Przyrządy do pomiaru temperatury

Aby pomóc w badaniu pogody i innych zjawisk, naukowcy używają termometrów do pomiaru temperatury. Dostępne są różne rodzaje termometrów, w tym ciecz w szkle, oporowe i promieniowanie podczerwone. Każdy typ oferuje inne zalety, takie jak koszt, szybkość, precyzja i zakres temperatur.

Termometr cieczowy w szkle jest jednym z najczęściej używanych obecnie przyrządów do pomiaru temperatury. Jak sama nazwa wskazuje, instrument składa się ze szklanej bańki zawierającej specjalny płyn. Na szczycie żarówki znajduje się łodyga, na której znajduje się podziałka do pomiaru temperatury. Ciecze wybrane do termometrów znacznie rozszerzają się i kurczą w odpowiedzi na zmiany temperatury, więc wskazują temperaturę jako pozycję na skali trzpienia. Przez wiele lat rtęć była powszechnie używaną cieczą do pomiaru temperatury, choć ze względów bezpieczeństwa powody, dla których producenci termometrów wycofali go na rzecz alkoholu i innych substancji o niższej wartości toksyczność. Daniel Gabriel Fahrenheit wynalazł termometr rtęciowy w szkle, który obejmuje zakres temperatur od minus 38 do 356 stopni Celsjusza (minus 36,4 do 672,8 stopni Fahrenheita).

Gdy prądy elektryczne przepływają przez przewody, rozpraszają się one od siebie i od granic przewodów. Jest to zjawisko zwane oporem elektrycznym, a jego wartość jest związana z temperaturą. Termometry oporowe zwykle wykorzystują drut platynowy, ponieważ nie koroduje ani nie reaguje w inny sposób z powietrzem w szerokim zakresie temperatur. Drut jest zwykle zwijany w cewkę i umieszczany w ceramicznej rurce. Termometry oporowe mają znacznie większą rozdzielczość niż termometry typu ciecz w szkle i mogą potencjalnie mierzyć zmiany z dokładnością do jednej tysięcznej stopnia.

Termometr gazowy o stałej objętości składa się z pojemnika ze stałą ilością gazu w środku. Termometr działa na zasadzie, że zmiany ciśnienia gazu są proporcjonalne do zmian temperatury gazu. Czujnik ciśnienia wewnątrz pojemnika wykrywa ciśnienie, a elektronika kalibracyjna przetwarza tę wartość na pomiar temperatury. Termometry o stałej objętości zwykle wykorzystują powietrze jako gaz do pomiarów wykonywanych w pobliżu temperatury pokojowej. Jeśli pomiary wymagają bardzo niskich temperatur, zamiast tego stosuje się hel, ponieważ jego temperatura wrzenia jest bliska zeru bezwzględnego.

Wszystkie obiekty emitują promieniowanie podczerwone o natężeniu w przybliżeniu proporcjonalnym do ich temperatury. Termometry radiacyjne składają się z szeregu elementów optycznych, które skupiają światło podczerwone na specjalnym detektorze elektronicznym. Detektor jest zwykle półprzewodnikiem, takim jak krzem, który wytwarza prąd elektryczny proporcjonalny do natężenia promieniowania podczerwonego. Urządzenie oblicza temperaturę elektronicznie. Kluczową zaletą termometrów radiacyjnych jest możliwość pomiaru temperatury obiektu na odległość. Mogą również mierzyć temperaturę szybciej niż innymi metodami. Niektóre termometry na podczerwień są wyposażone w celownik laserowy, który umożliwia dokładne wycelowanie urządzenia w określone obiekty.