Чем измеряется температура воздуха прибор
Основные метеорологические приборы
Настич Надежда Валентиновна
Термо́метр — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров:
Изобретателем термометра принято считать Галилея.
Психро́метр — прибор для измерения влажности воздуха и его температуры. Простейший психрометр состоит из двух спиртовых термометров. Один термометр — сухой, а второй имеет устройство увлажнения. Спиртовая колба влажного термометра обёрнута батистовой лентой, конец которой находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги увлажнённый термометр охлаждается.
Баро́метр — прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр был изобретён итальянским математиком и физиком Эванджелистой Торричелли в 1644 году, это была тарелка с налитой в неё ртутью и пробиркой (колбой), поставленной отверстием вниз. Когда атмосферное давление повышалось, ртуть поднималась в пробирке, когда же оно понижалось — ртуть опускалась.
По принципу действия различают механические анемометры, тепловые анемометры, ультразвуковые анемометры.
Наиболее распространённый тип анемометра — это чашечный анемометр. Изобретён доктором Джоном Томасом Ромни Робинсоном, работавшем в обсерватории Армы, в 1846 году. Состоит из четырёх полусферических чашек, симметрично насаженных на крестообразные спицы ротора, вращающегося на вертикальной оси.
Ветер любого направления вращает ротор со скоростью, пропорциональной скорости ветра.
Осадкомер, дождемер, плювиометр или плювиограф — прибор для измерения атмосферных жидких и твёрдых осадков.
Устройство осадкомера Третьякова
Комплект осадкомера состоит из двух металлических сосудов для сбора и сохранения выпадающих осадков, одной крышки к ним, тагана для установки осадкомерных сосудов, ветровой защиты и двух измерительных стаканов.
Прибор, предназначенный для непрерывной регистрации количества и интенсивности выпадающих жидких осадков с привязкой ко времени (начало осадков, окончание и т.д.)
Флю́гер — метеорологический прибор для измерения направления (иногда и скорости) ветра. В России до XVIII века употреблялись слова прапор, прапорица. Флюгер в российских письменных источниках упоминался в форме «флюгель» в Уставе морском 1720 года. Измеряется в м/с.
Флюгер представляет собой металлический флаг, расположенный на вертикальной оси и поворачивающийся под воздействием ветра. Противовес флага направлен в сторону, откуда дует ветер. Направление ветра может определяться по горизонтальным штифтам, ориентированным по восьми румбам, а на современных флюгерах — с помощью электронного прибора.
Флюгер часто служит декоративным элементом — для украшения дома. Флюгер может использоваться и для защиты дымовой трубы от задувания.
Приборы, измеряющие температуру: виды и принцип действия
Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.
Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.
Виды термометров по принципу действия
Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.
Контактные
К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).
Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.
Термометры сопротивления
Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.
Электронные термопары
При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.
Манометрические
Бесконтактные пирометры
Виды термометров по используемым материалам
Здесь различают 7 категорий:
Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.
Термометр и его разновидности
Термометр — это устройство, применяемое для измерения температуры. Его название произошло от двух греческих слов: «тепло» и «измеряю». Прибор позволяет фиксировать температуру разных сред: газов, жидкостей и твердых тел.
Все существующие термометры можно разделить на:
О каждом виде термометров и пойдет речь в статье. Но сначала об истории создания и о тех, кто создавал первые измерительные устройства.
История создания термометра
Считается, что первым человеком, который изготовил термометр, был итальянский физик эпохи Возрождения — Галилео Галилей. Хотя прямых доказательств этого нет. Однако об этом свидетельствовали последователи ученого, которые даже назвали год этого изобретения — 1597. Название у прародителя термометра было «термобароскоп» или «термоскоп».
Идея создания термоскопа пришла Галилею после изучения трудов греческого математика, жившего в I в.н.э, Герона Александрийского. Изначальным замыслом не предусматривалось измерение температуры. Устройство использовалось, чтобы демонстрировать подъем воды в зависимости от нагревания воздуха.
Термоскоп изготавливался из стеклянной трубки, полой, с одной стороны, и с припаянным шариком, с другой. Работало устройство следующим образом:
Измерить термоскопом температуру было невозможно. Он не был градуирован, да и уровень подъема воды зависел не только от степени нагрева воздуха, но и от окружающего давления. Почти через 60 лет после смерти Галилея (в 1657 году) его термоскоп усовершенствовали ученые из Флоренции.
Термоскопу добавили шкалу-бусины и герметично запаяли трубку, удалив из нее воздух, залив внутрь спирт и перевернув. До того, как стали использовать винный спирт, трубки лопались при замерзании воды. То, что именно спирт позволит сохранить целостность колбы при отрицательных температурах, предположил Фердинанд II — тосканский герцог. С 1654 года мастера стали заливать в термоскопы алкоголь.
Сосуд стал не нужен для работы прибора, поэтому от него избавились. В зависимости от температуры воздуха, бусины поднимались или опускались. А в качестве исходных точек для измерения использовали отметки, сделанные в самый жаркий и самый холодный дни года.
Наряду с Галилеем, первенство в создании устройств, которые фиксировали изменения температуры окружающего воздуха приписывают:
Хотя де Косс был лично знаком с Галилеем, поэтому мог увидеть его изобретение. Устройства других исследователей тоже были созданы по принципу термоскопа и зависели от температуры, так же, как и от атмосферного давления.
Впервые жидкостный термометр был описан флорентийцами в 1667 году. Сохранилось описание процедуры изготовления стеклянных колб стеклодувами. Этих мастеров называли «Confia». Несколько экземпляров флорентийских термометров можно и сегодня увидеть в музее Галилея. Эти устройства довольно большие по своим размерам и не отличаются точностью показаний. Хотя самые опытные мастера уже тогда умели так наносить шкалу градусов, что их термоскопы показывали одинаковую температуру. Измерить ими, что то еще, кроме температуры воздуха, было невозможно.
Следующим ученым, внесшим вклад в эволюцию термометра, стал французский ученый Гийом Амонтон, живший в 1663–1705 гг. Он стал измерять степень увеличения упругости воздуха, а не его расширение. Свои опыты Амонтон проводил, используя открытую трубу, изогнутую к нижней части и переходящую в замкнутую круглую полость. Подливая в трубку ртуть, ученый фиксировал изменения объема воздуха в зависимости от температуры.
Второй термометр Амонтона был герметичен и независим от окружающего давления. Его устройство включало в себя коленчатую трубку с раствором углекислого калия и нефтью, которая заканчивалась резервуаром с воздухом. Но этому сифонному барометру было еще очень далеко до совершенства современных термометров.
Тем, как выглядит современный термометр мы обязаны германскому ученому 18 века Габриэлю Фаренгейту. Начав с заполнения трубок спиртом, позднее он стал заполнять их ртутью. Фаренгейт установил ноль своей шкалы на отметке температуры смеси поваренной соли или нашатыря со снегом. Сделав градуирование, Фаренгейт установил, что вода начинает кипеть при 212⁰, а замерзает при 32⁰. Температура человеческого тела, при помещении термометра под мышку, составила 96⁰.
Метеоролог из Швеции Андерс Цельсий поставил точки кипения воды и таяния льда совсем не так, как это выглядит на современных градусниках. По его шкале вода закипала при 0⁰, тогда как лед начинал таять при 100⁰. Последователям оставалось лишь перевернуть шкалу, чтобы она приняла сегодняшний вид. Сделали это шведские ученые Карл Линней и Мортен Штремер. Кроме изобретения своей шкалы, Цельсий предсказал, что температура кипения воды может отличаться в зависимости от расположения местности относительно уровня моря. Зная этот уровень предполагалось проводить калибровку измерительных приборов.
Бытует мнение, что шкала должна называться именем Штремера и носит имя Цельсия из-за ошибки, допущенной химиком Иоганном Якобом в своей научной работе.
Еще одним человеком, оставившим след в истории создания измеряющего температуру устройства, является француз Рене Антуан Реомюр. Его работы стали причиной появления шкалы, градуированной в 80⁰. Несмотря на большой вклад в науку, прибор Реомюра не получил распространения и стал своеобразным шагом назад по сравнению с устройствами Фаренгейта. Фаренгейт и Реомюр стали последними, кто самостоятельно изготавливали свои термометры. После них этим стали заниматься ремесленники, зарабатывавшие на продажах устройств измерения температуры.
Виды термометров
Как уже говорилось, все термометры можно классифицировать в зависимости от устройства и принципа работы на жидкостные, механические, газовые, оптические, электронные.
Жидкостные
В принцип действия жидкостных термометров, как это понятно из их названия, заложено изменение объема жидкости, заполняющей столбик устройства, при понижении или повышении окружающей температуры. В качестве жидкости, чаще всего, используется ртуть или спирт. Кроме спиртов и ртути, применяют также:
Наиболее характерным жидкостным термометром является обычный градусник для измерения температуры тела. Подобные устройства можно встретить у многих людей, которым интересна температура в комнатах или в других помещениях, например, в сауне. Используются они и для термометрии на открытом воздухе.
В связи с тем, что ртуть представляет опасность для здоровья, ее использование постепенно подпадает под запрет. Сейчас в термометрах начинают использовать другие жидкие металлы и их сплавы, например, галистан, в в состав которого входят:
Такой наполнитель идеально подходит для замеров тел с высокой температурой. На замену ртутным градусникам все чаще приходят другие типы устройств, в том числе механические и электронные.
Механические
Такие термометры используют в качестве индикатора стрелку, закрепленную на спиральной пружине или биметаллической ленте. В зависимости от температуры пружина скручивается или разжимается, и стрелка движется вдоль шкалы с градусами. Такие градусники не отличаются точностью показаний и используются обычно в быту, когда максимальная точность не особо важна.
Следующей разновидностью являются газовые приборы.
Газовые
Устройства, использующие для определения температуры газов, основаны на принципе, изложенном в законе Шарля. В соответствии с ним в газах, остающихся в одном объеме, повышается давление при их нагревании. И, наоборот, давление газообразного вещества снижается, если оно остывает.
Исходя из установленной пропорции и замеряя повышение или понижение давления идеального газа, можно определить температуру измеряемой среды или вещества. Наиболее точные показания выдает термометр, где рабочим веществом является водород или гелий.
Оптические
Пожалуй, одними из самых востребованных на сегодня устройств измерения температуры являются оптические термометры. Они позволяют делать замеры на расстоянии, не соприкасаясь с телом или предметом измерения.
К такому виду относятся инфракрасные термометры, применяемые в медицине. Они улавливают тепловые, инфракрасные, лучи и, после их электронной обработки, выдают на дисплей температурный показатель. Своим принципом работы такие устройства схожи с тепловизорами, но отличаются более высокой точностью.
Еще одним поводом к тому, что такие приборы становятся все более востребованными, стал запрет на ртутные градусники. Уже с 2030 года в нашей стране будет запрещено использовать устройства для измерения температуры с ртутью в качестве рабочего вещества.
Электронные
Электронные термометры показывают температуру, оценивая изменение электрической сопротивляемости проводника, которая зависит от степени его нагрева. В более широкодиапазонных устройствах применяется термопара.
При этом учитывается разность потенциалов на контактах металлических проводников с отличающейся электроотрицательностью. Контактная разность меняется в зависимости от окружающей температуры. Самыми точными устройствами признаны те, в которых используется платиновая проволока или керамика с платиновым напылением.
Кроме приведенных устройств выделяют еще технические термометры, а также приборы для фиксации максимальной и минимальной температуры.
Технические термометры
Технические термометры нашли свое применение в различных сферах промышленности, начиная с сельскохозяйственной и заканчивая тяжелым машиностроением.
Среди них выделяют:
В зависимости от способа фиксации показателей, приборы измерения температуры могут классифицироваться как:
Примером максимального термометра служит градусник для измерения температуры тела. После того, как ртуть или жидкость поднимается по шкале, она остается на максимальном уровне, а не опускается вниз. Минимальные устройства фиксируются на минимуме температуры. Нефиксируемые изменяют свои показания в зависимости от интенсивности прогрева или остывания среды измерения.
Видео по теме
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА
Температуру поверхностей измеряют термопарами. Поверхности, температуру которых определяют, должны быть предварительно очищены от грязи, краски, ржавчины и т.д.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами, гигрометрами и гигрографами.
Аспирационный психрометр с вентилятором (рис.2) состоит из двух ртутных термометров 2, резервуар одного и низ обернут одним слоем батиста и смачивается перед работой с помощью пипетки 5. Воду в пипетке нажатием на грушу 3 доводят до черточк5и (не ближе 1 см от края) и удерживают с помощью зажима 4. Затем при вертикальном положении прибора пипетку до отказа вводят в трубку 1. Через 3-4 с разжимают зажим (излишняя вода вбирается в грушу) и вынимают пипетку.
Рис. 2 Аспирационный психрометр с вентилятором
Воздух с помощью вентилятора 7 поступает в трубки 1 и обтекает резервуары термометров 2 со скоростью не более 2 м/с. Пружина вентилятора заводится ключом 6.
При отрицательной температуре относительную влажность воздуха рекомендуется измерять волосяным гигрометром (рис.3). Он состоит из металлической рамки 5, на которой с помощью винта 4, блока 1 и грузика 7 укреплен обезжиренный волос 3. На оси блока укреплена стрелка 2. Отсчет берется по шкале 6 в процентах. Принцип работы волосяного гигрометра основан на изменении длины обезжиренного волоса в зависимости от влажности воздуха.
Рис. 3 Волосяной гигрометр
Барометр-анероид (рис.4) работает на принципе измерения изменяющейся высоты анероидных коробок в зависимости от колебаний атмосферного давления. Через систему рычагов деформация коробок передается стрелке. Шкала должна быть отградурирована в паскалях.
Рис. 4 Барометр-анероид
Барограф (рис.5) по принципу действия аналогичен барометру-анероиду. В барографе изменение высоты анероидных коробок 6 через систему рычагов 5 передается перу 2. Запись давления ведется на специальной ленте 1, укрепленной на барабане 3 с суточным или недельным заводом. Первоначальное давление устанавливается с помощью специального винта 4 по барометру-анероиду.
Рис. 6 Кататермометр
Измерение скорости движения воздуха.Скорость замеряют анемометрами, термоанемометрми, воздухомерными трубками, кататермометрами и другими приборами.
Основным прибором для измерения скорости движения воздуха является анемометр. Наибольшее распространение получили крыльчатый анемометр АСО-3 и чашечный МС-13.
Рис. 7 Крыльчатый анемометр со струнной осью АСО-3
Рис. 8 Чашечный анемометр МС-13
Измеряя охлаждающее действие атмосферы сухим кататермометром, по эмпирическим формулам можно определить скорость движения воздуха: при скорости меньше 1 м/с используют формулу
Приборы должны быть снабжены тарировочными удостоверениями, в которых приведены поправки: 1) шкалы; 2) температурная; 3) добавочная, учитывающая неточности, остающиеся после внесения двух первых поправок.
На чем основан принцип действия термометра
Термометр — это произведенное для измерений оборудование, с учетом от типа исполнения прибор выводит показатели среды. Допускается снятие показаний как с воздуха, так и жидкости, газов и так далее. Устройство появилось благодаря Галилео Галилею, но его вариант термометра имел большие отличия от современных приборов. Более современный аналог был изобретен спустя 200 с лишним лет, благодаря работе физика из Швеции Цельсия. Именно он создал шкалу делений от 1 до 100, поэтому в его честь температура измеряется в градусах Цельсия. Разберемся, на чем основан принцип действия термометра.
Как работают термометры?
Основные элементы термометра:
В процессе измерения объем жидкости меняется – температура растет, столбик в пределах шкалы поднимается. Распространенный вопрос: для чего нужен термометр? Он необходим для получения точных показателей температуры. Шкала наносится на саму поверхность толстостенных капилляров. В других вариациях исполнения нанесение выполняется на пластинку, которая стоит внутри стеклянной оболочки. Это термометры с вложенной шкалой, также возможно закрепление шкалы к прикладной пластинке, к ней крепится капилляр.
Что такое термометрия?
Понятие довольно часто используется, термометрия — это определение методов, которые могут использоваться с целью измерения температуры, среди прочего это температура тела человека. Обозначение зависит от страны, у нас пользуются шкалой Цельсия, в Великобритании, США все еще используют шкалу Фаренгейта. Поэтому на вопрос: термометрия — что это?
Можно ответить, что это совокупность методов, которые основаны на передаче тепла бесконтактно или контактным путем и используются для определения температуры. Если измерения бесконтактные, передача тепла обеспечивается через среду, обычно это воздух. Есть разные виды градусников, в медицинской практике в основном используются данные контактной температуры. Такой метод более надежен, поскольку передача идет от тела к прибору.
Как работают термометры, отличия различных моделей
Оборудование известно более четырех сотен лет, однако все еще вносятся корректировки, в результате чего создаются инновационные виды термометров. Они функционируют на основе реакций, не используемых ранее.
Какие приборы существуют?
Ассортимент термометров необходим, поскольку их подбирают с учетом назначения:
Особенности применения
Каждый вид приборов ориентирован на определенные условия. Для получения данных по температуре помещений достаточно контакта с воздухом, а при снятии показаний человеческого тела стандартные термометры располагаются в подмышечной впадине. Жидкостные термометры погружаются в среду на время измерений.
Изделия в виде сосок позволяют с удобством замерить температуру у малышей, пустышка дается ребенку. Она должна находиться в ротовой полости примерно 3-5 минут. Предусматривается подача сигнала, например мелодии. Погрешность равна 0,1 градуса, но ребенок должен быть в спокойном состоянии. Если он будет дышать ртом или плакать, точность будет намного хуже.
Термометр
Инфракрасные изделия ушного исполнения считывают показатели из барабанной перепонки, результат выводится 2-4 секунды спустя. Для работы нужны батарейки, данные показаны на специальном экране. С целью облегчения размещения в слуховом проходе дополняются подсветкой. Актуальны после трех лет, поскольку у малышей слишком узкий ушной проход.
Инфракрасные модели для измерений в области лба нужно прикладывать к коже, их работа ничем не отличается от ушных. Могут работать без контакта – на удалении 2,5 см от кожи. Цифровой результат выводится в течение нескольких секунд.
Итоги
Измерение температурных показателей имеет большое значение, термометры позволяют установить отклонение от нормы и скорректировать лечение. Градусники для воздушной среды или бытовые модели используются повсеместно. Остальные приборы более специфичны и могут использоваться в производственных условиях, для контроля за оборудованием, получения измерений воды, газа и так далее. Отличаться может принцип работы, оформление, материалы, шкала, однако все виды градусников используются с одной целью – измерение температуры.