Termometrul

Cuprins 1Inventarea termometrului 2 Clasificarea termometrelor 3 Termometre cu variaţie de volum

3.1 Termometre de sticlă cu lichid 3.1.1 Principiu de funcţionare 3.1.2 Corpuri termometrice 3.1.3 Elemente constructive comune 3.1.4 Precizie

4 Termometre cu variaţie de presiune 5 Termometre cu variaţie a rezistenţei electrice

4.1 Termometrul cu rezistenţă 4.1.1 Principiu de funcţionare 4.1.2 Corpuri termometrice

6 Termometre cu variaţie a energiei radiante 7 Termometrul din sticla cu mercur-Istoric 8 Bibliografie

Termometrele sunt dispozitive de măsurare a temperaturii, cu aplicaţii în aproape toate domeniile de activitate practică a omului. Sunt dispozitive relativ simple, de construcţie şi precizie diferite, capabile să acopere un domeniu larg de temperatură (între -200 °C şi +3000 °C).

Inventarea termometrului

Galileo Galilei (1564 - 1642) este considerat inventatorul termometrului. El a luat un balonas de sticla de marimea unui ou de gaina, la care a sudat un tub de sticla subtire ca un pai. Celalalt capat al tubului l-a introdus intr-un vas cu apa. Incalzind si racind balonul, apa a inceput sa se ridice si sa coboare din tub. Dar "primitivul" termometru era sensibil atat la schimbarile de temperatura, cat si la cele ale presiunii cu care aerul apasa asupra apei din vas, putand fi folosit deci si ca barometru.

Ceva mai tarziu, Ferdinand de Toscana a adus unele perfectionari termometrului lui Galilei, inlocuind apa din tub cu alcool, iar tubul l-a astupat cu un dop, pentru ca aerul sa nu mai exercite presiunea asupra alcoolului. Pentru a putea face citiri, trebuiau adaugate diviziuni pe scara termometrului. Dar in functie de ce temperaturi? Multi ani aceasta problema i-a framantat pe fizicieni. Unii sustineau ca scara termometrului sa fie cuprinsa intre temperaturile zilei celei mai friguroase si celei mai calduroase a anului. Altii erau de parere sa se ia un punct fix, cum ar fi temperatura corpului omenesc, iar ca extreme temperatura de fierbere a uleiului si amestecul dintre gheata si sare. In sfarsit, s-a ajuns la conventia ca marcajul scarii termometrului sa se faca intre cele doua puncte termice: cel de fierbere (pozitiv) si de inghet (negativ) a apei.

In 1714 germanul Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 - 1736) foloseste pentru prima data mercurul la termometru si stabileste o gradatie care se mai intrebuinteaza si astazi. In 1731 suedezul Anders Celsius (1701 - 1744) aduce o importanta perfectionare privind modul de divizare a scarii termometrului prin folosirea gradelor centezimale.

Clasificarea termometrelor In funcţie de principiul fizic care stă la baza funcţionării lor termometrele

se clasifică în: Termometre cu variaţie de volum: termometrele de sticlă cu lichid,

termometrul cu gaz, etc.

Termometre cu variaţie de presiune:

termometrele manometrice.

Termometru manometric masoara temperatura din instalatii cu ajutorul capilar(cablu) si o sonda in care exista un gaz. termometru bimetalic masoara temperatura din instalatii cu ajutorul unei sonde in care se afla 2 metale.

Termometre cu variaţie a rezistenţei electrice: termometre

cu rezistenţă electrică sau cu termistori.

Termometre cu variaţie a tensiunii electromotoare

: termometrele cu termocuplu.

În ingineria electrică, un termocuplu este un senzor utilizat pentru măsurarea temperaturii. El funcţionează pe baza efectului Seebeck, care conduce la formarea unei diferenţe de potenţial electric pe baza unei diferenţe de potenţial termic. Termocuplurile sunt utile pentru că pot fi integrate în maşini automate şi pot măsura o gamă largă de temperaturi, limitarea lor

principală reprezentând-o precizia.

Mastech MS6501 - Digital Thermometer

Termometru digital cu termocuplu

Termometre cu variaţie a energiei radiante:

pirometre cu radiaţie. Iniţial, un pirometru era un instrument de măsurare a temperaturilor

 înalte,[1] prin temperaturi înalte înţelegându-se temperaturi la care corpurile emiteau lumină, devenind strălucitoare. În prima parte a secolului al XX-lea era numit pirometru orice instrument care putea măsura temperaturi înalte, de exemplu instrumentele bazate pe termocupluri.[2] Actual prin pirometre se înţeleg instrumentele de măsurare a temperaturii (chiar destul de joase) prin metode fără contact, pe baza legilor radiaţiei termice.[3]

Denumirea pirometru vine din limba greacă, cuvântul „πυρ” (piro) însemnând foc, iar metru indicând un instrument de măsură.[3]

Intervalele de temperaturi pentru care se fabrică

termometre uzuale de diverse tipuri sunt următoarele:

Termometre cu variaţie de volum

Principiul lor de funcţionare se bazează pe variaţia volumului unui corp termometric cu temperatura.

Termometre de sticlă cu lichid

Funcţionarea lor se bazează pe variaţia cu temperatura a lungimii unei coloane de lichid închis într-un tub capilar,

ca efect al dilatării lichidului.

Intervalele de temperatură în care pot fi folosite termometrele de sticlă cu lichid .

Corpuri termometrice Corpurile termometrice uzuale pentru aceste tipuri de termometre sunt: mercurul, 

alcoolul etilic, toluenul, pentanul, eterul de petrol, etc. Global, aceste termometre pot măsura temperaturi cuprinse între -190 °C şi +700 °C. Intervalul de temperatură pe care îl poate măsura un anumit termometru depinde însă de corpul termometric folosit.

Mercurul este cel răspândit corp termometric folosit la termometrele de sticlă cu lichid. Avantajele mercurului:

- este uşor de obţinut în formă chimic pură - nu udă sticla - rămâne în stare lichidă într-un interval larg de temperatură (între -38,86 °C şi +356,7 °C), la 

presiune atmosferică normală - are un coeficient de dilatare termică ce variază foarte puţin în funcţie de temperatură, scara

termometrului rămânând aproape liniară până la +200 °C - are o căldură specifică relativ mică, conferind astfel inerţie mică termometrelor cu mercur.

Dezavantajele mercurului: - are inerţie termică mare, care îl face inadecvat pentru măsurători ale temperaturii în regim

variabil; - este toxic şi are potenţial de contaminare a mediului, în caz de spargere a termometrului.

Unele ţări din UE au interzis prin lege folosirea termometrelor de sticlă cu mercur pentru uz medical.

Pe lângă corpul termometric conţinut, tubul capilar al termometrelor cu lichid poate fi vidat sau umplut cu un gaz inert (de ex. azot). La termometrele cu mercur ce măsoară temperaturi mai mici de +150 °C, tubul capilar este umplut cu un azot la presiune normală. La termometrele cu mercur ce măsoară temperaturi peste +150 °C, tubul capilar este umplut cu azot sub presiune, valoarea presiunii fiind în funcţie de temperatura maximă pe care o măsoară termometrul (poate depăşi 20 atm).

Elemente constructive comune

Termometrele cu lichid se folosesc în diverse domenii: în industrie, în laboratoare, în medicină etc. Forma şi aspectul lor diferă în funcţie de destinaţia de utilizare, dar toate prezintă anumite elmente constructive comune:

Rezervorul cu lichid, de formă cilindrică sau sferică, ce conţine lichidul termometric (mercur, toluen, alcool etilic sau alt corp termometric);

Tubul capilar, aflat în continuarea rezervorului şi confecţionat din aceeaşi sticlă ca şi acesta;

Scala gradată, confecţionată din sticlă mată şi fixată în dreptul capilarului;

Învelişul de sticlă ce protejează atât capilarul, cât şi scala.

Precizie Precizia unui termometru este cea mai mică

variaţie de temperatură pe care o poate măsura termometrul. În cazul termometrelor cu lichid, în funcţie de construcţie, precizia de măsurare variază între 0,01 °C şi 1 °C.

Termometre cu variaţie a rezistenţei electrice

Se bazează pe variaţia cu temperatura a rezistenţei electrice a unui conductor sau semiconductor.

Termometrul cu rezistenţă Termorezistenţele fac parte din categoria elementelor

sensibile parametrice ce necesită energie auxiliară în procesul de măsurare a rezistenţei electrice astfel că adaptoarele destinate acestora sunt de tipul convertor rezistenţă semnal unificat de ieşire. 

Pentru realizarea adaptoarelor se au în vedere o serie de particularităţi:

variaţia redusă a rezistenţei termorezistenţei în special pe domenii mici ca şi necesităţile impuse de precizia de măsurare, implică utilizarea de metode de punte în intrare, alimentate în c.c. şi lucrând în regim echilibrat/dezechilibrat;

distanţa relativ ridicată între elementul sensibil şi adaptor impune controlul riguros al rezistenţelor de linie prin utilizarea în intrare după caz a conexiunii elementului sensibil cu 2, 3 sau 4 conductoare;

neliniaritatea caracteristicii statice a elementului sensibil, ca şi a punţii de măsurare, în cazul punţilor lucrând în regim dezechilibrat, impune utilizarea de circuite de liniarizare în structura adaptorului;

separarea galvanică a semnalului unificat de ieşire din adaptor în raport cu elementul sensibil şi/sau cu sursele de alimentare, impusă de condiţiile concrete în care se utilizează traductorul.

Termometrul din sticla cu mercur

Istoric Termometrul cu mercur a fost inventat de fizicianul şi inginerul german 

Daniel Gabriel Fahrenheit. Astronomul suedez Anders Celsius era interesat şi de geografie şi meteorologie.

Pentru cercetările sale meteorologice a stabilit scara Celsius, pe care a descris-o în lucrarea sa Observaţii privind două grade persistente la un termometru, publicată în 1742. El a folosit două puncte fixe: temperatura de topire a gheţii şi temperatura de fierbere a apei. Aceasta nu era o idee nouă; Isaac Newton lucrase deja cu ceva asemănător. Deosebirea era aceea că Celsius a folosit temperatura de topire şi nu cea de îngheţ. Experimentele pentru o bună calibrare a termometrului s-au desfăşurat pe parcursul a două ierni. Repetând experimentul de multe ori, el a descoperit că gheaţa se topeşte întotdeauna la acelaşi punct de calibrare marcat pe termometru. El a descoperit un punct similar la fierberea apei (punctul de evaporare a apei), deşi când această determinare se face cu o precizie ridicată se observă o variaţie a acestui punct în funcţie de presiunea atmosferică. În momentul în care se îndepărta termometrul de vapori, nivelul mercurului creştea puţin. Acest fenomen se poate explica prin răcirea şi contractarea rapidă a sticlei.

Presiunea aerului influenţează punctul de fierbere al apei. Celsius susţinea că nivelul coloanei de mercur la fierberea apei este proporţional cu înălţimea barometrului.

Când Celsius a decis să folosească propria scară de temperatură, el a ales punctul de fierbere al apei pure la 0 °C şi punctul de topire al gheţii la 100 °C, invers decît le alegem astăzi. Un an mai târziu fizicianul francez Jean-Pierre Cristin a propus versiunea inversată a scării, cu punctul de îngheţ la 0 °C şi punctul de fierbere la 100 °C, denumind-o scară centigradă.

În final, Celsius a propus o metodă de calibrare a termometrelor: Se introduce tubul termometrului într-un amestec de gheaţă pisată şi apă

pură, şi se marchează punctul unde se stabilizează lichidul termometric (mercurul). Acest punct reprezintă punctul de îngheţ/dezgheţ al apei.

Similar se ţine termometrul în vaporii de deasupra apei care fierbe şi se marchează punctul la care se stabilizează mercurul.

Se împarte lungimea dintre cele două puncte în 100 de diviziuni egale. Aceste puncte sunt suficiente pentru o calibrare aproximativă, dar ambele

puncte variază cu presiunea atmosferică. În prezent este folosit în schimb punctul triplu al apei, aflat la 0,01 °C 

Exemplu de termometru cu mercur

Bibliografie

www.wikipedia.com http://meteo-clima.blogspot.com www.e-referate.ro www.google.com