Termometre
Termometre, sıcaklığı veya sıcaklık gradyanını (bir nesnenin sıcaklık veya soğukluk derecesini) ölçen bir cihazdır. Bir termometrenin iki önemli unsuru vardır: (1) bir sıcaklık sensörü (örneğin cıva camlı termometrenin ampulü veya kızılötesi termometredeki pirometrik sensör); ve (2) bu değişikliği sayısal bir değere dönüştüren bir araç (örneğin cıva camlı termometrede işaretli görünür ölçek veya kızılötesi modelde dijital okuma). Termometreler teknoloji ve endüstride süreçleri izlemek için, meteorolojide, tıpta ve bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ
Sıcaklıkölçer ya da Termometre, (Antik Yunanca'dan: thermos sıcaklık ve métron ölçü; eski dilde: mizanül-harâre) sıcaklığı ölçmek için kullanılan alet. ⓘ
Meteorolojide Celsius, Fahrenheit veya Kelvin gibi değişik ölçekler termometrelerde kullanılmaktadır. Gündelik kullanımdaki termometrelerin çoğu, değişen sıcaklık karşısında sıvıların hacim değiştirmesi mantığına dayanır. Bu cinsten en fazla kullanılan termometreler cıvalı termometrelerdir. Sıcaklığın çok düşük olduğu yerlerde ise donma sıcaklığı daha düşük olan alkollü termometreler tercih edilir ⓘ
Tarihçe
Tek bir termometre sıcaklık derecelerini ölçebilirken, iki termometredeki okumalar üzerinde anlaşmaya varılmış bir ölçeğe uymadıkları sürece karşılaştırılamaz. Günümüzde mutlak bir termodinamik sıcaklık ölçeği bulunmaktadır. Uluslararası kabul görmüş sıcaklık ölçekleri, sabit noktalara ve ara değerleme yapan termometrelere dayalı olarak buna yaklaşacak şekilde tasarlanmıştır. En son resmi sıcaklık ölçeği 1990 tarihli Uluslararası Sıcaklık Ölçeğidir. Bu ölçek 0,65 K'den (-272,5 °C; -458,5 °F) yaklaşık 1.358 K'ye (1.085 °C; 1.985 °F) kadar uzanır. ⓘ
Erken dönem gelişmeler
Çeşitli yazarlar termometrenin icadını İskenderiyeli Hero'ya dayandırmaktadır. Ancak termometre tek bir buluş değil, bir gelişmeydi. İskenderiyeli Hero (MS 10-70) bazı maddelerin, özellikle de havanın genleşip büzülmesi prensibini biliyordu ve kısmen havayla dolu kapalı bir tüpün ucunun bir su kabında olduğu bir gösteri tarif etti. Havanın genişlemesi ve daralması, su/hava arayüzünün konumunun tüp boyunca hareket etmesine neden olmuştur. ⓘ
Böyle bir mekanizma daha sonra su seviyesinin gazın genleşmesi ve büzülmesiyle kontrol edildiği bir tüple havanın sıcaklığını ve soğukluğunu göstermek için kullanıldı. Bu cihazlar 16. ve 17. yüzyıllarda başta Galileo Galilei ve Santorio Santorio olmak üzere birçok Avrupalı bilim insanı tarafından geliştirilmiştir. Sonuç olarak, cihazların bu etkiyi güvenilir bir şekilde ürettiği gösterildi ve termoskop terimi, hissedilebilir ısıdaki değişiklikleri yansıttığı için benimsendi (modern sıcaklık kavramı henüz ortaya çıkmamıştı). Termoskop ile termometre arasındaki fark, ikincisinin bir ölçeğe sahip olmasıdır. Galileo'nun genellikle termometrenin mucidi olduğu söylense de, gerçekten böyle bir alet ürettiğine dair günümüze ulaşan bir belge yoktur. ⓘ
Bir termoskopun ilk net diyagramı 1617 yılında Giuseppe Biancani (1566 - 1624) tarafından yayınlanmıştır; bir ölçek gösteren ve dolayısıyla bir termometre oluşturan ilk diyagram ise 1625 yılında Santorio Santorio tarafından yapılmıştır. Bu, üst kısmı bir hava ampulü ile kapatılmış, alt ucu bir su kabına açılan dikey bir tüptür. Tüpteki su seviyesi havanın genleşmesi ve büzülmesiyle kontrol edilir, bu nedenle şimdi hava termometresi olarak adlandırdığımız şeydir. ⓘ
Termometre kelimesi (Fransızca haliyle) ilk olarak 1624 yılında J. Leurechon'un La Récréation Mathématique adlı eserinde 8 derecelik bir ölçekle tanımlanmıştır. Kelime Yunanca θερμός, thermos, yani "sıcak" ve μέτρον, metron, yani "ölçü" kelimelerinden gelmektedir. ⓘ
Yukarıdaki aletler, aynı zamanda barometre olmaları, yani hava basıncına duyarlı olmaları dezavantajından muzdaripti. 1629 yılında, Padua'da Galileo ve Santorio'nun öğrencisi olan Joseph Solomon Delmedigo, cam içinde sızdırmaz bir sıvı termometrenin görünüşe göre ilk tanımını ve resmini yayınladı. Kısmen brendi ile doldurulmuş kapalı bir tüpün dibinde bir ampule sahip olarak tanımlanmıştır. Tüpün numaralandırılmış bir ölçeği vardı. Delmedigo bu aleti icat ettiğini iddia etmemiştir. Mucidi olarak başka birinin adını da vermemiştir. Yaklaşık 1654 yılında, Toskana Grandükü Ferdinando II de' Medici (1610-1670), bir sıvının genleşmesine bağlı ve hava basıncından bağımsız ilk modern tarz termometre olan böyle bir alet üretti. Diğer birçok bilim adamı da çeşitli sıvılar ve termometre tasarımları üzerinde deneyler yaptı. ⓘ
Ancak, her mucit ve her termometre benzersizdi - standart bir ölçek yoktu. Standardizasyona yönelik ilk girişimler, suyun donma noktası gibi tek bir referans noktası ekledi. Termometreyi derecelendirmek için iki referansın kullanılmasının 1668'de Joachim Dalence tarafından ortaya atıldığı söylenir, ancak Christiaan Huygens (1629-1695) 1665'te suyun erime ve kaynama noktalarına dayalı derecelendirmelerin standart olarak kullanılmasını önermişti ve 1694'te Carlo Renaldini (1615-1698) bunları evrensel bir ölçek boyunca sabit noktalar olarak kullanmayı önerdi. 1701 yılında Isaac Newton (1642-1726/27) buzun erime noktası ile vücut sıcaklığı arasında 12 derecelik bir ölçek önermiştir. ⓘ
Hassas termometri çağı
1714 yılında bilim adamı ve mucit Daniel Gabriel Fahrenheit, alkol ve su karışımları yerine cıva kullanarak güvenilir bir termometre icat etti. 1724 yılında, şimdi (biraz düzeltilmiş olarak) kendi adını taşıyan bir sıcaklık ölçeği önerdi. Anders Celsius (1701-1744) 1742'de suyun kaynama noktasını sıfır ve donma noktasını 100 derece olarak gösteren bir ölçek önermiştir, ancak şu anda kendi adını taşıyan ölçekte bu değerler tam tersidir. Fransız böcekbilimci René Antoine Ferchault de Réaumur 1730'da bir alkol termometresi ve sıcaklık ölçeği icat etti, ancak bu ölçeğin Fahrenheit'ın cıvalı termometresinden daha az güvenilir olduğu kanıtlandı. ⓘ
Termometre ölçümlerini klinik uygulamada kullanan ilk hekim Herman Boerhaave (1668-1738) olmuştur. 1866 yılında Sir Thomas Clifford Allbutt (1836-1925) vücut ısısını yirmi dakika yerine beş dakikada ölçen bir klinik termometre icat etmiştir. 1999 yılında Exergen Corporation'dan Dr. Francesco Pompei, alnı yaklaşık iki saniye içinde tarayan ve tıbbi olarak doğru bir vücut sıcaklığı sağlayan, invazif olmayan bir sıcaklık sensörü olan dünyanın ilk temporal arter termometresini tanıttı. ⓘ
Kayıt
Geleneksel termometrelerin hepsi kayıt yapmayan termometrelerdi. Yani, termometre farklı bir sıcaklığa sahip bir yere taşındıktan sonra sıcaklık okumasını tutmuyordu. Sıcak sıvı dolu bir tencerenin sıcaklığını belirlemek için kullanıcının termometreyi okuma bitene kadar sıcak sıvının içinde bırakması gerekiyordu. Kayıt yapmayan termometre sıcak sıvıdan çıkarılırsa, termometrede gösterilen sıcaklık hemen yeni koşullarının sıcaklığını (bu durumda hava sıcaklığı) yansıtacak şekilde değişmeye başlayacaktır. Kaydedici termometreler sıcaklığı süresiz olarak tutacak şekilde tasarlanmıştır, böylece termometre daha sonraki bir zamanda veya daha uygun bir yerde çıkarılıp okunabilir. Mekanik kayıt termometreleri, manuel olarak yeniden ayarlanana kadar, örneğin cam içinde cıva termometresini sallayarak veya daha da aşırı bir sıcaklık deneyimlenene kadar kaydedilen en yüksek veya en düşük sıcaklığı tutar. Elektronik kayıt termometreleri en yüksek veya en düşük sıcaklığı veya belirli bir zamanda mevcut olan sıcaklığı hatırlamak üzere tasarlanabilir. ⓘ
Termometreler, dijital bir ekran veya bilgisayara giriş sağlamak için giderek daha fazla elektronik araçlar kullanmaktadır. ⓘ
Termometrenin fiziksel prensipleri
Termometreler ampirik veya mutlak olarak tanımlanabilir. Mutlak termometreler termodinamik mutlak sıcaklık ölçeğine göre sayısal olarak kalibre edilir. Ampirik termometreler genel olarak mutlak termometrelerle sayısal ölçek okumaları açısından tam bir uyum içinde olmak zorunda değildir, ancak termometre olarak nitelendirilebilmeleri için mutlak termometrelerle ve birbirleriyle şu şekilde uyum içinde olmaları gerekir: ayrı ayrı termodinamik denge durumlarında izole edilmiş herhangi iki cisim göz önüne alındığında, tüm termometreler hangisinin daha yüksek sıcaklığa sahip olduğu veya ikisinin eşit sıcaklıklara sahip olduğu konusunda hemfikirdir. Herhangi iki ampirik termometre için bu, sayısal ölçek okumaları arasındaki ilişkinin doğrusal olmasını gerektirmez, ancak bu ilişkinin kesinlikle monotonik olmasını gerektirir. Bu, sıcaklık ve termometrelerin temel bir karakteridir. ⓘ
Ders kitaplarında alışılageldiği üzere, tek başına ele alındığında, "termodinamiğin sıfırıncı yasası" bu bilgiyi vermekte başarısızdır, ancak James Serrin'in 1977'de termodinamiğin sıfırıncı yasasını açıklaması, matematiksel olarak oldukça soyut olsa da, termometri için daha bilgilendiricidir: "Sıfırıncı Yasa - Bir topolojik çizgi vardır malzeme davranışının bir koordinat manifoldu olarak hizmet eder. Noktalar manifoldun 'sıcaklık seviyeleri' olarak adlandırılır ve 'evrensel sıcaklık manifoldu' olarak adlandırılır." Bu bilgiye daha büyük bir sıcaklık hissinin eklenmesi gerekir; bu hissi kalorimetreden, termodinamikten ve belirli malzemelerin özelliklerinden bağımsız olarak Wien'in termal radyasyonun yer değiştirme yasasından elde edebiliriz: bir termal radyasyon banyosunun sıcaklığı, evrensel bir sabitle, frekans spektrumunun maksimum frekansıyla orantılıdır; bu frekans her zaman pozitiftir, ancak sıfıra eğilimli değerlere sahip olabilir. Daha soğuk koĢullara karĢılık daha sıcak koĢulları tanımlamanın bir baĢka yolu da Planck ilkesidir: kapalı bir sistemin iç enerjisinin değiĢiminin tek aracı izokorik adyabatik iĢlem olduğunda, sistemin son durumu asla baĢlangıç durumundan daha soğuk değildir; gizli ısı ile faz değiĢimleri hariç, baĢlangıç durumundan daha sıcaktır. ⓘ
Bu makalenin "Birincil ve ikincil termometreler" başlıklı bölümünde listelendiği gibi, ampirik termometrelerin üzerine inşa edildiği çeşitli ilkeler vardır. Bu prensiplerden bazıları esasen uygun Ģekilde seçilmiĢ belirli bir malzemenin durumu ile sıcaklığı arasındaki yapısal iliĢkiye dayanmaktadır. Sadece bazı malzemeler bu amaç için uygundur ve bunlar "termometrik malzemeler" olarak kabul edilebilir. Buna karşın radyometrik termometri, malzemelerin yapısal ilişkilerine çok az bağımlı olabilir. Bir anlamda, radyometrik termometri "evrensel" olarak düşünülebilir. Bunun nedeni, esas olarak termodinamik dengenin evrensellik karakterine dayanması, yani kara cisim radyasyonu üretme gibi evrensel bir özelliğe sahip olmasıdır. ⓘ
Termometrik malzemeler
Malzeme özelliklerine dayalı çeşitli ampirik termometre türleri vardır. ⓘ
Birçok ampirik termometre, termometrik malzemenin basınç, hacim ve sıcaklık arasındaki yapısal ilişkisine dayanır. Örneğin, cıva ısıtıldığında genleşir. ⓘ
Basınç, hacim ve sıcaklık arasındaki ilişki için kullanılıyorsa, termometrik bir malzeme üç özelliğe sahip olmalıdır: (1) Isınması ve soğuması hızlı olmalıdır. Yani, bir miktar ısı malzemenin bir gövdesine girdiğinde veya çıktığında, malzeme son hacmine kadar genişlemeli veya büzülmeli veya son basıncına ulaşmalı ve neredeyse hiç gecikme olmadan son sıcaklığına ulaşmalıdır; giren ısının bir kısmının sabit sıcaklıkta gövdenin hacmini değiştirdiği düşünülebilir ve buna sabit sıcaklıkta gizli genleşme ısısı denir; ve geri kalanı sabit hacimde gövdenin sıcaklığını değiştirdiği düşünülebilir ve buna sabit hacimde özgül ısı denir. Bazı malzemeler bu özelliğe sahip değildir ve ısının sıcaklık ve hacim değişimi arasında dağıtılması biraz zaman alır. ⓘ
(2) Isınması ve soğuması tersine çevrilebilir olmalıdır. Yani, malzeme aynı ısı artışı ve azalışı ile süresiz olarak ısıtılıp soğutulabilmeli ve her seferinde orijinal basıncına, hacmine ve sıcaklığına geri dönebilmelidir. Bazı plastikler bu özelliğe sahip değildir; ⓘ
(3) Isıtma ve soğutma monotonik olmalıdır. Yani, çalışması amaçlanan sıcaklık aralığı boyunca, ⓘ
- (a) belirli bir sabit basınçta, ⓘ
- ya (i) sıcaklık arttığında hacim artar ya da (ii) sıcaklık arttığında hacim azalır; ⓘ
- ancak bazı sıcaklıklar için (i) ve diğerleri için (ii) değil; veya ⓘ
- (b) belirli bir sabit hacimde, ⓘ
- ya (i) sıcaklık arttığında basınç artar, ya da (ii) sıcaklık arttığında basınç azalır; ⓘ
- Ancak bazı sıcaklıklar için (i), diğerleri için (ii) değildir. ⓘ
Yaklaşık 4 °C civarındaki sıcaklıklarda su (3) özelliğine sahip değildir ve bu açıdan anormal davrandığı söylenir; bu nedenle su, 4 °C civarındaki sıcaklık aralıklarında bu tür termometreler için bir malzeme olarak kullanılamaz. ⓘ
Öte yandan gazların tümü (1), (2) ve (3)(a)(α) ve (3)(b)(α) özelliklerine sahiptir. Sonuç olarak, uygun termometrik malzemelerdir ve bu nedenle termometrinin geliştirilmesinde önemli olmuşlardır. ⓘ
Sabit hacim termometrisi
Preston'a (1894/1904) göre, Regnault sabit basınçlı hava termometrelerini tatmin edici bulmadı, çünkü zahmetli düzeltmelere ihtiyaç duyuyorlardı. Bu nedenle sabit hacimli bir hava termometresi yapmıştır. Sabit hacimli termometreler, yaklaşık 4 °C'de suyunki gibi anormal davranış sorunundan kaçınmak için bir yol sağlamaz. ⓘ
Radyometrik termometri
Planck yasası, termodinamik dengeye ulaştığında, tamamen opak ve zayıf yansıtıcı malzemeden yapılmış bir cisimdeki sert duvarlı bir boşluk içindeki elektromanyetik radyasyonun güç spektral yoğunluğunu, yalnızca mutlak termodinamik sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çok doğru bir şekilde niceliksel olarak tanımlar. Boşluğun duvarındaki yeterince küçük bir delik, spektral parlaklığı tam olarak ölçülebilen yeterince yakın kara cisim radyasyonu yayar. Boşluğun duvarları, tamamen opak ve zayıf yansıtıcı olmaları koşuluyla, kayıtsız şartsız herhangi bir malzemeden olabilir. Bu, çok geniş bir sıcaklık aralığında, kavite içindeki bir cismin mutlak sıcaklığını ölçebilen, iyi tekrarlanabilir bir mutlak termometre sağlar. ⓘ
Birincil ve ikincil termometreler
Bir termometre, ölçtüğü ham fiziksel miktarın sıcaklıkla nasıl eşleştirildiğine bağlı olarak birincil veya ikincil olarak adlandırılır. Kauppinen ve diğerleri tarafından özetlendiği gibi, "Birincil termometreler için maddenin ölçülen özelliği o kadar iyi bilinmektedir ki, sıcaklık herhangi bir bilinmeyen nicelik olmadan hesaplanabilir. Bunlara örnek olarak bir gazın hal denklemine, bir gazdaki ses hızına, bir elektrik direncinin termal gürültü voltajına veya akımına ve bir manyetik alanda belirli radyoaktif çekirdeklerin gama ışını emisyonunun açısal anizotropisine dayanan termometreler verilebilir." ⓘ
Buna karşılık, "İkincil termometreler kolaylıklarından dolayı en yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, genellikle birincil olanlardan çok daha hassastırlar. İkincil termometreler için ölçülen özelliğin bilinmesi, sıcaklığın doğrudan hesaplanmasına izin vermek için yeterli değildir. En azından bir sıcaklıkta veya bir dizi sabit sıcaklıkta birincil termometreye karşı kalibre edilmeleri gerekir. Bu tür sabit noktalar, örneğin üçlü noktalar ve süper iletken geçişler, aynı sıcaklıkta tekrarlanabilir şekilde meydana gelir." ⓘ
Kalibrasyon
Termometreler ya kalibre edilmiş diğer termometrelerle karşılaştırılarak ya da sıcaklık skalasındaki bilinen sabit noktalara göre kontrol edilerek kalibre edilebilir. Bu sabit noktalardan en iyi bilinenleri saf suyun erime ve kaynama noktalarıdır. (Suyun kaynama noktasının basınçla değiştiğini unutmayın, bu nedenle bunun kontrol edilmesi gerekir). ⓘ
Cam içinde sıvı veya metal içinde sıvı termometreye ölçek koymanın geleneksel yolu üç aşamalıydı:
- Algılayıcı kısmı atmosferik basınçta karıştırılmış saf buz ve su karışımına daldırın ve termal dengeye geldiğinde gösterilen noktayı işaretleyin.
- Algılayıcı kısmı Standart atmosfer basıncında bir buhar banyosuna daldırın ve gösterilen noktayı tekrar işaretleyin.
- Bu işaretler arasındaki mesafeyi kullanılan sıcaklık ölçeğine göre eşit parçalara bölün. ⓘ
Geçmişte kullanılan diğer sabit noktalar, Fahrenheit tarafından başlangıçta üst sabit nokta olarak kullanılan vücut sıcaklığı (sağlıklı bir yetişkin erkeğin) (12'ye bölünebilen bir sayı olmak üzere 96 °F (35,6 °C)) ve başlangıçta 0 °F (-17,8 °C) olarak tanımlanan tuz ve buz karışımı tarafından verilen en düşük sıcaklıktır. (Bu, Frigorifik bir karışım örneğidir.) Vücut sıcaklığı değiştiğinden, Fahrenheit ölçeği daha sonra 212 °F (100 °C) kaynar su üst sabit noktasını kullanacak şekilde değiştirilmiştir. ⓘ
Bunların yerini 1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeğindeki tanımlama noktaları almıştır, ancak pratikte suyun erime noktası üçlü noktasından daha yaygın olarak kullanılmaktadır, ikincisinin yönetilmesi daha zordur ve bu nedenle kritik standart ölçümle sınırlandırılmıştır. Günümüzde üreticiler genellikle sıcaklığın kalibre edilmiş bir termometreye göre sabit tutulduğu bir termostat banyosu veya katı blok kullanmaktadır. Kalibre edilecek diğer termometreler aynı banyoya veya bloğa konur ve dengeye gelmeleri beklenir, ardından ölçek işaretlenir veya cihaz ölçeğinden herhangi bir sapma kaydedilir. Birçok modern cihaz için kalibrasyon, elektronik bir sinyalin işlenerek sıcaklığa dönüştürülmesinde kullanılacak bir değerin belirtilmesi anlamına gelecektir. ⓘ
Hassasiyet, doğruluk ve tekrarlanabilirlik
Bir termometrenin hassasiyeti ya da çözünürlüğü basitçe bir derecenin kaçta kaçı kadar okuma yapılabileceğidir. Yüksek sıcaklıktaki çalışmalarda yalnızca en yakın 10 °C veya daha fazla bir değere kadar ölçüm yapmak mümkün olabilir. Klinik termometreler ve birçok elektronik termometre genellikle 0,1 °C'ye kadar okunabilir. Özel aletler bir derecenin binde birine kadar okuma yapabilir. Ancak bu hassasiyet, okumanın gerçek veya doğru olduğu anlamına gelmez, sadece çok küçük değişikliklerin gözlemlenebileceği anlamına gelir. ⓘ
Bilinen sabit bir noktaya kalibre edilmiş bir termometre o noktada doğrudur (yani doğru bir okuma verir). Çoğu termometre orijinal olarak sabit hacimli bir gaz termometresine göre kalibre edilmiştir. Sabit kalibrasyon noktaları arasında, genellikle doğrusal olmak üzere enterpolasyon kullanılır. Bu, sabit noktalardan uzak noktalarda farklı termometre türleri arasında önemli farklılıklar verebilir. Örneğin, cam termometredeki cıvanın genleşmesi platin dirençli termometrenin direncindeki değişimden biraz farklıdır, bu nedenle bu ikisi yaklaşık 50 °C'de biraz farklı olacaktır. Cihazdaki kusurlardan kaynaklanan başka nedenler de olabilir, örneğin cam içinde sıvı termometrede kapiler tüpün çapı değişiyorsa. ⓘ
Birçok amaç için tekrarlanabilirlik önemlidir. Yani, aynı termometre aynı sıcaklık için aynı okumayı veriyor mu (veya yedek veya birden fazla termometre aynı okumayı veriyor mu)? Tekrarlanabilir sıcaklık ölçümü, bilimsel deneylerde karşılaştırmaların geçerli olması ve endüstriyel süreçlerin tutarlı olması anlamına gelir. Bu nedenle, aynı tip termometre aynı şekilde kalibre edilirse, mutlak ölçeğe göre biraz yanlış olsa bile okumaları geçerli olacaktır. ⓘ
Diğer termometrelerin endüstriyel standartlara uygunluğunu kontrol etmek için kullanılan referans termometreye örnek olarak, ulusal standartlara (-18, 0, 40, 70, 100 °C) göre 5 noktada kalibre edilmiş ve ±0,2 °C doğrulukla sertifikalandırılmış, 0,1 °C'ye (hassasiyeti) kadar dijital göstergeli platin dirençli bir termometre verilebilir. ⓘ
İngiliz Standartlarına göre, doğru şekilde kalibre edilmiş, kullanılmış ve bakımı yapılmış cam içinde sıvı termometreler 0 ila 100 °C aralığında ±0,01 °C'lik bir ölçüm belirsizliğine ve bu aralığın dışında daha büyük bir belirsizliğe ulaşabilir: 200'e kadar veya -40 °C'ye kadar ±0,05 °C, 450'ye kadar veya -80 °C'ye kadar ±0,2 °C. ⓘ
Dolaylı sıcaklık ölçüm yöntemleri
- Termal genleşme
- Maddenin çeşitli fazlarının termal genleşme özelliğinden yararlanma.
- Farklı genleşme katsayılarına sahip katı metal çiftleri, bi-metal mekanik termometreler için kullanılabilir. Bu prensibi kullanan bir başka tasarım da Breguet'nin termometresidir.
- Bazı sıvılar, kullanışlı bir sıcaklık aralığında nispeten yüksek genleşme katsayılarına sahiptir ve böylece bir alkol veya cıva termometresi için temel oluşturur. Bu prensibi kullanan alternatif tasarımlar ters termometre ve Beckmann diferansiyel termometresidir.
- Sıvılarda olduğu gibi gazlar da bir gaz termometresi oluşturmak için kullanılabilir. ⓘ
- Basınç
- Buhar basıncı termometresi ⓘ
- Yoğunluk
- Galileo termometre ⓘ
- Termokromizm
- Bazı bileşikler farklı sıcaklık değişimlerinde termokromizm sergiler. Böylece bir dizi madde için faz geçiş sıcaklıkları ayarlanarak sıcaklık, bir tür sayısallaştırma olan ayrık artışlarla ölçülebilir. Bu, sıvı kristal termometrenin temelini oluşturur.
- Bant kenarı termometrisi (BET)
- Bant kenarı termometrisi (BET), çok hassas optik (yani temassız) sıcaklık ölçümleri sağlamak için yarı iletken malzemelerin bant aralığının sıcaklığa bağımlılığından yararlanır. BET sistemleri özel bir optik sistemin yanı sıra özel veri analiz yazılımı gerektirir. ⓘ
- Kara cisim radyasyonu
- Mutlak sıfırın üzerindeki tüm nesneler, spektrumları sıcaklıkla doğru orantılı olan kara cisim radyasyonu yayar. Bu özellik pirometre veya kızılötesi termometre ve termografinin temelini oluşturur. Uzaktan sıcaklık algılama avantajına sahiptir; çoğu termometrenin aksine temas veya hatta yakınlık gerektirmez. Daha yüksek sıcaklıklarda, kara cisim radyasyonu görünür hale gelir ve renk sıcaklığı ile tanımlanır. Örneğin parlayan bir ısıtma elemanı veya bir yıldızın yüzey sıcaklığının yaklaşık olarak ölçülmesi. ⓘ
- Floresan
- Fosfor termometrisi ⓘ
- Optik absorbans spektrumları
- Fiber optik termometre ⓘ
- Elektriksel direnç
- Balco alaşımı gibi malzemeler kullanan direnç termometresi
- Termistör
- Coulomb blokaj termometresi ⓘ
- Elektriksel potansiyel
- Termokupllar kriyojenik sıcaklıklardan 1000°C'nin üzerine kadar geniş bir sıcaklık aralığında kullanışlıdır, ancak tipik olarak ±0,5-1,5°C'lik bir hataya sahiptir.
- Silikon bant aralıklı sıcaklık sensörleri genellikle ADC ve I2C gibi arayüzlerle birlikte entegre devrelerde paketlenmiş olarak bulunur. Tipik olarak ±0,25 ila 1°C aralığında doğruluklarla yaklaşık -50 ila 150°C aralığında çalışacak şekilde belirtilirler ancak gruplama ile iyileştirilebilirler. ⓘ
- Elektriksel rezonans
- Kuvars termometre ⓘ
- Nükleer manyetik rezonans
- Kimyasal kayma sıcaklığa bağlıdır. Bu özellik, genellikle metanol veya etilen glikol kullanılarak NMR problarının termostatını kalibre etmek için kullanılır. Bu durum, genellikle tanımlanmış bir kimyasal kaymaya (örneğin TMS için 0 ppm) sahip olduğu varsayılan ancak aslında sıcaklığa bağlı bir özellik sergileyen dahili standartlar için potansiyel olarak sorunlu olabilir. ⓘ
- Manyetik duyarlılık
- Curie sıcaklığının üzerinde, paramanyetik bir malzemenin manyetik duyarlılığı ters bir sıcaklık bağımlılığı sergiler. Bu olgu manyetik kriyometrenin temelini oluşturur. ⓘ
Uygulamalar
Termometreler, sıcaklığı ölçmek için bir dizi fiziksel etkiden yararlanır. Sıcaklık sensörleri, başta ölçüm sistemleri olmak üzere çok çeşitli bilimsel ve mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Sıcaklık sistemleri öncelikle elektriksel veya mekaniktir, bazen kontrol ettikleri sistemden ayrılamazlar (cam içinde cıva termometresinde olduğu gibi). Termometreler soğuk hava iklimlerinde karayollarında buzlanma koşullarının var olup olmadığını belirlemek için kullanılır. İç mekanlarda termistörler klimalar, dondurucular, ısıtıcılar, buzdolapları ve su ısıtıcıları gibi iklim kontrol sistemlerinde kullanılır. Galileo termometreler, sınırlı ölçüm aralıkları nedeniyle iç mekan hava sıcaklığını ölçmek için kullanılır. ⓘ
Bu tür sıvı kristal termometreler (termokromik sıvı kristaller kullanan) ruh hali halkalarında da kullanılır ve balık tanklarındaki suyun sıcaklığını ölçmek için kullanılır. ⓘ
Fiber Bragg ızgaralı sıcaklık sensörleri, reaktör çekirdek sıcaklıklarını izlemek ve nükleer erime olasılığını önlemek için nükleer enerji tesislerinde kullanılmaktadır. ⓘ
Nanotermometri
Nanotermometri, mikrometre altı ölçekte sıcaklık bilgisi ile ilgilenen yeni bir araştırma alanıdır. Geleneksel termometreler mikrometreden daha küçük bir nesnenin sıcaklığını ölçemez ve yeni yöntem ve malzemelerin kullanılması gerekir. Bu gibi durumlarda nanotermometri kullanılır. Nanotermometreler lüminesan termometreler (sıcaklığı ölçmek için ışık kullanıyorlarsa) ve lüminesan olmayan termometreler (termometrik özelliklerin doğrudan lüminesansla ilişkili olmadığı sistemler) olarak sınıflandırılır. ⓘ
Kriyometre
Özellikle düşük sıcaklıklar için kullanılan termometreler. ⓘ
Medikal
- Kulak termometreleri kızılötesi termometre olma eğilimindedir.
- Alın termometresi sıvı kristal termometreye bir örnektir.
- Rektal ve oral termometreler tipik olarak cıvalı olmuştur, ancak o zamandan beri yerini büyük ölçüde dijital okumalı NTC termistörlere bırakmıştır. ⓘ
Tarih boyunca Galileo termometresinden termal görüntülemeye kadar çeşitli termometrik teknikler kullanılmıştır. Cam içinde cıvalı termometreler, kızılötesi termometreler, hap termometreler ve sıvı kristal termometreler gibi tıbbi termometreler, bireylerin ateşi olup olmadığını veya hipotermik olup olmadığını belirlemek için sağlık bakım ortamlarında kullanılır. ⓘ
Gıda ve gıda güvenliği
Termometreler, 41 ve 135 °F (5 ve 57 °C) arasındaki sıcaklıklardaki gıdaların birkaç saat sonra gıda kaynaklı hastalıklara yol açabilecek potansiyel olarak zararlı seviyelerde bakteri üremesine eğilimli olabileceği gıda güvenliğinde önemlidir. Bu, soğutma sıcaklıklarının izlenmesini ve ısı lambaları veya sıcak su banyoları altında servis edilen gıdalardaki sıcaklıkların korunmasını içerir. Pişirme termometreleri bir gıdanın uygun şekilde pişirilip pişirilmediğini belirlemek için önemlidir. Özellikle et termometreleri, etin güvenli bir iç sıcaklığa kadar pişirilmesine yardımcı olurken aşırı pişirmeyi önlemek için kullanılır. Genellikle bimetalik bir bobin veya dijital okumalı bir termokupl veya termistör kullanılarak bulunurlar. Şeker termometreleri, kaynama sıcaklığına bağlı olarak bir şeker çözeltisinde belirli bir su içeriğine ulaşmaya yardımcı olmak için kullanılır. ⓘ
Çevresel
- İç-dış mekan termometresi
- Isı ölçer, ısı akış hızını ölçmek için bir termometre kullanır.
- Termostatlarda bimetalik şeritler kullanılmıştır, ancak dijital termistörler o zamandan beri popüler hale gelmiştir.
Alkol termometreleri, kızılötesi termometreler, cam içinde cıva termometreleri, kayıt termometreleri, termistörler ve Six termometreleri atmosferin ve okyanusların çeşitli seviyelerinde meteoroloji ve klimatolojide kullanılır. Uçaklar, uçuş yolları boyunca atmosferik buzlanma koşullarının mevcut olup olmadığını belirlemek için termometreler ve higrometreler kullanırlar. Bu ölçümler hava tahmin modellerini başlatmak için kullanılır. Termometreler soğuk iklimlerde karayollarında buzlanma koşullarının var olup olmadığının belirlenmesine yardımcı olmak için ve iç mekanlarda iklim kontrol sistemlerinde kullanılır. ⓘ