Термометрия: какие термометры существуют для измерения температуры тела, их преимущества и недостатки

Общие сведения о приборе

Пирометр — это очень простой и удобный в работе прибор. Для того чтобы измерить температуру выбранного объекта, достаточно просто направить на него устройство. Оно мгновенно определяет степень нагрева и выдаёт показания.

Преимущества и недостатки

Прибор пирометр, как и большинство изобретённых устройств, имеют свои достоинства и недостатки. Они обуславливаются особенностями устройства и условиями применения.

К преимуществам можно отнести следующие:

Простота конструкции и малые габариты. Пирометры используются довольно часто, поэтому малые размеры позволяют носить их даже в самом небольшом кармане или специальной сумке.
Низкая стоимость. Использование минимального количества деталей в конструкции позволяет производителям выпускать приборы в большом объёме и продавать их по низкой цене.
Высокая надёжность. Аппарат отличается хорошей работоспособностью, что незаменимо при использовании его в экстремальных условиях.
Широкий диапазон измерения. Большинство современных пирометров позволяют определять температуру объекта в пределах от 10 до 800 градусов. В выпущенных под конкретные задачи устройствах этот показатель может достигать и более высоких значений.

Среди недостатков можно выделить такие:

Зависимость прибора от излучательной способности объекта. При измерении температуры у одинаково нагретого блестящего и тёмного предмета будут получаться разные показатели.
Пирометр может выдавать неправильные показания из-за структуры поверхности объекта исследования, его физического состояния и наличия защитных покрытий.
Откорректировать показатели и установить погрешность можно только на самых новых приборах. Старые аппараты такой функцией не обладают.
На точность измерений влияет расстояние. Чем оно больше, тем выше вероятность выдачи неправильных показателей.

Сферы применения

Пирометры широко используются на производстве, где установлено много нагревательных приборов. С их помощью проверяется температура теплотрасс, бойлеров, паропроводов и обрабатываемых деталей. Электрики этим прибором проверяют степень нагрева кабелей, трансформаторов и мест соединения проводов, а металлурги — печей, станков, прессов.

Не обошли вниманием пирометр и автомастера. Им они проверяют нагрев электродвигателя и прочих деталей машины

В пищевой промышленности такие устройства используют для получения точных сведений о температуре хранения тех или иных продуктов питания.

Бесконтактные пирометры иногда используют для особых случаев. Среди них стоит отметить следующие:

Необходимость провести быстрое измерение (при пожарах и прочих непредвиденных ситуациях).
Исследование предметов или деталей, обладающих низкой теплоёмкостью.
Следить за степенью нагрева объектов, к которым запрещено прикасаться руками или какими-либо устройствами.
Измерение температуры тонкого поверхностного слоя изделия или очень маленькой его детали.
Контроль за степенью нагрева заготовки при изготовлении деталей особой важности.
Исследование объектов, которые работают от электрической энергии.
Необходимость определения температуры быстро движущегося объекта.
Проверка степени нагрева труднодоступных узлов или отдельных его деталей.

Технические характеристики

У инфракрасного пирометра, как и у любого прибора, имеются свои технические характеристики. При выборе той или иной модели человек опирается именно на них. Самые важные из них мы сейчас и опишем более подробно.

Оптическое разрешение

Этот параметр определяет площадь объекта, где нужно измерить температурный показатель. Этот показатель полностью зависит от угла объектива аппарата. Чем больше этот угол, тем площадь измерения температуры будет значительнее. Но при этом ещё учитывается и расстояние до поверхности измерения. Основным условием точного результата является наложение пятна исключительно на материал поверхности. Значение температурного показателя будет неточным при превышении площади.

Оптическим разрешением называют величину отношения диаметра пятна устройства к расстоянию до объекта. Оно может колебаться, в зависимости от модели прибора, от (2:1) до (600:1). Величина (600:1) относится к профессиональным приборам измерения, которые применяются для того, чтобы снять показатели нагрева поверхности материала в тяжёлой промышленности. Для полупрофессиональных и бытовых приборов оптимальным показателем является величина, равная (10:1).

Рабочий дизайн

Эта характеристика определяется параметрами пирометрического датчика. Для большинства приборов он колеблется в пределах от (—30) до (+360) градусов. Практически все виды пирометров можно применять для бытовых целей с учётом того, что максимальная температура в системе отопления может быть (110) градусов.

Погрешность и коэффициент излучения

Эта характеристика в зависимости от точности настроек прибора указывает степень колебаний значений температурного режима. В среднем от нормированного показания допускаются отклонения в пределах 2%.

Коэффициент излучения — это отношение мощности теплового излучения при определённом температурном показателе к такому же параметру эталонного тела, который имеет абсолютно чёрный цвет. Для материалов неблестящих он составляет 0,9−0,95. Именно по этой причине многие оборудования дистанционного измерения температурного показателя настроены на такое число.

Но если попробовать ими измерить, насколько нагрета поверхность алюминиевая, то на индикаторе значение будет от фактического отличаться значительно.

Многие модели для точности измерения оборудованы лазерной указкой. Располагается световое пятно не в центре, а обозначает оптимальную границу измеряемой области.

Электронные контактные

Электронные контактные – при бледной лихорадке они врут несколько сильнее ртутных. Это и понятно – их принцип действия предполагает, что если температура датчика за определенный минимальный период времени не нарастает – можно останавливать измерение и пищать, но при спазме периферии — датчик нагревается медленнее обычного.

Дистанционные ИК термометры (ушные, иные, всякие) – при бледной лихорадке у детей врут запредельно (мой личный опыт и личный опыт коллег по СП, на достоверности которого не настаиваю).

В заключение – об относительной новинке, контактном электронном термометре для непрерывного мониторинга Xiaomi Miaomiaoce Smart.

По отзывам реальных пользователей (мои пациенты) – есть много достоинств.

А. Действительно удобно – данные термометра непрерывно передаются на смартфон с предустановленным приложением, где их удобно смотреть, не включая свет. Можно даже установить аларм, привязанный к определенному значению температуры.
Б. Термометр не надо «ставить» — он просто клеится специальным пластырем к грудной клетке в области подмышечной впадины.

Но вот о точном соответствии данным ртутного термометра – у меня нет данных.

Дополнительные недостатки, выявленные пациентами:

А. Не работает обещанные производителем 420 часов. Возможно – некорректно работает «отключатель» в коробочке, возможно – забывают девайс класть именно в нее, возможно – классика китайского жанра. Если не учитывать возможность самостоятельной смены батарейки и учитывать реальную (значительно большую, чем означенную в обзоре 1 ТЫР)стоимость девайса – получается накладно.
Б. Учитывая происхождение и нелегальную продажу в РФ (легально разрешен к продаже только в Китае) – желательно периодически поверять ртутным термометром.
В. Будучи приклеенным – нередко ОТВАЛИВАЕТСЯ. При этом – никакого аларма, ребенок высоко лихорадит, родители продолжают спокойно спать.

Уф, вроде – все.

Garin IT-2

Прибор позволяет измерить температуру тела, воздуха и поверхностей. Судя по откликам владельцев, погрешность у модели минимальная при замерах на расстоянии от 10 до 15 см от лба, уха или подмышечной впадины.

С эргономичностью у гаджета также все в порядке. Термометр удобно держать в руке, а на большом дисплее все данные хорошо читаются. Порадовало и качество сборки. При своей стоимости, а это около 1400 рублей, прибор выглядит монолитно и не рассыпается в руках, как конкурирующие китайские модели. Никаких люфтов, зазоров и прочих недочетов пользователи в своих отзывах не отмечают.

Прибор питается от двух батареек типа ААА (мизинчиковые), которых хватает примерно на полгода. Если поставить хорошие аккумуляторы такого же типа, то автономное время работы можно растянуть и на больший срок.

Типы по материалам

Несмотря на то что с момента появления первых термометров прошло свыше 400 лет, тем не менее эти приборы и по сей день продолжают совершенствоваться. Промышленность постоянно предлагает все новые устройства, основанные на принципах действия, не используемых ранее.

Жидкостные

Такие термометры имеют самую давнюю историю. Принцип их действия базируется на особенностях расширения жидкости при любых измерениях температурных параметров. В процессе нагревания жидкость, в соответствии с законами физики, расширяется, а при охлаждении, наоборот, сжимается.

Устройство представляет собой колбу из стекла, наполненную действующим веществом, ее прикладывают к расположенной внутри шкале в форме линейки. Температура определяемой среды вычисляется по приведенной шкале — высота столбика жидкости отражает соответствующий параметр.

Наиболее распространены ртутный, спиртовой и керосиновый.

Подобные приборы относятся к высокоточным, погрешность их замеров не превышает 0,1 гр.

В зависимости от наполнения этот градусник может высчитывать температуру в границах от 0 до +700 гр., однако при падении он может расколоться.

Газовые

Эти термометры функционируют по тому же механизму, что и жидкостные, но они наполнены инертным газом. За счет этого можно существенно увеличить рабочий диапазон измеряемых параметров. Как правило, наибольшее значение на таких устройствах находится в границах от +270 до +1000 гр. Чаще всего газовые термометры используются для определения степени нагрева горючих веществ.

Механические

Подобные градусники работают от деформации спирали из металла. Их оборудуют стрелкой, потому визуально напоминают обычные стрелочные часы. Чаще всего устанавливаются на панельных приборах автомашин и спецтехники. Основное их преимущество — прочность. Им нестрашны удары и встряски, чего не скажешь о стеклянных моделях.

Электрические

Подобные приборы функционируют, основываясь на мониторинге изменения параметров сопротивления проводника в разных средах. Сопротивляемость в момент передачи тока будет тем выше, чем горячее будет металл.

Границы чувствительности таких приборов разнятся. Все зависят от вида металла-проводника. Так, для меди они соответствуют -50-+180 гр. изделия на платине вычисляют значения в диапазоне от -200 до +850 гр. — именно их обычно используют в научных лабораториях.

Термоэлектрические

Такой градусник имеет пару проводников, способных измерять температурные показатели по физико-механическому принципу. Они имеют довольно широкий функциональный диапазон: от -100 гр. до +2000, при этом погрешность замеров никогда не превышает 0,1 гр. В основном нашел свое применение в промышленности, когда нужно определить температуры выше 1000 гр.

Инфракрасные

Наиболее известное название агрегата – пирометр, и он стал одним из новых изобретений. Максимальная граница может быть в температурном промежутке от +100 до +3000 гр. Такие градусники позволяют производить замеры без взаимодействия с измеряемой средой — устройство самостоятельно посылает ИК-лучи на нужную поверхность, и вскоре на мониторе отображается температура. Однако точность таких измерений никак нельзя назвать высокой — полученные показатели отличаются от реальных на 2–3 гр. Такие приборы актуальны при выполнении работ с металлом в корпусе мотора, горне и других труднодоступных местах.

Волоконно-оптические

Как и следует из названия, эти термометры выполняются из оптоволокна. Это особо чувствительные датчики, измеряющие температуру в границах до +400 гр. Принцип действия базируется на использовании натянутого оптического волокна, которое под действием изменяющейся температуры может либо сжиматься, либо растягиваться. Проводимый через него поток света преломляется, это фиксируется датчиком, который и сопоставляет степень преломления с параметрами нагрева внешней среды.

Бесконтактные способы измерения

Получить необходимые данные можно и без непосредственного контакта с пациентом. Это стало возможным с помощью инфракрасных термометров, которые появились не так давно. Их принцип основан на определении величины тепла от диагностируемого человека с дальнейшим преобразованием информации в электрический сигнал. Инфракрасные термометры дают уровень погрешности в пределах 0,1–0,2 градуса.

Бесконтактные способы измерения температуры позволяют получить необходимые данные за 1–3 секунды. Для этого достаточно поднести прибор ко лбу даже спящего человека. Эта процедура уменьшает вероятность передачи инфекции через прибор, так как отсутствует прямой физический контакт. Поэтому этот способ идеально подходит для общественных учреждений: больниц, мед. кабинетов, школ, садиков.

Как правильно хранить термометры

Чтобы термометр прослужил как можно дольше, его необходимо не только правильно использовать, но и хранить. В медицинском учреждении после измерения температуры необходимо:

Промыть градусник под струей воды.
В емкость на дно положить вату, чтоб не допустить разбивания термометра об стекло, налить дезинфицирующий раствор (0,1 % «Хлормикс» или 0,1 % «Хлороцид»).
Поместить в раствор градусники на час.
Затем достать, промыть под проточной водой и протереть насухо.
Уложить термометры в другую емкость с дезинфицирующим раствором и пометить, что это чистые градусники.

Если говорить про электронные медицинские термометры, то после использования их достаточно протереть одним из дезинфицирующих растворов

При выборе такого состава важно учитывать, из какого материал изготовлен корпус градусника. Чаще всего он бывает из пластмассы, а наконечник из металла, в котором и располагается термоэлемент

Градусник в домашних условиях, как правило, не помещают в дезинфицирующие растворы, но после использования необходимо промыть водой, вытереть насухо и хранить в специальном футляре, чтобы избежать разбивания.

Совет. Нельзя промывать ртутный градусник под струей горячей или теплой воды, это может вызвать его поломку.

Чтобы продезинфицировать термометр в домашних условиях достаточно использовать антисептический раствор, который можно приобрести в аптеке.

Несмотря на кажущуюся простоту прибора, его правильная работа все равно зависит от алгоритма использования. Любые отклонения от правил хранения и измерения могут привести к получению неточных результатов.

История

Температура не может быть измерена непосредственно. В связи с этим термометрия в своём развитии прошла долгий и сложный путь для достижения единства температурных измерений. С давних времён известен метод качественной оценки температуры с помощью осязательных ощущений. Отсюда возникли понятия: горячий, тёплый, холодный. На основе чувственного восприятия природных явлений появились понятия: зимний холод, летняя жара, вечерняя прохлада, красное и белое каление, жар (в отношении повышенной температуры тела при заболевании).

В средних веках неоднократно был описан опыт, в котором предлагалось подержать одну руку в горячей воде, а другую ─ в холодной, после чего погрузить обе руки в смешанную воду. В результате первая рука ощущала смешанную воду как холодную, а вторая ─ как тёплую. Несмотря на высокую чувствительность организма к изменению температуры тела (до ,1K{\displaystyle 0,1K}) количественное измерение температуры с помощью наших ощущений невозможно, даже в очень узком диапазоне.

Потребность в измерении температуры в познавательных и прикладных целях возникла в середине XVI столетия. Для таких измерений необходимо было воспользоваться функциональной зависимостью от температуры какого-нибудь, известного из наблюдений, параметра. Способность воздуха расширяться при нагревании была известна ещё в l веке Герону Александрийскому. Этим он объяснял почему огонь поднимается вверх. В 1597 г. Галилей предложил для температурных исследований термоскоп, который состоял из заполненного воздухом стеклянного баллончика, соединённого тонкой трубкой с сосудом, заполненным окрашенной жидкостью. Изменение температуры баллончика вызывало изменение уровня окрашенной жидкости. Существенным недостатком таких термометров была зависимость их показаний от атмосферного давления. Конструкцию термометра, подобного современным жидкостным стеклянным термометрам, связывают с именем ученика Галилея герцога тосканского Фердинанта ll. Термометр представлял собой заполненный спиртом запаянный стеклянный сосуд с вертикально расположенным указательным капилляром. Деления градусов были нанесены эмалевыми капельками непосредственно на трубку капилляра.

Метрологическая основа термометрии была заложена падуанским врачом Санторио. Используя термоскоп Галилея он ввёл две абсолютные точки, которые отвечали температуре при снегопаде и температуре в самый жаркий день, и регламентировал систему проверки, по которой все флорентийские термометры градуировались по образцовому санкорианско-галилеевскому прибору. В начале XVIII столетия было выдвинуто ряд предложений, касающихся привязки термометрической шкалы к нескольким легко и надёжно воспроизводимым точкам, которые в дальнейшем получили название «реперных».

Значительная роль в становлении температурных измерений принадлежит Фаренгейту. Он впервые применил ртуть в качестве термометрического тела и создал воспроизводимую температурную шкалу. В шкале Фаренгейта за нуль принята температура смеси снега с нашатырём, а вторая точка соответствовала температуре тела здорового человека. Температура таяния льда в окончательном варианте шкалы составляет 32 градуса, температура тела человека ─ 96 градусов, а температура кипения воды, которая вначале была производной величиной, равна 212-ти градусам. Фаренгейту, который также был успешным предпринимателем, удалось впервые наладить серийное производство унифицированных термометров. Шкала Фаренгейта до сих пор используется в США для технических и бытовых измерений температуры.

В 1742 г. шведский математик и геодезист Цельсий предложил разбить в ртутном термометре диапазон между точками таяния льда и кипения воды на 100 равных частей. В первом варианте шкалы за 0 градусов была принята точка кипения воды, а за 100 градусов ─ точка плавления льда. В 1750 г. эта шкала была «обращена» одним из учеников Цельсия Стреммером. До начала XX века была также распространена шкала Реомюра, предложенная в 1730 г. французским зоологом и физиком Реомюром. Реомюр использовал в качестве термометрического тела 80 % раствор этилового спирта. Один градус шкалы Реомюра, как и у флорентийского термометра соответствовал изменению объёма жидкости на одну тысячную часть. За начало отсчёта была принята точка таяния льда, а температура кипения воды равнялась 80 градусам.

В 1848 г. Томсон (Кельвин) предложил абсолютную термодинамическую шкалу, которая в отличие от эмпирических шкал не зависит от свойств термометрического тела. Подробнее: Термодинамическая температура.

Технические характеристики

Как и любой прибор измерения, работа инфракрасного пирометра характеризуется определенными параметрами. Выбор определенной модели осуществляется по их значениям. Рассмотрим самые важные из них.

Оптическое разрешение

Он определяет площадь объекта, на поверхности которого измеряется температура. Он напрямую зависит от угла объектива устройства. Чем он больше, тем значительнее будет площадь измерения температуры. При этом учитывается расстояние до объекта.

Главным условием проведения точного измерения является наложение пятна только на материал поверхности. В случае превышения площади значение температуры будет неточным. Оптическое разрешение – это величина отношения диаметра пятна прибора к расстоянию до объекта. В зависимости от модели оно может быть равным от 2:1 до 600:1. Последнее относится к классу профессиональных устройств, применяемых для снятия показаний нагрева поверхности в тяжелой промышленности. Для бытовых и полупрофессиональных пирометров оптимальный показатель равен 10:1.

Рабочий диапазон

Определяется параметрами пирометрического датчика. В большинстве случаев он составляет от -30°С до 360°С. Учитывая, что теплоноситель в системе отопления может иметь максимальную температуру до 110°С, для бытовых целей можно применять практически все виды пирометров.

Погрешность

Указывает степень колебаний значений температуры в зависимости от точности настроек устройства. В среднем допускаются отклонения около 2% от нормированного показания.

Коэффициент излучения

Это отношение мощности температурного излучения при текущей температуре к такому же параметру эталонного абсолютно черного тела. Для неблестящих материалов он составляет 0,9-0,95. Поэтому большинство устройств дистанционного измерения температуры настроены именно на это значение. Однако, если попытаться ими измерить степень нагрева поверхности блестящего алюминия, то значение на индикаторе будет значительно отличаться от фактического.

Для точности измерения многие модели оборудуются лазерной указкой. Световое пятно располагается не в центре, а указывает оптимальную границу области измерения.

Как пользоваться

После приобретения прибора необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией. Несмотря на несложные правила эксплуатации, неправильные действия могут привести к значительным искажениям температурных значений. Порядок измерения степени нагрева материала с помощью пирометра:

Включить устройство.
Направить раструб на измеряемую поверхность.
С помощью лазерной указки определить границу пятна измерения.
После активации на экране появятся значения температур. В зависимости от модели они могут быть записаны в память устройства или будут заменены значениями следующих измерений.

Как видно, на практике пирометром может пользоваться каждый. Поэтому он становится обязательным прибором измерения для работников компаний, занимающихся проектированием и монтажом автономных систем отопления.

Лучшие модели

Фирма «Росма» может предложить термометр БТ-211. Это осевое устройство на базе биметаллических элементов. Аппарат подходит для работы с жидкостями, газами и парами. Для работы в агрессивной среде применяется дополнительно защитная гильза из нержавеющих марок стали. Измеряемая температура от -10 до +60 градусов.

Прочие сведения:

уровень стойкости IP43;
корпус из нержавеющей стали;
алюминиевый черный циферблат;
минеральное стекло;
интервал между поверками 36 месяцев;
климатическая группа С2 соответственно ГОСТ Р 52931.

Среди моделей с электроконтактной приставкой и универсальным присоединением выделяется «Росма БТ-54.220». Это стойкое к коррозии устройство. Конструкция использует резьбу на штоке. Аппарат отлично работает в агрессивной окружающей среде.

Устройство может быть дополнено гильзой на основе нержавеющей стали. Применяют его в:

химической отрасли;
нефтехимии;
машиностроении.

Основные параметры:

рабочие температуры от -60 до 60 градусов;
погружная часть длиной от 0,064 до 0,3 м;
двухконтактная электрическая схема;
предельный ток 1 ампер;
корпус из нержавеющей стали;
байонетное кольцо из нержавеющей стали.

Для многих людей может подойти модель RST DT851. Шведский производитель рассчитал эту конструкцию на измерение высокой температуры. Диапазон измерения от -50 до 300 градусов. Отклонение измерения составляет не более 0,1 градуса. Длина термического щупа – 0,125 м; для питания используется 2 батарейки напряжением 1,5 В.

Оконные термометры от RST имеют прозрачный дисплей. Они могут быть поставлены на стекло или на раму с помощью двустороннего скотча со всепогодной устойчивостью. При изготовлении экранов постарались уменьшить отсвечивание до предела. Изображаемые цифры крупные и хорошо видны. Электронная техника RST способна показать максимальную и минимальную температуру за сутки, спрогнозировать появление гололеда.

Модель 01077 в длину достигает 0,07 м, а в ширину – 0,098 м. Диапазон замера составляет от -30 до +70 градусов. Для питания используется единственная батарейка стандарта АА.

Wika – тоже неплохая фирма. Она может предложить, к примеру, биметаллическую модель А48. Этот термометр отлично применяется в кондиционерах, холодильниках и вентиляционных средствах. Класс точности – 2. Диапазон замеров от -30 до +120 градусов.

Testo может предложить одноканальный термометр модели «925». Устройство внесено в государственный федеральный реестр средств измерения. Система рассчитана на эксплуатацию в отопительных и вентиляционных контурах. Для работы нужны быстродействующие, абсолютно надежные зондирующие термопары. Есть возможность использования защитного чехла, позволяющего измерять температуру в загрязненных местах.

Все сведения, установленные прибором, не только выводятся на экран – их можно и распечатать. Предусмотрено задание критических значений температуры (верхнего и нижнего); при выходе показателей за эти рамки звучит сигнал тревоги. Зонд придется приобрести дополнительно. При помощи кнопки Hold измерения останавливаются, фиксируется текущий показатель. Крупный экран снабжен системой подсветки.

Для пищевой отрасли подойдет Testo 106. Это термометр для фиксации внутренней температуры продуктов. Наконечник весьма тонок и прочен. Аппарат подойдет для столовых, ресторанов, супермаркетов. Пригодится он и в домашнем хозяйстве.

Основные особенности:

защитный чехол;
соответствие нормам HACCP, EN 13485;
возможность задания верхнего и нижнего значений;
возможность работы в жидких, вязких и полужидких веществах;
распознавание последнего значения в автоматическом режиме;
оставление только слегка заметных проколов.

Устройство и принцип действия

Основу структуры пирометра составляет детектор инфракрасного излучения. Данные преобразуются посредством встроенной электронной системы и отображаются на дисплее.

Типовой пирометр по форме напоминает пистолет с небольшим дисплеем. Компактная панель управления, наводка лазером и высокая точность при близком взаимодействии с объектом объясняют востребованность инструмента среди работников инженерных и технических сфер.

Основными рабочими элементами пирометра считают линзу, приёмник, а также дисплей, на который выводится результат измерения. Принцип действия пирометра следующий: от изучаемого объекта исходит инфракрасное излучение и посредством линзы оно фокусируется и отправляется в приемник (термобатарея, полупроводник, термопара).

Если используется термопара, в момент нагрева приемника меняется напряжение. Сопротивление — в случае использования полупроводников. Эти изменения преобразуются в показания температуры.

Для того, чтобы провести измерение, необходимо просто навести пирометр на объект, привести его в действие и отметить полученный результат. Используя специальную кнопку, вы можете регулировать формат измерения температуры — по шкале Цельсия или Фаренгейта.