温度計

温度計

温度を測るため、複数の道具が存在しています。

物理

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シーン

温度計のタイプ

  • 非接触温度計
  • 熱膨張に基づく温度計
  • 液体温度計
  • バイメタル温度計
  • 気体温度計
  • 電気式温度計

温度計直接温度を測るのではなく、温度によって物質の特徴に置ける変化を測定します。

基本的に、温度計は三つの種類があります。

一つのタイプは物質の熱膨張をもとにします。熱膨張とは、温度が上がると、物質の体積も増加するので、体積の変化から温度求められます

二つ目のタイプは物質の電気特性温度によることを基本にしています。これらは電気式温度計と呼ばれています。

非接触温度計の動作は暖かい物が電磁放射を放射することに基づいています。その構成は温度によります。この方法では、直接触れずに物の温度が測定できます。

バイメタル温度計

温度が高くなると、物質を構成する粒子動きが速くなり、より大きな空間を取ることになります。所謂、物質の体積が増加します。これは大体の液体、気体と固体の特徴です。唯一の例外は水であり、水は0°Cと4°Cの間で異なって反応します。

熱膨張に基づく温度計がこの現象を利用します。

液体温度計の場合は、測定の範囲液体が凍結と沸騰しないように選ぶ必要があります。そのため、アルコールあるいは水銀を選択します。しかし、温度計が割れると、水銀の蒸気が健康被害をもたらすため、多くの国では水銀の使用が許可されていません

気体の氷点が低いため、気体温度計が主に低い温度を測定するために使われています。

金属温度計では正確に測るのは難しいですが、固体状の物質で行う熱膨張によって強い圧力がかかります。スイッチの動作にも使用されています。

バイメタル温度計は二枚のバイメタル板を溶接して生産されます。温度が変わると、異なる熱膨張の特徴がある溶接したメタル板は歪み、電気スイッチをつけたり、消したりするために使われています。このタイプの温度計が階段室のタイマースイッチの動作、電気アイロンの温度調整、自動車のエンジンを冷却する温度を調整する温度自動調節器に使用されています。

気体温度計

液体温度計

電気式温度計

電気式温度計を使って精密な測定ができます。サイズが小さいので、測定する物体の温度影響が少ないです。

電気式温度計が三つのタイプがあります:抵抗温度計サーミスタサーモカップル

抵抗温度計が金属の抵抗温度によることに基づいています。金属の抵抗性は温度が高くなると、上がります。抵抗が非常に精密に測ることができるので、温度も精密に測定できます。

サーミスタは抵抗温度計と異なって、半導体物質からできています。このため、温度により敏感です。

サーモカップル二本の異なる金属製ワイヤを溶接してできています。二つの金属の表面接触している場所で、電圧が発生します。その理由とは、金属によって価電子のエネルギー準位が異なるので、平衡状態になるまでエネルギー準位が高い電子が他の金属に移動します。発生した電圧が温度によるので、電圧をはかることによって温度も測定できます。サーモカップルを使ってサーミスタよりも幅広い範囲で温度の測定が出来ます。

非接触温度計

パイロメーター赤外線放射温度計が物体と距離を開けても温度を測ることが可能です。

これらの温度計は接触が困難な物体、あるいはほかの温度計が使えないほど高温のもの(融解した金属など)の温度を測定するに使用されます。建物の熱損失の場所を探すにも便利です。

非接触温度測定の基本とは、物体に放射される電磁波放射線強さ構造が温度によります。この放射の大部分は電磁セペクトルの目に見えない赤外部に占めています。しかし、温度が600°C以上の白熱する物体が目に見える光線も放射します。

非接触温度計には光学系探知器信号処理ユニットで構成されています。物体の表面のどの部分の温度が測定されているかより精密にわかるため、レーザーポインターが追加で組み込まれているのも珍しくありません。

非接触温度計の中で、入射放射線の強さを測るものもあります。温度計との距離をわかると、物体の温度も推定できます。測定される物体は温度が低く測定しないため、測定器のレンズの視野を完全に満たす必要があります。

他の種類の非接触温度計は入射放射線の強さではなく、その温度の独特波長の構成を測定します。実際、入射放射線の強さは表面の大きさと測定器との距離にもよります。物体の温度が高ければ高いほど、最も強い放射の波長が短いです。物体のが放射する線を変形させ、そして他の要因も影響があります。例えば、空気に埃が多いと、温度が精密に測定できなくなります

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