Termometar

Termometar (franc. thermometre, grč. θέρμη "toplo" + μετρέω "mjerim") je instrument /sprava, uređaj/ za mjerenje temperature. U razgovornom se jeziku katkad naziva i toplomjer(om). Osniva se na činjenici da se dva tijela dovode na istu ravnotežnu temperaturu (najčešće toplina) pa je temperatura koju pokazuje ujedno i temperatura tijela s kojim je on u dodiru.

Termometar ima dva važna dijela:

• senzor (osjetilo), na kojem zbiva neka fizikalna promjena vezana s promjenom temperature;
• konverziju fizikalne promjene u čitljivu vrijednost (npr. skala na živinom termometru).

Termometri se dijele na dvije skupine po poznavanju procesa koji stoji iza fizikalne promjene:

• Primarni termometri koriste svojstvo tvari koje je toliko dobro poznato da se temperatura može točno izračunati bez nepoznatih vrijednosti, npr. na bazi jednadžbe stanja plina.
• Sekundarni termometri su prikladniji za korištenje i češće se koriste, a uglavnom su i osjetljiviji. Kod njih poznavanje procesa nije dovoljno, termometar je potrebno kalibrirati prema primarnom termometru.

Termometrija rabi niz fenomena koji ovise o temperaturi, kao na primjer:

• povećanje volumena (termometar s kapljevinama, plinski termometar),
• povećanje duljine (metalni/kovinski/bimetalni termometar),
• promjenu tlaka, električnog otpora (otporni termometar),
• promjenu termoelektričnoga napona (termoelement)

ili intenziteta i vrste zračenja što ga neko tijelo emitira (pirometar).

Tvari u termometrima i skala do koje se penju, ispituje se pomoću dilatometra.

Termometar s kapljevinama

Medicinski stakleni termometar

Termometar s kapljevinama služi za mjerenje temperature u rasponu od približno -200 do 600 °C. Mjere promjenu obujma kapljevine (alkohol, živa, toluen) promjenom temperature (vidljivu po promjeni visine stupca kapljevine u kapilari). Sastoji se od posudice s kapljevinom povezane s evakuiranom staklenom kapilarnom cijevi. Zbog većega toplinskog rastezanja kapljevine prema staklu, s rastom temperature podiže se razina kapljevine u graduiranoj kapilari. Kao kapljevina najčešće se rabi živa, a za niže temperature alkohol i neki drugi organski spojevi.

Stakleni termometar

Na drvenom (ili plastičnom postolju) se nalazi ljestvica sa ispisanim stupnjevima u °C ili °F, te staklene cjevčice ispunjene (alkoholom ili živom). Ako je alkohol u tom termometru najčešće je crvene ili plave boje, ako je živa, ona ima boju metala.

Stakleni termometri su prije punjeni bili živom, ali zbog skupoće i velike štetnosti i toksičnosti (otrovnosti) potpuno su zamijenjeni sada sa znatno jeftinijim alkoholom ili toluenom koji ima nizak stupanj toksičnosti.

U staklenim termometrima crvena tekućina je crveno obojani metilbenzen, a plava tekućina je najčešće metilni alkohol.

Bourdonov termometar

Bourdonov termometar

Bourdonov termometar se sastoji od spiralne metalne cijevi (kapilarne cijevi), ručice, ljestvice i kazaljke. Spiralna metalna cijev (koja se nalazi u termometru/kućištu) je izvučena van i spaja se na sondu koja je (olovna, bakrena ili platinska), a punjena je najčešće živom. Ovo su stari termometri koji su se koristili najčešće za grijanje velikih prostorija (plastenici i staklenici, velike dvorane koje koriste centralno grijanje, itd.) putem termogena (uređaji koji koriste instrumente plamenike za dovod i sagorijevanje goriva u njima). Ovaj termometar je sve više zamijenjen suvremenijim digitalnim termometrom.

Bimetalni termomerar

Bimetalni termometar sastoji se od dviju uskih traka od različitih metala, čvrsto priljubljenih jedna uz drugu i savijenih u spiralu. Kada se temperatura povećava, različito rastezanje dvaju metala uzrokuje izvijanje bimetalne trake, što se prenosi na kazaljku.

Kovinski termometar

Kovinski termometri izrađuju se uglavnom od platine, nikla ili bakra, imaju pozitivni temperaturni koeficijent otpornosti (PTC-otpornik) i gotovo linearnu ovisnost otpora o temperaturi: R (T) = R (T₀) x [1 + α₀ x (T – T₀)], gdje je R električni otpor, T termodinamička temperatura, T₀ polazna termodinamička temperatura, a α= koeficjent toplinske promjene otpora. U industrijskim se pogonima često primjenjuju nikleni (Ni-100) i platinski termometri (Pt-100). Najkvalitetniji je platinski termometar, visoke čistoće platine, koji pri temperaturi 0 °C ima električni otpor 25Ω (oznaka Pt-25), pa je primijenjen u tvorbi međunarodne temperaturne ljestvice. Takvi termometri su izrazito skupi.

Sastoje se od: ljestvice, ležaja, kazaljke, osovine, vođica te spiralnog bimetalnog elementa.

Tlačni termometar

Tlačni termometar djeluje na temelju ovisnosti tlaka kapljevine, plina ili pare o temperaturi. Služi uglavnom za mjerenje temperature u industriji u području od -200 do +600°C.

Otporni termometar

Otporni termometar mjeri promjenu električnoga otpora (osjetnika; metala i poluvodiča) zbog promjene temperature, a termočlanak razliku temperature na osnovi Seebackova učinka. Tj. otporni termometar je mjerilo temperature zasnovano na ovisnosti električnog otpora o temperaturi.

Obično se radi tako da se kod dane temperature mjerni instrument na termometru postavi u ravnotežni (nulti) položaj. Kada se temperatura promijeni, potrebno je potenciometrom promijeniti otpor kako bi se ponovno uspostavila ravnoteža; zakretanje potenciometra obično je baždareno u temperaturnim stupnjevima. Tom se kompenzacijskom metodom izbjegavaju mnoge pogrješke koje mogu nastati pri izravnom očitanju na graduiranoj ljestvici instrumenta.

Rabe se i tzv. maksimalni i minimalni termometri, koji mjere maksimalnu, odnosno minimalnu temperaturu u nekom vremenskom intervalu. To mogu biti bilo koji od nabrojenih tipova, ali se u tu svrhu najčešće rabe termometri s kapljevinom. Ako se npr. takvim termometrom želi mjeriti maksimalna temperatura u nekom vremenskom razdoblju, tada se u kapilaru umeće neka prepreka, tako da se kapljevina, npr. živa, može po njoj podizati, ali se ne može sama spuštati (npr. liječnički termometar, odn. toplomjer). Takvi termometri često služe i za održavanje konstantne temperature (temperaturna regulacija). Najjednostavniji temperaturni regulator ima u cijevi sa živom utaljene dvije elektrode, od kojih jedna leži u živi. Kada temperatura poraste iznad određene vrijednosti, živa zbog povećanoga volumena obuhvati i drugu elektrodu, struja poteče krugom i prekine strujni krug za grijanje.

Električni termometar je mjerni instrument za mjerenje temperature pretvorbom temperaturne razlike u električnu, tj. mjere promjenu nekoga električnoga svojstva tvari promjenom temperature. Na sličnom principu radi i otporni termometar.

Elektronički termometri mjere promjenu na nekom senzoru temperature. Prema načinu pokazivanja termometar je analogni (s temperaturnim ljestvicama) ili digitalni (s pokaznikom). Na termometrima s kapljevinom (D.G. Fahrenheit, 1714., A. Celsius, 1742) svojedobno su definirane termometrijske ljestvice, a preko njih jedinice temperature (Celzijev stupanj i Fahrenheitov stupanj).

Poluvodički termometar

Poluvodički termometri imaju izrazito nelinearnu karakteristiku ovisnosti otpora o temperaturi i negativni temperaturni koeficjent (NTC-otpornik). Linearizacija karakteristike postiže se integracijom različitih termistora na zajedničkoj podlozi i spajanjem s temperaturno neovisnim otpornicima. Suvremeni poluvodički otporni termometri imaju gotovo linearnu karakteristiku i promjenu otpora od samo nekoliko postotaka po kelvinu.

Baždarenje termometara

Za baždiranje termometara služe temperaturni standardi. Nekada su se rabili plinski standardni termometri, a od 1927. za niže temperature upotrebljava se standardni platinski otporni termometar, a za više temperature mjerodavna je standardna točna taljenja zlata (1063°C), jedna od tzv. sekundarnih fiksnih točaka. Termometri mogu biti baždareni u nekoliko temperaturnih ljestvica.

Izvor

• Hrvatska enciklopedija, Broj 10 (Sl-To), str. 713.. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb 2000.g. ISBN 978-953-6036-40-0
• Tehnički leksikon, Leksikografski zavod Miroslav Krleža; glavni urednik: Zvonimir Jakobović. Tiskanje dovršeno 21. prosinca 2007.g., Nacionalne i sveučilišne knjižnice u Zagrebu pod brojem 653717. ISBN 978-953-268-004-1, str. 879-880..