Nguyên lý của các nhiệt kế khác nhau
Nhiệt kế là một thuật ngữ chung để chỉ các dụng cụ đo nhiệt độ, có thể phán đoán và đo nhiệt độ một cách chính xác. Hiện tượng giãn nở và co lại của chất rắn, chất lỏng và chất khí dưới tác động của nhiệt độ được sử dụng làm cơ sở thiết kế. Có nhiệt kế dầu hỏa, nhiệt kế rượu, nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế khí, nhiệt kế điện trở, nhiệt kế cặp nhiệt1, nhiệt kế bức xạ, nhiệt kế quang học, nhiệt kế lưỡng kim, ... cho chúng ta lựa chọn nhưng phải chú ý phương pháp sử dụng chính xác. Để hiểu các đặc điểm liên quan của nhiệt kế và sử dụng nó tốt hơn, cuốn sách này đã được viết đặc biệt.
1. Nhiệt kế khí: Hydro hoặc heli thường được dùng làm vật liệu đo nhiệt độ. Vì nhiệt độ hóa lỏng của hydro và heli rất thấp, gần bằng 0, nên phạm vi đo nhiệt độ của nó rất rộng. Nhiệt kế này rất cao và hầu hết được sử dụng cho các phép đo chính xác.
2. Nhiệt kế điện trở: Được chia thành nhiệt kế điện trở kim loại và nhiệt kế điện trở bán dẫn, được chế tạo theo đặc điểm của giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt kế kim loại chủ yếu sử dụng các kim loại nguyên chất như platin, vàng, đồng, niken và rhodi các hợp kim sắt, đồng phosphor; nhiệt kế bán dẫn chủ yếu sử dụng cacbon, gecmani, ... Nhiệt kế điện trở rất dễ sử dụng, đáng tin cậy và đã được sử dụng rộng rãi. Phạm vi đo của nó là khoảng -260 độ đến 600 độ.
3. Nhiệt kế cặp nhiệt điện: Là dụng cụ đo nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Được thực hiện bằng cách sử dụng hiện tượng nhiệt điện. Hai dây khác nhau được hàn với nhau để tạo thành đầu làm việc, và hai đầu còn lại được nối với dụng cụ đo để tạo thành mạch. Đặt đầu làm việc đến nhiệt độ cần đo. Khi nhiệt độ của đầu làm việc và đầu tự do khác nhau thì xuất hiện suất điện động, do đó có dòng điện chạy trong mạch vòng. Bằng cách đo điện, nhiệt độ tại một vị trí đã biết có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ tại một vị trí khác. Nhiệt kế này có thành phần chủ yếu là đồng hằng, hằng số sắt, hằng số niken, đồng coban vàng, platin rhodi, ... Nó thích hợp cho hai chất có chênh lệch nhiệt độ lớn, và hầu hết được sử dụng để đo nhiệt độ cao và độ đục thấp. Một số cặp nhiệt điện có thể đo nhiệt độ cao lên đến 3000 độ, và một số có thể đo nhiệt độ thấp gần bằng không.
4. Nhiệt kế lưỡng kim: là loại nhiệt kế chuyên dùng để đo nhiệt độ trên 500 độ, bao gồm nhiệt kế quang học, nhiệt kế so màu và nhiệt kế bức xạ. Nguyên lý và cấu tạo của nhiệt kế lưỡng kim tương đối phức tạp, sẽ không nhắc lại ở đây. Nó có phạm vi đo từ 500 độ đến 3000 độ hoặc cao hơn và không thích hợp để đo nhiệt độ thấp.
5. Nhiệt kế dạng con trỏ: Là loại nhiệt kế có dạng hình bảng hay còn gọi là nhiệt lượng kế, dùng để đo nhiệt độ phòng và được chế tạo theo nguyên lý giãn nở vì nhiệt của kim loại. Nó sử dụng một tấm lưỡng kim làm phần tử cảm biến nhiệt độ để điều khiển con trỏ. Lưỡng kim thường được tán bằng đồng và sắt, bên trái bằng đồng và bên phải bằng sắt. Vì sự nở và co vì nhiệt của đồng rõ ràng hơn của sắt nên khi nhiệt độ tăng, tấm đồng kéo tấm sắt uốn sang phải, kim chỉ lệch sang phải (chỉ nhiệt độ cao). Lưỡng kim; ngược lại. , nhiệt độ trở nên thấp hơn và con trỏ bị lệch sang trái (trỏ về nhiệt độ thấp) do tấm lưỡng kim điều khiển.
6. Nhiệt kế ống thủy tinh: Nhiệt kế ống thủy tinh sử dụng nguyên lý giãn nở và co nhiệt để đo nhiệt độ. Do hệ số giãn nở của môi trường đo nhiệt độ khác với nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc nên các loại nhiệt kế ống thủy tinh thông dụng của chúng ta chủ yếu bao gồm: nhiệt kế dầu hỏa, nhiệt kế thủy ngân và nhiệt kế nước bút đỏ. Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, sử dụng thuận tiện, độ chính xác đo lường cao và giá thành rẻ. Điểm bất lợi là các giới hạn trên và dưới và độ chính xác của phép đo bị giới hạn bởi chất lượng của kính và các đặc tính của môi trường đo nhiệt độ. Nó không thể dịch chuyển được và rất dễ vỡ.
7. Nhiệt kế áp suất: Nhiệt kế áp suất sử dụng chất lỏng, khí hoặc hơi bão hòa trong bình kín để tạo ra sự giãn nở thể tích hoặc thay đổi áp suất làm tín hiệu đo sau khi được làm nóng. Cấu tạo cơ bản của nó gồm ba phần: bầu nhiệt độ, ống mao dẫn và bảng chỉ thị. Đây là một trong những phương pháp kiểm soát nhiệt độ sớm nhất được sử dụng trong quá trình sản xuất. Hệ thống đo nhiệt độ áp suất vẫn là một phương pháp đo được sử dụng rất rộng rãi để chỉ thị và kiểm soát nhiệt độ tại chỗ. Ưu điểm của nhiệt kế áp suất là: cấu tạo đơn giản, độ bền cơ học cao, không sợ rung. Không tốn kém và không cần năng lượng bên ngoài. Nhược điểm là: phạm vi đo nhiệt độ bị hạn chế, nói chung là -80 ~ 400 độ; tổn thất nhiệt lớn và thời gian đáp ứng chậm; hệ thống làm kín của khí cụ (bầu nhiệt, ống mao dẫn, ống lò xo) bị hư hỏng, việc bảo dưỡng khó và phải thay thế; độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, vị trí lắp đặt của bóng đèn có ảnh hưởng lớn và độ chính xác tương đối thấp; khoảng cách truyền của ống mao dẫn bị hạn chế. Phạm vi làm việc bình thường của nhiệt kế áp suất phải là 1 / 2--3 / 4 trong phạm vi, đồng thời dụng cụ hiển thị và bầu nhiệt độ phải ở vị trí nằm ngang càng nhiều càng tốt. Bu lông gắn bi nhiệt độ được sử dụng trong quá trình lắp đặt sẽ làm thất thoát nhiệt độ, dẫn đến nhiệt độ không chính xác. Quá trình xử lý cách nhiệt nên được thực hiện trong quá trình lắp đặt, và bóng đèn phải làm việc trong môi trường không rung động càng nhiều càng tốt.
8. Nhiệt kế dạng quay: Nhiệt kế dạng quay được làm bằng các tấm lưỡng kim cuộn lại. Một đầu của lưỡng kim được cố định và đầu kia được kết nối với con trỏ. Do mức độ giãn nở khác nhau của hai miếng kim loại, miếng lưỡng kim uốn cong khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau và các kim chỉ vào các vị trí khác nhau trên mặt số. Nhiệt độ có thể được biết từ số đọc trên mặt đồng hồ.
9. Nhiệt kế bán dẫn: Hóa chất biến đổi điện trở của chất bán dẫn khác với kim loại. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của chúng giảm và thay đổi rộng rãi hơn. Do đó, một sự thay đổi nhiệt độ nhỏ cũng có thể gây ra sự thay đổi đáng kể về điện trở. Nhiệt kế được chế tạo với độ chính xác cao và thường được gọi là cảm biến nhiệt độ.
10. Nhiệt kế cặp nhiệt điện: Một nhiệt kế cặp nhiệt điện gồm hai kim loại khác nhau được nối với một vôn kế nhạy. Các tiếp điểm kim loại tạo ra sự khác biệt tiềm tàng khác nhau trên kim loại ở các nhiệt độ khác nhau. Chênh lệch điện thế là nhỏ, vì vậy cần phải có vôn kế nhạy để đo. Nhiệt độ có thể được biết từ số đọc của vôn kế.
11. Nhiệt kế quang học: Nếu nhiệt độ của một vật đủ cao để phát ra nhiều ánh sáng nhìn thấy, nhiệt độ của nó có thể được xác định bằng cách đo lượng bức xạ nhiệt. Nhiệt kế này là một nhiệt kế nhẹ. Nhiệt kế này chủ yếu bao gồm một kính thiên văn có bộ lọc màu đỏ và một bộ mạch điện với một bóng đèn nhỏ, một điện kế và một biến trở. Trước khi sử dụng, thiết lập mối quan hệ giữa nhiệt độ tương ứng với độ sáng khác nhau của dây tóc và số đọc của ampe kế. Khi sử dụng, hướng kính thiên văn vào đối tượng cần đo và điều chỉnh điện trở sao cho độ sáng của bóng đèn bằng với độ sáng của đối tượng cần đo. Lúc này, nhiệt độ của vật đo có thể được đọc từ điện kế.
12. Nhiệt kế tinh thể lỏng: Các tinh thể lỏng có công thức khác nhau có nhiệt độ chuyển pha khác nhau. Khi chúng thay đổi pha, tính chất quang học của chúng cũng thay đổi, làm cho các tinh thể lỏng trông bị biến màu. Nếu một mảnh giấy được phủ bởi các tinh thể lỏng có nhiệt độ chuyển pha khác nhau, thì nhiệt độ có thể được biết từ sự thay đổi màu sắc của tinh thể lỏng. Ưu điểm của loại nhiệt kế này là dễ đọc, nhưng nhược điểm là đo không đủ. Thường dùng trong bể cá cảnh để trưng bày.
