Термометр

<час />

Фон

Термометр - это прибор, используемый для измерения температуры. Термоскоп, разработанный Галилео около 1592 года, был первым прибором, использовавшимся для качественного измерения температуры. Лишь в 1611 году Санкториус Санкториус, коллега Галилея, изобрел и добавил шкалу к термоскопу, что облегчило количественное измерение изменения температуры. К этому времени прибор назывался термометром, от греческих слов therme . ("тепло") и метрон ("мера"). Однако около 1644 года стало очевидно, что этот инструмент, представляющий собой большую колбу-колбу с длинным открытым горлышком, использует вино для обозначения показаний - был чрезвычайно чувствителен к атмосферному давлению. Чтобы решить эту проблему, великий герцог Тосканский Фердинанд II разработал процесс герметизации термометра, тем самым устраняя влияние внешнего барометрического давления. Основная форма с тех пор мало изменилась.

Сегодня используется много типов термометров:записывающий термометр использует ручку на вращающемся барабане для непрерывной записи показаний температуры; цифровые термометры для считывания показаний, часто соединенные с другими приборами для измерения погоды; и типичные типы домашних хозяйств, висящие на стене, столбе или те, которые используются в медицинских целях.

С помощью термометра можно измерить температуру с использованием любой из трех основных единиц измерения:Фаренгейта, Цельсия или Кельвина. В какой-то момент в течение восемнадцатого века было разработано и использовалось почти 35 шкал измерения.

В 1714 году Габриэль Даниэль Фаренгейт, голландский производитель инструментов, известный своим тонким мастерством, разработал термометр, используя 32 (точка плавления льда) и 96 (стандартная температура человеческого тела) в качестве фиксированных точек. С тех пор было определено, что 32 и 212 (точка кипения воды) являются фиксированными точками шкалы, а 98,6 считается нормальной нормальной температурой тела.

Шведский ученый Андерс Цельсий в 1742 году назначил 0 градусов за точку кипения воды и 100 градусов за точку таяния льда. Эти две цифры в конечном итоге поменялись местами, создав шкалу, которую мы знаем сегодня:0 градусов - точка замерзания воды и 100 градусов - точка кипения. Использование этой шкалы быстро распространилось по Швеции и Франции, и в течение двух столетий она была известна как шкала Цельсия. В 1948 году название было изменено на Celsius в честь его изобретателя.

В 1848 году другой ученый, лорд Кельвин (Уильям Томсон), предложил другую шкалу, основанную на тех же принципах, что и термометр Цельсия, с фиксированной точкой абсолютного нуля, установленной на эквиваленте -273,15 градуса Цельсия (единицы, используемые на этой шкале, называются Кельвин [K]). Температуры замерзания и кипения воды зарегистрированы при 273 К и 373 К соответственно. Шкала Кельвина чаще всего используется в научных исследованиях.

Дизайн

Принцип работы градусника довольно прост. Известная порция жидкости (ртуть, спирт или жидкость на углеводородной основе) герметично закрывается в стеклянной трубке. Жидкость расширяется или сжимается при нагревании или охлаждении воздуха. При изменении уровня жидкости можно прочитать соответствующую шкалу температуры, чтобы указать текущую температуру.

Производители термометров начинают со стеклянных заготовок с отверстиями посередине; их обычно получают от производителей стекла. Резервуар для колбы формируется путем нагревания одного конца стеклянной трубки и ее защемления. Колба запечатана внизу, оставляя открытую трубку наверху.
Затем открытым концом вниз в вакуумной камере воздух откачивается из стеклянной трубки, и углеводородная жидкость вводится в вакуум до тех пор, пока она не проникает в трубку примерно на 1 дюйм. Из-за проблем с окружающей средой современные термометры производятся меньше с ртутью и больше с углеводородной жидкостью, наполненной спиртом.

Термометры разработаны в соответствии со стандартными стандартами, установленными Национальным институтом стандартов и технологий (NIST, ранее Национальное бюро стандартов), и стандартной производственной практикой. В нормативных документах есть положения об изготовлении термометров на заказ. Изготовленные на заказ термометры могут быть самыми разнообразными, как и те, кто ими пользуется. Существуют разные размеры в зависимости от количества, веса и длины используемого стекла, типа жидкости, заливаемой в стакан, частоты градаций, нанесенных на стеклянную трубку или корпус, и даже цвета отметок градационной шкалы.

Инженер-конструктор рассмотрит пределы перемещения жидкости, которая будет использоваться в термометре. После установления точных пределов можно определить размеры стеклянной трубки и размер стеклянной колбы.

Увеличилось использование электронных компонентов в термометрах. Многие из широко используемых сегодня термометров содержат цифровые считывающие устройства и образцы программных циклов для передачи информации о текущей температуре на светодиод (LED) . или жидкокристаллический дисплей (ЖКД) панель. Несмотря на все доступное электронное волшебство, термометр должен по-прежнему содержать чувствительный к теплу-холоду элемент, чтобы реагировать на изменения окружающей среды.

Сырье

Термометры состоят из трех основных элементов:жидкости, наполненной спиртом, которая реагирует на изменения температуры и холода; стеклянная трубка для жидкости для измерения температуры; и черными чернилами для раскрашивания выгравированных отметок шкалы с четкими числами. Кроме того, для изготовления термометров необходимы другие элементы, в том числе раствор воска, используемый для гравировки отметок шкалы на стеклянной трубке; гравировальный механизм, который делает постоянные градации на стеклянной трубке; и раствор фтористоводородной кислоты, в который погружают стеклянную трубку для запечатывания гравированных отметок.

Стеклянный материал, образующий корпус термометра, обычно поставляется сторонним производителем. Некоторые термометры изготавливаются с корпусом, который может быть сделан из пластика или композитов и может содержать градации шкалы, в отличие от самой стеклянной трубки. Кожух также служит для защиты и крепления термометра на стене, столбе или в ящике для защиты от непогоды.

Производственный
процесс

Несмотря на то, что существует множество типов термометров, процесс производства наиболее распространенных из них - классических бытовых термометров - описан ниже.

Стеклянная колба

• 1 Во-первых, стеклянное сырье поступает от стороннего производителя. Трубка выполнена с мелким каналом или отверстием по всей длине. Просверленные трубы проверяются на качество; все бракованные детали отправляются обратно производителю для замены.
• 2 Резервуар колбы формируется путем нагревания одного конца стеклянной трубки, ее защемления, а также путем выдувания стекла и использования горелки с воздушным приводом для завершения. В качестве альтернативы, колбу можно сделать путем выдувания отдельного куска лабораторного материала, который затем соединяется с одним концом стеклянной трубки. Колба запечатана внизу, оставляя открытую трубку наверху.

Добавление жидкости

• 3 Когда открытый конец находится в вакуумной камере, воздух затем откачивается из стеклянной трубки, и углеводородная жидкость вводится в вакуум до тех пор, пока она не проникает в трубку примерно на 1 дюйм (2,54 сантиметра). Из-за проблем с окружающей средой современные термометры производятся меньше с ртутью и больше с углеводородной жидкостью, наполненной спиртом. Такая практика предписана (с допуском на ограниченное использование ртути) Агентством по охране окружающей среды (EPA).

  Затем вакуум постепенно снижается, заставляя жидкость опускаться к верху трубки. При использовании ртути процесс такой же, за исключением того, что в вакуумной камере подается тепло.

• 4 Наполнившись, трубка надевается на конец баллончика. Затем выполняется процесс разогрева:термометр помещается в теплую ванну и повышается температура до 400 градусов по Фаренгейту (204 градуса по Цельсию). Затем температуру снижают до комнатной, чтобы довести остаточную жидкость до известного уровня. Затем открытый конец термометра герметизируют, помещая его над пламенем.

Применение масштаба

• 5 После того, как трубка запечатана, применяется шкала, основанная на уровне, на котором находится жидкость при помещении в водяную баню, при 212 градусах Фаренгейта (100 градусов Цельсия) по сравнению с уровнем 32 градусов Фаренгейта (0 градусов Цельсия). Эти контрольные точки для желаемой шкалы отмечаются на стеклянной трубке перед гравировкой или шелкографией для заполнения градаций.
• 6 Длина диапазона зависит от используемого дизайна. Выбирается шкала, которая лучше всего соответствует ровным отметкам между опорными точками. Для обеспечения точности гравировка является предпочтительным методом маркировки. Метки наносятся гравировальным станком после того, как термометр помещается в воск. Цифры нацарапаны на стекле, и после завершения термометр погружают в плавиковую кислоту, чтобы запечатать выгравированные метки. Затем чернила втираются в метки, чтобы выделить значения шкалы. Когда на весах используются вложения, для нанесения отметок используется процесс шелкографии.
• 7 И наконец, термометры упаковываются соответствующим образом и отправляются покупателям.

Контроль качества

Производственный процесс контролируется общепринятыми отраслевыми стандартами и особыми внутренними мерами. При проектировании производства учитываются проверки контроля качества на протяжении всего производственного процесса. Оборудование, используемое для выполнения производственных задач, также необходимо тщательно обслуживать, особенно в соответствии с обновленным протоколом проектирования.

Отходы, образующиеся при производстве, утилизируются в соответствии со стандартами охраны окружающей среды. Во время производственного цикла оборудование, используемое для нагрева, вакуумирования и гравировки термометра, необходимо регулярно проверять и калибровать. Испытания на толерантность также проводятся с использованием известного стандарта для определения точности показаний температуры. Все термометры имеют допуск по точности. Для обычного домашнего хозяйства этот допуск обычно составляет плюс-минус 2 градуса по Фаренгейту (16 градусов по Цельсию). Для лабораторных работ обычно допускается плюс-минус 1 градус.

Будущее

Хотя старый простой стеклянный градусник вряд ли поменяют, другой градусник После того, как резервуар колбы сформирован и жидкость вставлена, устройство нагревается и герметизируется. Далее добавляются разметки шкалы. Это делается с помощью гравировки, при которой колба окунается в воск, маркируются гравировкой, а колба погружается в плавиковую кислоту, чтобы запечатать отметки на стекле. формы продолжают развиваться. Благодаря технологическому прогрессу и более широкому использованию более легких и прочных материалов производители электронно-интегрированных приборов для измерения температуры могут обеспечивать более точные измерения температуры с минимальными размерами оборудования и по доступной цене. Например, термометры с аналоговым корпусом когда-то использовались с длинным проводом и наконечником зонда для измерения температуры в земле, среди прочего. Сегодня наконечники пробников изготавливаются из более легких материалов, а коробки с цифровой электроникой не такие громоздкие и квадратные. Забегая вперед, дальнейшая работа с микрочипом может дать толчок к полной оцифровке процесса измерения температуры. Кроме того, со временем можно будет направить инфракрасный луч в почву и получить показания температуры с заданной глубины, даже не касаясь почвы.