Công cụ đo nhiệt độ

Nhiệt kế là thiết bị dùng để đo nhiệt độ. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự nở ra khi nóng và co lại khi lạnh, chẳng hạn như nước sẽ nở ra và bay hơi khi nóng, hoặc co lại và đóng thành băng khi lạnh.

Nhiệt kế điện tử hoạt động với một thanh kim loại mỏng, có khả năng co dãn theo nhiệt độ. Khi có tín hiệu điện, nó sẽ tạo ra tần số hoặc bước sóng khác nhau để xác định nhiệt độ.

Một nhiệt kế gồm hai phần chính: phần cảm biến nhiệt độ (như bầu chứa thủy ngân hoặc rượu trong nhiệt kế) và phần hiển thị kết quả (như thang chia độ trên nhiệt kế).

Trong ngành công nghiệp, các loại nhiệt kế thường sử dụng thiết bị điện tử để hiển thị kết quả, chẳng hạn như máy tính.

Nhiệt kế điện tử thường được lắp đặt trên các bảng đồng hồ kiểu Lịch Vạn niên hoặc trong các thiết bị y tế đo nhanh, sử dụng cảm biến bán dẫn để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số (ADC) và hiển thị kết quả số.

Giai đoạn phát triển

Nhiều nhà phát minh nổi tiếng như Avicenna, Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei và Santorio Santorio đều đóng góp vào sự phát triển của nhiệt kế. Đây không phải là một phát minh đơn lẻ, mà là kết quả của quá trình phát triển lâu dài.

Philo và Hero of Alexandria đã phát hiện ra rằng một số chất, đặc biệt là không khí, co lại hoặc giãn ra khi nhiệt độ thay đổi. Nguyên lý này được áp dụng để chế tạo các thiết bị đo nhiệt độ không khí vào thế kỷ XI bởi Avicenna và được mở rộng trong thế kỷ XVI và XVII bởi nhiều nhà khoa học châu Âu, trong đó có Galileo Galilei.

Bản vẽ đầu tiên của nhiệt kế được công bố vào năm 1617 bởi Giuseppe Biancani, sau đó được Robert Fludd cải tiến vào năm 1638. Đó là một ống thẳng đứng với một bầu ở phía trên, nhúng vào nước, và mực nước bên trong được điều chỉnh bởi sự co giãn của không khí, nên nó còn được gọi là nhiệt kế không khí.

Nhiều người như Francesco Sagredo và Santorio Santorio đều đã thiết kế thang đo cho nhiệt kế vào khoảng năm 1611 đến 1613.

Các dụng cụ đo trước đây thường mắc phải nhược điểm là vừa đo nhiệt độ vừa nhạy cảm với sự thay đổi áp suất không khí. Vào khoảng năm 1654, Ferdinando II de' Medici đã chế tạo nhiệt kế hiện đại bằng cách hàn kín phần ống chứa chất lỏng, giúp nó chỉ phản ứng với sự giãn nở của chất lỏng mà không bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí. Nhiều nhà khoa học sau đó cũng đã thử nghiệm và cải tiến các loại chất lỏng khác cho nhiệt kế.

Mặc dù các nhà phát minh và nhiệt kế khác nhau không tuân theo một chuẩn chung, vào năm 1665, Christiaan Huygens đề xuất dùng điểm nóng chảy và điểm sôi của nước làm chuẩn. Đến năm 1694, Carlo Renaldini khuyến nghị sử dụng chúng như các điểm cố định trên các thang đo. Isaac Newton đã thiết kế một thang đo có 12 độ giữa điểm nóng chảy của nước và nhiệt độ cơ thể vào năm 1701. Cuối cùng, vào năm 1724, Daniel Gabriel Fahrenheit phát minh ra thang đo nhiệt độ Fahrenheit, nhờ vào việc sử dụng nhiệt kế thủy ngân với độ co giãn cao, giúp tạo ra các thang chia nhỏ hơn và dễ sản xuất hơn. Vào năm 1742, Anders Celsius đã giới thiệu thang đo Celsius với điểm 0 ở điểm nóng chảy của nước đá và 100 ở điểm sôi của nước, thang đo này sau đó được sử dụng rộng rãi và có chút điều chỉnh.

Vào năm 1866, Thomas Clifford Allbutt phát minh ra nhiệt kế y tế mới, giúp đo nhiệt độ cơ thể chỉ trong 5 phút, nhanh hơn nhiều so với 20 phút của các thiết bị trước đó.

Các loại nhiệt kế

Nhiệt kế chuyên dụng

• Nhiệt kế đảo: Dùng để đo nhiệt độ nước biển ở các độ sâu khác nhau với cấu tạo đặc biệt để đo chính xác nhiệt độ ở các tầng nước sâu. Cột thủy ngân sẽ ngắt khỏi bầu khi nhiệt kế được kéo lên và hiển thị nhiệt độ đã đo.
• Nhiệt kế độ sâu (hay còn gọi là nhiệt kế sâu): Đo phân bố nhiệt độ theo độ sâu trong hải dương học, sử dụng bộ cảm biến thủy ngân hoặc dầu xilen.
• Nhiệt kế tiếp điểm: Đo và điều chỉnh nhiệt độ tự động dựa trên nguyên lý đóng mở mạch khi chất lỏng tiếp xúc với tiếp điểm. Thường dùng cho các lò và tủ sấy với nhiệt độ dưới 500°C.
• Cao kế điểm sôi: Chuyên đo các nhiệt độ cao như điểm sôi của các chất lỏng.
• Nhiệt biểu thường (hay nhiệt ký thường): Được sử dụng để đo nhiệt độ tại thời điểm quan trắc, thuộc loại nhiệt biểu chất lỏng. Thay đổi nhiệt độ môi trường làm thay đổi thể tích chất lỏng trong bầu cảm ứng, từ đó xác định nhiệt độ qua thang chia độ. Thông tin cấu tạo gồm:
• Vỏ bảo vệ: Thủy tinh.
• Bầu cảm ứng: Bộ phận tiếp xúc với môi trường chứa chất lỏng như rượu hoặc thủy ngân.
• Ống vi quản: Hiển thị sự thay đổi của chất cảm ứng, là ống thủy tinh rỗng, một đầu bịt kín và đầu kia thông với bầu cảm ứng.
• Thang chia độ: Vạch chia để đo mức độ thay đổi của chất cảm ứng, thường chia theo hệ bách phân, với vạch cao nhất là điểm sôi của nước và vạch thấp nhất là điểm đóng băng của nước.

Ghi chú

• Về lịch sử của nhiệt kế - Lưu trữ ngày 22-01-2020 trên Wayback Machine - Nhiệt kế - Lịch sử sớm, Anders Celsius, Gabriel Fahrenheit và Thomson Kelvin.
• http://jnnp.bmjjournals.com/cgi/content/full/74/10/1443

Liên kết ngoài

• Lịch sử đo nhiệt độ và nhiệt kế - Lưu trữ ngày 06-03-2005 trên Wayback Machine
• Công nghệ Nhiệt kế và Cảm biến
• Nhiệt kế điện tử với cổng song song và NE555
• Hướng dẫn tự tạo nhiệt kế