобретатель Даниэль Габриэль Фаренгейт изобрел первый надежный термометр, с использованием ртути вместо спиртовые и водные смеси. В 1724 году он предложил шкала температур который сейчас (немного скорректирован) носит его имя. Он мог это сделать, потому что он производил термометры, используя Меркурий (который имеет высокий коэффициент расширения ) впервые, и качество его продукции могло обеспечить более мелкий масштаб 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,[17] хотя масштаб, который сейчас носит его имя есть у них наоборот.[18] Французский энтомолог Рене Антуан Фершо де Реомюр изобрел спиртовой термометр и, шкала температур в 1730 году он в конечном итоге оказался менее надежным, 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 Это показало температуру тела за пять минут, а не за двадцать.[20] В 1999 г. Франческо Помпеи из Exergen Corporation представила первый в мире термометр для височной артерии, неинвазивный датчик температуры датчик который сканирует лоб примерно за две секунды и обеспечивает точную с медицинской точки зрения температуру тела.[21][22]

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 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 цифрового отображения или ввода данных в компьютер.

Физические принципы термометрии

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 чтобы вообще квалифицироваться как термометры, они должны согласовываться 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 было строго монотонный.[24] Это фундаментальный признак температуры и термометров.[25][26][27]

Как это принято в учебниках, взятых отдельно, так называемые "нулевой закон термодинамики "не может предоставить эту информацию, но утверждение нулевого закона термодинамики Джеймс Серрин в 1977 году, хотя и довольно абстрактно математически, более информативно для термометрии: «Нулевой закон - существует топологическая линия. который служит координатным многообразием поведения материала. Точки коллектора называются «уровнями жара», и называется «универсальным многообразием горячего».[28] К этой информации нужно добавить ощущение еще большей горячности; это чувство может иметь место независимо от калориметрия, из термодинамика, и свойств конкретных материалов, из Закон смещения Вина из тепловое излучение: температура ванны теплового излучения составляет пропорциональный универсальной постоянной до частоты максимума ее частотный спектр; эта частота всегда положительна, но может иметь значения, стремятся 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 оно основывается главным образом на универсальном характере термодинамического равновесия, что оно обладает универсальным свойством производить черное тело радиация.

Термометрические материалы

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 скрытая теплота расширения при постоянной температуре; а остальная часть может рассматриваться как изменение температуры тела при постоянном объеме и называется удельная теплоемкость 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. Иными словами, материал должен иметь возможность нагреваться и охлаждаться бесконечно часто с одним и тем же приращением и убыванием тепла, и при этом 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] То есть во всем диапазоне температур, для которого он предназначен для работы,

(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

По словам Престона (1894/1904), Regnault сочли воздушные термометры постоянного давления неудовлетворительными, потому что они нуждались в сложной корректировке. Поэтому он построил воздушный термометр постоянного объема.[40] Термометры постоянного объема не позволяют избежать проблемы аномального поведения, подобной поведению воды при температуре около 4 ° C.[38]

Радиометрическая термометрия

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 он достигает термодинамического равновесия, как функцию только абсолютной термодинамической температуры. Достаточно маленькое отверстие в стенке полости испускает достаточно излучения черного тела, из которого спектральное сияние 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

Термометр называется первичным или вторичным в зависимости от того, как необработанная физическая величина, которую он измеряет, соотносится с температурой. Как резюмируют Кауппинен и др., «Для первичные термометры измеряемое свойство материи известно настолько хорошо, что температуру можно вычислить без каких-либо неизвестных величин. Примерами являются термометры, основанные на уравнении состояния газа, на скорость звука в газе, на тепловой шум Напряжение или же Текущий электрического резистора, а на угловом анизотропия из гамма-луч выброс определенных радиоактивный ядра в магнитное поле."[41]

В отличие, "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 неподвижные точки, например, тройные очки и сверхпроводящий переходы происходят воспроизводимо при одной и той же температуре ».[41]

Калибровка

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 на Стандартное атмосферное давление 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 Холодильная смесь ). Поскольку температура тела меняется, шкала Фаренгейта была позже изменена, чтобы использовать верхнюю фиксированную точку кипящей воды при 212 ° F (100 ° C).[43]

Теперь они заменены определяющими точками в Международная температурная шкала 1990 г., хотя на практике температура 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 ванна или твердый блок, в котором температура поддерживается постоянной относительно откалиброванного термометра. Остальные калибруемые термометры помещают в ту же ванну или блок и дают им прийти в равновесие, 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

"Boyce MotoMeter"крышка радиатора на 1913 г. Car-Nation автомобиль, который использовался для измерения температуры пара в автомобилях 1910-1920 годов.

В точность или же разрешающая способность термометра - это просто, до какой доли градуса можно сделать отсчет. 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.[нужна цитата ] 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 истинное показание) в этой точке. Большинство термометров изначально откалиброваны на постоянный объем. газовый термометр.[нужна цитата ] Между фиксированными точками калибровки интерполяция используется, как правило, линейный.[44] 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 термометра. платина термометр сопротивления, поэтому эти два значения будут немного расходиться при температуре около 50 ° C.[45] Могут быть другие причины из-за недостатков инструмента, например, в жидкостном стеклянном термометре, если капиллярная трубка различается по диаметру.[45]

Для многих целей важна воспроизводимость. То есть, дает ли один и тот же термометр одинаковые показания для одной и той же температуры (или замена или несколько термометров дают одинаковые показания)? Воспроизводимый измерение температуры означает, что сравнения действительны в научных экспериментах, а производственные 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 до 0,1 ° C (его точность), который был откалиброван по 5 точкам по национальным стандартам (-18, 0, 40, 70, 100 ° C) и сертифицирован с точностью ± 0,2 ° C.[46]

В соответствии с Британские стандарты 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: ± 0,05 ° C до 200 или ниже От −40 ° C, ± 0,2 ° C до 450 или до −80 ° C.[47]

Косвенные методы измерения температуры

Тепловое расширение
Использование собственности тепловое расширение различных фазы материи.
Пары твердых металлов с разными коэффициентами расширения могут использоваться для биметаллические механические термометры. Другой дизайн, использующий этот принцип, - Термометр Бреге.
Некоторые жидкости обладают относительно высокими коэффициентами расширения в пределах полезного температурного диапазона, таким образом формируя основу для алкоголь или же Меркурий термометр. Альтернативные конструкции, использующие этот принцип, являются реверсивный термометр и Дифференциальный термометр Бекмана.
Как и в случае с жидкостями, газы также могут использоваться для образования газовый термометр.
Давление
Термометр давления пара
Плотность
Термометр Галилео[48]
Термохромизм
Некоторые соединения проявляют термохромизм при отчетливых перепадах температуры. Таким образом, настраивая температуры фазовых переходов для ряда веществ, температуру можно количественно измерить дискретными приращениями, в форме оцифровка. Это основа для жидкокристаллический термометр.
Термометрия края ленты (BET)
Термометрия края зоны (BET) использует температурную зависимость ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов для получения очень точных оптических (т.е. бесконтактные) измерения температуры.[49] Системы BET требуют специальной оптической системы, а также специального программного обеспечения для анализа данных.[50][51]
Излучение черного тела
Все объекты выше абсолютный ноль испускают излучение черного тела для которого спектр прямо пропорционален температуре. Это свойство является основой для пирометр или же инфракрасный термометр и термография. 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 цветовая температура. Например, светящийся нагревательный элемент или приближение температура поверхности звезды.
Флуоресценция
Люминофорная термометрия
Спектры оптического поглощения
Волоконно-оптический термометр
Электрическое сопротивление
Термометр сопротивления которые используют такие материалы, как Сплав Balco
Термистор
Термометр кулоновской блокады
Электрический потенциал
Термопары полезны в широком диапазоне температур от криогенных температур до более 1000 ° C, но обычно имеют погрешность ± 0,5–1,5 ° C.
Кремниевые зонные датчики температуры обычно встречаются в интегральных схемах с сопутствующими АЦП и интерфейс, такой как я2C. 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 за счет биннинг.[52][53]
Электрический резонанс
Кварцевый термометр
Ядерный магнитный резонанс
Химический сдвиг зависит от температуры. Это свойство используется для калибровки термостата ЯМР зонды, обычно использующие метанол или же этиленгликоль.[54][55] Это может быть потенциально проблематичным для внутренних стандартов, которые обычно предполагают наличие определенного химического сдвига (например, 0 ppm для ТМС ), но на самом деле имеют температурную зависимость.[56]
Магнитная восприимчивость
Смотрите также: Парамагнетизм § Закон Кюри
Выше Температура Кюри, то магнитная восприимчивость парамагнитного материала обнаруживает обратную температурную зависимость. Это явление лежит в основе магнитного криометр.[57][58]

Приложения

Смотрите 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. В помещении, термисторы используются в системах климат-контроля, таких как Кондиционеры, морозильники, обогреватели, холодильники, и водные нагреватели.[59] Термометры Galileo используются для измерения температуры воздуха в помещениях из-за их ограниченного диапазона измерения.

Такой жидкокристаллические термометры (которые используют термохромный жидкие кристаллы) также используются в кольца настроения и используется для измерения температуры воды в аквариумах.

Волоконная решетка Брэгга датчики температуры используются в атомная энергия средства для контроля температуры активной зоны реактора и предотвращения возможности ядерные аварии.[60]

Нанотермометрия

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

Криометр

Основная статья: криометр

Термометры используются специально для низких температур.

Медицинское

Основная статья: Медицинский термометр

На протяжении всей истории использовались различные термометрические методы, такие как Термометр Галилео к тепловизору.[48]Медицинские термометры такие как стеклянные ртутные термометры, инфракрасные термометры, таблеточные термометры, и жидкокристаллические термометры используются в здравоохранение настройки, чтобы определить, есть ли у людей высокая температура или переохлаждение.

Продовольствие и безопасность пищевых продуктов

Термометры важны в безопасности пищевых продуктов, где пища при температуре от 41 до 135 ° F (от 5 до 57 ° C) может быть подвержена потенциально опасному росту бактерий через несколько часов, что может привести к болезни 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]Термометры для приготовления пищи важны для определения того, правильно ли приготовлена ​​еда. Особенно 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.

Относящийся к окружающей среде

Спиртовые термометры, инфракрасные термометры, стеклянные ртутные термометры, записывающие термометры, термисторы, а термометры Шеста используются в метеорология и климатология на разных уровнях атмосфера и океаны. Самолет использовать термометры и гигрометры чтобы определить, если атмосферное обледенение условия существуют вдоль их полоса взлета. Эти измерения используются для инициализации модели прогноза погоды. Термометры используются на дорогах в холодную погоду, чтобы помочь определить, существуют ли условия обледенения и в помещениях в системах климат-контроля.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Кнейк, Мария (апрель 2011 г.). «Анатомия жидкостного стеклянного термометра». AASHTO re: source, ранее AMRL (aashtoresource.org). Получено 4 августа 2018. На протяжении десятилетий ртутные термометры были основой многих испытательных лабораторий. При правильном использовании и откалиброванный правильно, некоторые типы ртутных термометров могут быть невероятно точными. Ртутные термометры можно использовать при температурах от -38 до 350 ° C. Использование ртути-таллий Смесь может продлить срок службы ртутных термометров при низких температурах до -56 ° C. (...) Тем не менее было обнаружено, что мало жидкостей имитируют термометрические свойства ртути в повторяемость и точность из измерение температуры. Хотя это может быть токсично, когда дело доходит до термометров LiG [Liquid-in-Glass], ртуть по-прежнему трудно превзойти.
  2. ^ а б c Болтон, Генри Кэррингтон: Эволюция термометра, 1592–1743 гг.. (Истон, Пенсильвания: Химическая издательская компания, 1900 г.)
  3. ^ а б c Биготти, Фабрицио (2018). «Вес воздуха: термометры Санторио и пересмотр ранней истории медицинской количественной оценки». Журнал ранних современных исследований. 7 (1): 73–103. Дои:10.5840 / jems2018714. ISSN  2285-6382. ЧВК  6407691. PMID  30854347.
  4. ^ Суд, Арнольд (12 мая 1967 г.). «О важном изобретении» (PDF). Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ Шерри, Дэвид (2011). «Термоскопы, термометры и основы измерений» (PDF). Исследования по истории и философии науки. 42 (4): 509–524. Дои:10.1016 / j.shpsa.2011.07.001.
  6. ^ Макги, Томас Дональд (1988). Принципы и методы измерения температуры. С. 2–9. ISBN  9780471627678.
  7. ^ а б Даниэль Габриэль Фаренгейт родился в Данциг (Гданьск), тогда преимущественно немецкоязычный город в Поморское воеводство из Речь Посполитая. Позже он переехал в Голландская Республика в возрасте 15 лет, где он провел остаток своей жизни (1701–1736).
  8. ^ Т.Д. МакГи (1988) Принципы и методы измерения температуры ISBN  0-471-62767-4
  9. ^ а б Р.С. Доук (2005) Галилей: астроном и физик ISBN  0-7565-0813-4 p36
  10. ^ Т.Д. МакГи (1988) Принципы и методы измерения температуры стр. 3, ISBN  0-471-62767-4
  11. ^ Т.Д. МакГи (1988) Принципы и методы измерения температуры, страницы 2–4 ISBN  0-471-62767-4
  12. ^ а б Бенедикт Р. П. (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. Дои: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. ^ Пешин, Акаш (22 октября 2019 г.). «Почему ртуть используется в термометре?». Азбука науки (scienceabc.com). Получено 22 июн 2020.
  16. ^ Симпсон, Виктория (21 мая 2020 г.). «Почему ртуть используется в термометрах?». WorldAtlas.com. Получено 21 июн 2020.
  17. ^ Бенедикт Р. П. (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода, 3-е изд., ISBN  0-471-89383-8 стр. 6
  18. ^ Термометр кристина В архиве 2013-06-01 на Wayback Machine и Термометр Линнея
  19. ^ Tan, S. Y .; 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 Оллбатт, 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. ^ Битти, Дж. А., Оппенгейм, И. (1979). Принципы термодинамики, Научное издательство Elsevier, Амстердам, ISBN  0-444-41806-7, стр.29.
  24. ^ а б Томсен, Дж. (1962). «Подтверждение нулевого закона термодинамики». Являюсь. J. Phys. 30 (4): 294–296. Bibcode:1962AmJPh..30..294T. Дои: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 McGuinness, B. (1986), Принципы теории тепла, исторически и критически выясненные, D. Reidel Publishing, Дордрехт, ISBN  90-277-2206-4, раздел 5, стр. 48–49, раздел 22, страницы 60–61.
  26. ^ а б Трусделл, К.А. (1980). Трагикомическая история термодинамики, 1822-1854 гг., 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 Современные разработки в механике сплошной среды и уравнениях с частными производными. Труды Международного симпозиума по механике сплошной среды и уравнениям с частными производными, Рио-де-Жанейро, август 1977 г.под редакцией Г. de La Penha, L.A.J. Медейрос, Северная Голландия, Амстердам, ISBN  0-444-85166-6, страницы 411-451.
  29. ^ Планк, М. (1926). Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, С.-Б. Preuß. Акад. Wiss. физ. математика. Kl.: 453–463.
  30. ^ Бухдаль, Х.А. (1966). Концепции классической термодинамики, Cambridge University Press, Лондон, стр. 42–43.
  31. ^ Lieb, E.H .; Ингвасон, Дж. (1999). «Физико-математические науки второго начала термодинамики». Отчеты по физике. 314 (1–2): 1–96 [56]. arXiv:hep-ph / 9807278. Bibcode:1999ФР ... 314 .... 1л. Дои:10.1016 / S0370-1573 (98) 00128-8. S2CID  119517140.
  32. ^ Трусделл, К., Бхарата, С. (1977). Концепции и логика классической термодинамики как теории тепловых двигателей. Построен на основе фундамента, заложенного С. Карно и Ф. Ричем, Спрингер, Нью-Йорк, ISBN  0-387-07971-8, стр.20.
  33. ^ Зиглер, Х. (1983). Введение в термомеханику, Северная Голландия, Амстердам, ISBN  0-444-86503-9.
  34. ^ Ландсберг, П. (1961). Термодинамика с квантовыми статистическими иллюстрациями, Interscience Publishers, Нью-Йорк, стр. 17.
  35. ^ Максвелл, Дж. К. (1872 г.). Теория тепла, третье издание, Longmans, Green, and Co., Лондон, страницы 232–233.
  36. ^ Льюис, Г.Н., Рэндалл, М. (1923/1961). Термодинамика, второе издание отредактировано К.С. Питцером, Л. Брюером, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, страницы 378-379.
  37. ^ Thomsen, J.S .; Хартка, Т. (1962). «Странные циклы Карно; термодинамика системы с экстремумом плотности». Являюсь. J. Phys. 30 (1): 26–33. Bibcode:1962AmJPh..30 ... 26Т. Дои:10.1119/1.1941890.
  38. ^ а б Трусделл, К., Бхарата, С. (1977). Концепции и логика классической термодинамики как теории тепловых двигателей. Построен на основе фундамента, заложенного 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 A. Ogg, Longmans, Green & Co., Лондон.
  40. ^ Престон, Т. (1894/1904). Теория тепла, второе издание, отредактированное Дж. Р. Коттером, Macmillan, Лондон, Раздел 92.0
  41. ^ а б Kauppinen, J. P .; Лоберг, К. Т .; Manninen, A.J .; Пекола, Дж. П. (1998). «Термометр кулоновской блокады: Испытания и приборы». Rev. Sci. Instrum. 69 (12): 4166–4175. Bibcode:1998RScI ... 69.4166K. Дои:10.1063/1.1149265. S2CID  33345808.
  42. ^ Р. П. Бенедикт (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода, 3-е изд, ISBN  0-471-89383-8, стр. 5
  43. ^ Дж. Лорд (1994) Размеры ISBN  0-06-273228-5 стр. 293
  44. ^ а б Р. П. Бенедикт (1984) Основы измерения температуры, давления и расхода, 3-е изд, ISBN  0-471-89383-8, глава 11 «Калибровка датчиков температуры»
  45. ^ а б Т. Дункан (1973) Продвинутая физика: материалы и механика (Джон Мюррей, Лондон) ISBN  0-7195-2844-5
  46. ^ Пиковые датчики Эталонный термометр
  47. ^ BS1041-2.1: 1985 Измерение температуры - Часть 2: Термометры расширения. Раздел 2.1 Руководство по выбору и использованию жидкостных стеклянных термометров
  48. ^ а б E.F.J. Кольцо (январь 2007 г.). «Историческое развитие измерения температуры в медицине». Инфракрасная физика и технологии. 49 (3): 297–301. Bibcode:2007ИнФТ..49..297Р. Дои:10.1016 / j.infrared.2006.06.029.
  49. ^ «Ленточная термометрия». Исследовательская группа по молекулярно-лучевой эпитаксии. 2014-08-19. Получено 2019-08-14.
  50. ^ Джонсон, Шейн (май 1998 г.). «Контроль температуры in situ роста молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием краевой термометрии». Журнал Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 16 (3): 1502. Bibcode:1998JVSTB..16.1502J. Дои:10.1116/1.589975. HDL:2286 / R.I.27894.
  51. ^ Виссман, Барри (июнь 2016 г.). «Истина, лежащая в основе современных методов измерения температуры пластин: термометрия края полосы против пирометрии с поправкой на излучательную способность» (PDF). https://www.k-space.com/products/bandit/. Получено 14 августа, 2019. Внешняя ссылка в | сайт = (помощь)
  52. ^ «MCP9804: цифровой датчик температуры с типовой точностью ± 0,25 ° C». Микрочип. 2012 г.. Получено 2017-01-03.
  53. ^ "Si7050 / 1/3/4/5-A20: Датчики температуры I2C" (PDF). Silicon Labs. 2016 г.. Получено 2017-01-03.
  54. ^ Findeisen, M .; Бренд, Т .; Бергер, С. (февраль 2007 г.). «Термометр A1H-ЯМР для криозондов». Магнитный резонанс в химии. 45 (2): 175–178. Дои:10.1002 / mrc.1941. PMID  17154329. S2CID  43214876.
  55. ^ Браун, Стефан Бергер; Зигмар (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. Дои:10.1016 / j.jmr.2005.05.015. PMID  15996496.
  57. ^ Крузиус, Матти (2014). «Магнитный термометр». AccessScience. Дои:10.1036/1097-8542.398650.
  58. ^ Сергацков Д.А. (октябрь 2003 г.). «Новые термометры парамагнитной восприимчивости для измерений фундаментальной физики» (PDF). Материалы конференции AIP (PDF). 684. С. 1009–1014. Дои:10.1063/1.1627261.
  59. ^ а б Анджела М. Фрейзер, доктор философии (24 апреля 2006 г.). «Безопасность пищевых продуктов: термометры» (PDF). Университет штата Северная Каролина. стр. 1–2. Получено 2010-02-26.
  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. Дои:10.1117/1.1475739.
  61. ^ Brites, Carlos D. S .; Lima, Patricia P .; Silva, Nuno J. O .; Миллан, Ангел; Amaral, Vitor S .; Паласио, Фернандо; Карлос, Луис Д. (2012). «Термометрия в наномасштабе». Наномасштаб. 4 (16): 4799–829. Bibcode:2012Нано ... 4.4799B. Дои:10.1039 / C2NR30663H. HDL:10261/76059. PMID  22763389.
  62. ^ США активный 6854882, Мин-Юн Чен, «Электронный клинический термометр с быстрым откликом», опубликовано 15 февраля 2005 г., передано Actherm Inc. 

дальнейшее чтение

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

внешняя ссылка