Traducido de idioma griego significa "medir el calor". La historia de la invención del termómetro se remonta a 1597, cuando Galileo creó un termoscopio, una bola con un tubo soldado, para determinar el grado de calentamiento del agua. Este dispositivo no tenía escala y sus lecturas dependían de presión atmosférica. Con el desarrollo de la ciencia, el termómetro cambió. El termómetro de líquido se mencionó por primera vez en 1667, y en 1742 el físico sueco Celsius creó un termómetro con una escala en la que el punto 0 correspondía al punto de congelación del agua y 100 a su punto de ebullición.
A menudo utilizamos un termómetro para determinar la temperatura del aire exterior o la temperatura corporal, pero el uso de un termómetro no se limita a esto. Hoy en día hay muchas maneras. medir la temperatura sustancias químicas y se siguen perfeccionando los termómetros modernos. Describamos los tipos más comunes de medidores de temperatura.
Principio de funcionamiento de este tipo Los termómetros se basan en el efecto de la expansión del líquido cuando se calienta. Los termómetros que utilizan mercurio en forma líquida se utilizan a menudo en medicina para medir la temperatura corporal. A pesar de la toxicidad del mercurio, su uso permite determinar la temperatura con mayor precisión que otros líquidos, ya que la expansión del mercurio se produce según una ley lineal. En meteorología se utilizan termómetros de alcohol. Esto se debe principalmente al hecho de que el mercurio se espesa a 38 °C y no es adecuado para medir más de bajas temperaturas. El rango medio de los termómetros líquidos es de 30 °C a +600 °C y la precisión no supera la décima de grado.
Termómetro de gas
Los termómetros de gas funcionan según el mismo principio que los termómetros de líquido, sólo que utilizan un gas inerte como sustancia de trabajo. Este tipo de termómetro es análogo a un manómetro (un dispositivo para medir la presión), cuya escala está graduada en unidades de temperatura. La principal ventaja de un termómetro de gas es la capacidad de medir temperaturas alrededor cero absoluto(su rango es de 271 °C a +1000 °C). La precisión de medición máxima que se puede alcanzar es de 2*10 -3 °C. Obtener una alta precisión de un termómetro de gas es una tarea difícil, por lo que dichos termómetros no se utilizan en mediciones de laboratorio, sino para la determinación primaria de la temperatura de una sustancia.
Este tipo de termómetro funciona de forma similar a los termómetros de gas y líquido. La temperatura de la sustancia se determina en función de la expansión de la espiral metálica o de la cinta bimetálica. El termómetro mecánico es diferente. alta confiabilidad y facilidad de uso. Cómo dispositivos independientes Estos termómetros no se utilizan mucho y actualmente se utilizan principalmente como dispositivos de señalización y control de temperatura en sistemas de automatización.
Termómetro eléctrico (termómetro de resistencia)
El funcionamiento de un termómetro eléctrico se basa en la dependencia de la resistencia del conductor de la temperatura. La resistencia de los metales aumenta linealmente al aumentar la temperatura, razón por la cual se utilizan metales para crear este tipo de termómetro. Los semiconductores, en comparación con los metales, proporcionan una mayor precisión de medición, pero los termómetros basados en ellos prácticamente no se fabrican debido a las dificultades asociadas con la calibración de la escala. El rango de las termorresistencias depende directamente del metal a trabajar: por ejemplo, para el cobre es de -50 °C a +180 °C, y para el platino, de -200 °C a +750 °C. Los termómetros eléctricos se instalan como sensores de temperatura en la producción, en los laboratorios y en los puestos de experimentación. A menudo se empaquetan junto con otros dispositivos de medición.
También llamado termopar. Un termopar es un contacto entre dos conductores diferentes que mide la temperatura basándose en el efecto Seebeck, descubierto en 1822. Este efecto consiste en la aparición de una diferencia de potencial en el contacto entre dos conductores cuando existe un gradiente de temperatura entre ellos. Así, una corriente eléctrica comienza a pasar a través del contacto cuando cambia la temperatura. La ventaja de los termómetros de termopar es su simplicidad de diseño, amplio rango de medición y la capacidad de conectar a tierra la unión. Sin embargo, también existen desventajas: el termopar es susceptible a la corrosión y otros procesos quimicos con el tiempo. Los termopares con electrodos hechos de metales nobles y sus aleaciones (platino, platino-rodio, paladio, oro) tienen la máxima precisión. El límite superior de medición de temperatura con un termopar es de 2500 °C, el límite inferior es de aproximadamente -100 °C. La precisión de medición del sensor termopar puede alcanzar 0,01 °C. Un termómetro basado en termopar es indispensable en los sistemas de control y monitoreo de producción, así como para medir la temperatura de sustancias líquidas, sólidas, granulares y porosas.
Termómetro de fibra óptica
Con el desarrollo de las tecnologías de fabricación de fibra óptica han surgido nuevas posibilidades para su uso. Los sensores de fibra óptica exhiben una alta sensibilidad a diversos cambios en ambiente externo. La más mínima fluctuación de temperatura, presión o tensión en la fibra provoca cambios en la propagación de la luz en ella. Los sensores de temperatura de fibra óptica se utilizan a menudo para garantizar la seguridad industrial, para alertar de incendios, controlar la estanqueidad de contenedores con sustancias inflamables y tóxicas, detectar fugas, etc. El alcance de estos sensores no supera los +400 °C y la precisión máxima es 0,1 ºC.
Termómetro infrarrojo (pirómetro)
A diferencia de todos los tipos de termómetros anteriores, este es un dispositivo sin contacto. Puede leer más sobre los pirómetros y sus características en una sección separada de nuestro sitio web. Un pirómetro técnico es capaz de medir temperaturas en el rango de 100 °C a 3000 °C con una precisión de varios grados. Termómetros infrarrojos conveniente no solo en las condiciones de producción. Se utilizan cada vez más para medir la temperatura corporal. Esto se debe a las muchas ventajas de los pirómetros en comparación con los análogos de mercurio: seguridad de uso, alta precisión y tiempo mínimo para medir la temperatura.
En conclusión, observamos que ahora es difícil imaginar la vida sin este dispositivo universal e insustituible. En la vida cotidiana se pueden encontrar termómetros sencillos: se utilizan para mantener la temperatura en la plancha, lavadora, refrigerador, midiendo la temperatura ambiente. Se instalan sensores más complejos en incubadoras, invernaderos, cámaras de secado y en producción.
La elección de un termómetro o sensor de temperatura depende del alcance de su uso, rango de medición, precisión de las lecturas, dimensiones generales. Por lo demás, todo depende de tu imaginación.
En la figura. 75, c muestra un termómetro que mide la expansión de un gas. Una gota de mercurio encierra un volumen de aire seco en un capilar con un extremo sellado. Al realizar mediciones, se debe sumergir todo el termómetro en el medio. El movimiento de una gota de mercurio en un capilar muestra un cambio en el volumen del gas; En el capilar hay una escala marcada de 0 a 100 para los puntos de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua, como en un termómetro de mercurio.
Un termómetro de este tipo no es adecuado para mediciones muy precisas. Para aclararlo, queremos hablar de un termómetro de gas. idea general. Un termómetro de este tipo se muestra en la Fig. 75, b. El barómetro de mercurio AB mide la presión de un volumen constante de gas en un cilindro C. Pero en lugar de marcar la altura de la columna de mercurio en el barómetro en unidades de presión, la marcamos con una marca de 0 cuando el cilindro se coloca en derritiendo hielo, y 100 cuando está en agua hirviendo, construyo que usan toda la escala Celsius. Usando la ley de Boyle, se puede demostrar que la escala del termómetro que se muestra en la Fig. 75, b, debe ser el mismo que el del termómetro de la Fig. 75, a.
Aplicación de un termómetro de gas.
Al calibrar el termómetro de gas que se muestra en la FIG. 76, sumergimos el globo en hielo derretido y marcamos 0 en la escala del barómetro Luego repetimos todo el procedimiento, reemplazando el hielo por agua hirviendo; obtenemos la marca 100. Usando la escala definida de esta manera, construimos una gráfica de presión versus temperatura. (Si lo desea, la presión se puede expresar en unidades de la altura de la columna de mercurio). Luego dibuje una línea recta que pase por los puntos O y 100 y, si es necesario, continúe. Esta será una línea recta, que definirá la temperatura en la escala del gas y dará los valores estándar 0 y 100 en el punto de fusión del hielo y del agua hirviendo. Ahora un termómetro de gas nos permitirá medir la temperatura si conocemos la presión. del gas en el cilindro a esta temperatura. La línea de puntos en la Fig. 76 muestra cómo encontrar la temperatura del agua a la que la presión del gas es 0,6 mHg.
Una vez que hemos elegido un termómetro de gas como estándar, podemos comparar con él los termómetros de mercurio y glicerina. Así, se descubrió que la expansión de la mayoría de los líquidos, dependiendo de la temperatura medida por un termómetro de gas, es algo no lineal. Las lecturas de dos tipos de termómetros divergieron entre los puntos 0 y 100, cuya concordancia se obtiene por definición. Pero el mercurio, por extraño que parezca, da una línea casi recta. Ahora podemos formular la "dignidad" del mercurio: "En la escala de temperatura del gas, el mercurio se expande uniformemente. Esta sorprendente coincidencia muestra que en un momento lo hicimos muy". buena eleccion- Por eso ahora es posible utilizar termómetros de mercurio convencionales para medir directamente la temperatura.
Los termómetros de gas manométricos permiten medir temperaturas de -150 a +600°C. El nitrógeno se utiliza como sustancia de trabajo en los termómetros de gas. Antes de llenar todo el sistema térmico del termómetro con nitrógeno, se deben secar completamente el sistema térmico y el gas. La longitud del capilar de conexión de estos termómetros.
En un volumen constante de gas, la dependencia de su presión de la temperatura está determinada por la expresión
donde la presión del gas a la temperatura es el coeficiente térmico de la presión del gas (para un gas ideal y para nitrógeno
Cuando la temperatura del gas en el cilindro térmico del termómetro cambia de 4 a, la presión del gas también cambiará de acuerdo con la expresión
¿Dónde está la presión del gas a la temperatura correspondiente al inicio y al final de la escala del termómetro?
Restando y sumando al lado derecho de la ecuación (3-2-2) el valor después de transformaciones simples obtenemos:
De esta expresión se desprende claramente que el tamaño de la presión de trabajo en el sistema térmico de un termómetro de gas es directamente proporcional al valor de la presión inicial y al rango de medición del dispositivo. Cabe señalar que a medida que aumenta la temperatura del cilindro térmico del termómetro, el volumen de su sistema térmico aumenta principalmente debido a la expansión del cilindro térmico y al aumento en el volumen de la cavidad interna del resorte indicador. A medida que aumenta la temperatura del gas y al mismo tiempo su presión, se produce un flujo parcial de gas desde el cilindro térmico hacia el capilar y el resorte indicador. Cuando la temperatura del gas en el cilindro térmico disminuye, habrá
ocurre el proceso inverso. Como resultado, al medir la temperatura con un termómetro de gas, no se mantiene un volumen constante de gas en el sistema térmico. Por lo tanto, la relación entre la presión del gas en el sistema térmico y su temperatura se desvía ligeramente de la lineal y la presión real del gas en el sistema térmico a temperatura será menor que la calculada mediante la fórmula (3-2-2). Sin embargo, esta no linealidad de la relación no juega un papel importante y la escala del termómetro de gas resulta casi uniforme.
Para aumentar la presión de funcionamiento (3-2-3), el sistema térmico del termómetro de gas se llena con nitrógeno bajo una cierta presión inicial dependiendo del rango de medición de temperatura [con el rango de medición de presión inicial y con el rango de medición. las fluctuaciones de la presión atmosférica no afectan las lecturas del termómetro de gas.
Para reducir el cambio en las lecturas del termómetro de gas causado por una desviación de la temperatura del aire ambiente, instale un compensador termobimetálico en la varilla del mecanismo de transmisión (Fig. 3-2-1, a y 3-2-3), y también Intente reducir la relación entre el volumen interno del resorte y el capilar y el volumen del cilindro térmico. Esto se consigue aumentando el volumen, y por tanto el tamaño del cilindro térmico. Por ejemplo, con una longitud capilar de 1,6 a tallas grandes Los termómetros de gas de cilindro térmico no se pueden utilizar en todas partes.
Termómetro de gas
Un termómetro de gas es un dispositivo para medir la temperatura, cuya acción se basa en la dependencia de la presión o el volumen de un gas ideal de la temperatura. La mayoría de las veces se utiliza un termómetro de gas de volumen constante, en el que el cambio de temperatura del gas en el cilindro es proporcional al cambio de presión. La escala de temperatura de un termómetro de gas coincide con la escala de temperatura termodinámica. Un termómetro de gas se utiliza para medir temperaturas de hasta 1300 K (Kelvin).
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Un termómetro es un dispositivo diseñado para medir la temperatura de un medio líquido, gaseoso o sólido. El inventor del primer dispositivo para medir la temperatura es Galileo Galilei. El nombre del dispositivo se traduce del griego como "medir el calor". El primer prototipo de Galileo se diferenciaba significativamente de los modernos. El dispositivo apareció en una forma más familiar más de 200 años después, cuando el físico sueco Celsius comenzó a estudiar este tema. Desarrolló un sistema para medir la temperatura dividiendo el termómetro en una escala de 0 a 100. En honor al físico, los niveles de temperatura se miden en grados Celsius.
Variedades basadas en el principio de funcionamiento.
Aunque han pasado más de 400 años desde la invención de los primeros termómetros, estos dispositivos todavía se están mejorando. En este sentido, están apareciendo nuevos dispositivos basados en principios operativos no utilizados anteriormente.
Hoy en día existen 7 tipos de termómetros:
- Líquido.
- Gas.
- Mecánico.
- Eléctrico.
- Termoeléctrico.
- Fibra óptica.
- Infrarrojo.
Líquido
Los termómetros se encuentran entre los primeros instrumentos. Funcionan según el principio de que los líquidos se expanden cuando cambia la temperatura. Cuando un líquido se calienta se expande y cuando se enfría se contrae. El dispositivo en sí consiste en un matraz de vidrio muy delgado lleno de una sustancia líquida. El matraz se aplica a una escala vertical hecha en forma de regla. La temperatura del medio que se mide es igual a la división en la escala indicada por el nivel del líquido en el matraz. Estos dispositivos son muy precisos. Su error rara vez supera los 0,1 grados. En varios diseños, los dispositivos líquidos son capaces de medir temperaturas de hasta +600 grados. Su desventaja es que si se cae, el matraz puede romperse.
Gas
Funcionan exactamente igual que los líquidos, sólo que sus matraces están llenos de gas inerte. Debido al hecho de que se utiliza gas como relleno, el rango de medición aumenta. Un termómetro de este tipo puede mostrar temperatura máxima que van desde +271 a +1000 grados. Estos instrumentos se utilizan generalmente para tomar lecturas de temperatura de diversas sustancias calientes.
Mecánico
El termómetro funciona según el principio de deformación de una espiral metálica. Estos dispositivos están equipados con una flecha. Se parecen un poco a un reloj. Se utilizan dispositivos similares en los tableros de los automóviles y en diversos equipos especiales. La principal ventaja de los termómetros mecánicos es su durabilidad. No temen las sacudidas ni los golpes, como los modelos de cristal.
Eléctrico
Los dispositivos funcionan según el principio físico de cambiar el nivel de resistencia del conductor cuando diferentes temperaturas. Cuanto más caliente esté el metal, más resistente será a la transmisión. corriente eléctrica más alto. El rango de sensibilidad de los termómetros eléctricos depende del metal utilizado como conductor. Para el cobre oscila entre -50 y +180 grados. Más modelos caros en platino puede indicar temperaturas de -200 a +750 grados. Estos dispositivos se utilizan como sensores de temperatura en la producción y en los laboratorios.
Termoelectrico
El termómetro tiene en su diseño 2 conductores que miden la temperatura según el principio físico, el llamado efecto Seebeck. Estos dispositivos tienen un amplio rango de medición de -100 a +2500 grados. La precisión de los dispositivos termoeléctricos es de aproximadamente 0,01 grados. Se pueden encontrar en producción industrial cuando se requiere medición altas temperaturas más de 1000 grados.
Fibra Óptica
Fabricado a partir de fibra óptica. Se trata de sensores muy sensibles que pueden medir temperaturas de hasta +400 grados. Además, su error no supera los 0,1 grados. Este termómetro se basa en una fibra óptica estirada, que se estira o contrae cuando cambia la temperatura. Un haz de luz que lo atraviesa se refracta y es registrado por un sensor óptico que compara la refracción con la temperatura ambiente.
Infrarrojo
El termómetro, o pirómetro, es uno de los inventos más recientes. Tienen un rango de medición superior de +100 a +3000 grados. A diferencia de los tipos de termómetros anteriores, toman lecturas sin contacto directo con la sustancia que se mide. El dispositivo envía un rayo infrarrojo a la superficie que se está midiendo y muestra su temperatura en una pequeña pantalla. Sin embargo, la precisión puede diferir en varios grados. Estos dispositivos se utilizan para medir el nivel de calentamiento de piezas metálicas que se encuentran en el horno, la carcasa del motor, etc. Los termómetros infrarrojos pueden mostrar temperaturas. llama abierta. Dispositivos similares se utilizan en docenas de áreas diferentes.
Variedades por finalidad
Los termómetros se pueden clasificar en varios grupos:
- Médico.
- Hogar por aire.
- Cocina.
- Industrial.
Termómetro médico
Los termómetros médicos suelen denominarse termómetros. Tienen un rango de medición bajo. Esto se debe al hecho de que la temperatura corporal de una persona viva no puede ser inferior a +29,5 ni superior a +42 grados.
Según el diseño, los termómetros médicos son:
- Vaso.
- Digital.
- Chupete.
- Botón.
- Oído infrarrojo.
- Frontal infrarrojo.
Vaso Los termómetros fueron los primeros en utilizarse con fines médicos. Estos dispositivos son universales. Por lo general, sus matraces están llenos de alcohol. Anteriormente, se utilizaba mercurio para tales fines. Estos dispositivos tienen uno gran inconveniente, es decir, la necesidad de una larga espera para mostrar la temperatura corporal real. Para la ejecución axilar el tiempo de espera es de al menos 5 minutos.
Digital Los termómetros tienen una pequeña pantalla en la que se muestra la temperatura corporal. Pueden mostrar datos precisos entre 30 y 60 segundos después del inicio de la medición. Cuando el termómetro alcanza su temperatura final, crea bip, después de lo cual se puede eliminar. Estos dispositivos pueden funcionar con errores si no se ajustan muy bien al cuerpo. Existen modelos económicos de termómetros electrónicos que toman lecturas durante no menos tiempo que los termómetros de vidrio. Sin embargo, no generan una señal sonora sobre el final de la medición.
Termómetros pezones hecho especialmente para niños pequeños. El dispositivo es un chupete que se inserta en la boca del bebé. Normalmente, estos modelos emiten una señal musical después de completar la medición. La precisión de los dispositivos es de 0,1 grados. Si el bebé comienza a respirar por la boca o a llorar, la desviación de la temperatura real puede ser significativa. La duración de la medición es de 3 a 5 minutos.
Termómetros botones También se utilizan para niños menores de tres años. La forma de estos dispositivos se asemeja a una chincheta que se coloca por vía rectal. Estos dispositivos toman lecturas rápidamente, pero tienen poca precisión.
oído infrarrojo El termómetro lee la temperatura del tímpano. Un dispositivo de este tipo es capaz de realizar mediciones en sólo 2 a 4 segundos. También viene con una pantalla digital y funciona. este dispositivo Tiene retroiluminación para facilitar la inserción en el canal auditivo. Los dispositivos son adecuados para medir la temperatura en niños mayores de 3 años y adultos, ya que los bebés tienen canales auditivos demasiado delgados en los que no cabe la punta del termómetro.
Frontales infrarrojos Los termómetros simplemente se aplican en la frente. Funcionan según el mismo principio que los de oído. Una de las ventajas de estos dispositivos es que pueden funcionar sin contacto a una distancia de 2,5 cm de la piel. Así, con su ayuda se puede medir la temperatura corporal del niño sin despertarlo. La velocidad de funcionamiento de los termómetros de frente es de varios segundos.
Hogar por aire
Los termómetros domésticos se utilizan para medir la temperatura del aire en exteriores o interiores. Generalmente se fabrican en vidrio y se rellenan con alcohol o mercurio. Normalmente, su rango de medición en exteriores es de -50 a +50 grados, y en interiores, de 0 a +50 grados. Estos dispositivos se pueden encontrar a menudo en forma de adornos de interior o imanes de nevera.
Cocina
Los termómetros de cocina están diseñados para medir la temperatura de diversos platos e ingredientes. Pueden ser mecánicos, eléctricos o fluidos. Se utilizan en los casos en los que es necesario controlar estrictamente la temperatura de la receta, por ejemplo, a la hora de preparar caramelo. Generalmente dispositivos similares Viene completo con un tubo de almacenamiento sellado.
Industrial
Los termómetros industriales están diseñados para medir la temperatura en varios sistemas. Suelen ser instrumentos de tipo mecánico con puntero. Se pueden ver en las líneas de suministro de agua y gas. Modelos industriales Los hay eléctricos, infrarrojos, mecánicos, etc. Tienen la más amplia variedad de formas, tamaños y rangos de medida.