Сущность и виды термометров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра «Кафедра клинической лабораторной диагностики, аллергологии и иммунологии»

РЕФЕРАТ

На тему: «Термометрия. Виды термометров»

Гомель 2023

Термометрия, виды и устройство термометров

Термометрия (греч. «thermз» - теплота, и «metreф» - измерять) -- совокупность методов и способов измерения температуры, в том числе, температуры тела человека.

Различают градусы Фаренгейта (°F), Реомюра (°R), Цельсия (°С), температурную шкалу Кельвина (К).

Температурная шкала Фаренгейта

Немецкий физик Габриель Фаренгейт (1686-1736), разработавший спиртовой термометр (1709) и ртутный термометр (1714), предложил первую температурную шкалу, названную его именем. В качестве нижней опорной точки (0°F) он использовал температуру замерзания солевого раствора, самую низкую воспроизводимую температуру в то время, а в качестве верхней точки использовалась температура тела человека (96°F).

Температурная шкала Реомюра

В 1730 году французский естествоиспытатель Рене Реомюр (1683-1757), предложил свою температурную шкалу. Согласно этой температурной шкале, один градус равнялся 1/80 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении. Спустя несколько десятков лет эта температурная шкала практически вышла из употребления.

Температурная шкала Цельсия

Всем нам знакомая десятичная температурная шкала была предложена в 1742 г. шведским физиком Андерс Цельсием (1701-1744). Опорные точки соответствовали температурной шкале Реомюра, но 1 градус равнялся 1/100 разности температур кипения воды и таяния льда.

Температурная шкала Кельвина

И, наконец, в начале 19-го века английский учёный Уильям Томсон, предложил температурную шкалу, которая стала впоследствии основой для международного стандарта современной термометрии. Одновременно Кельвин обосновал понятие абсолютного нуля температуры, при котором прекращается любое тепловое движение. Именно от этого абсолютного нуля и отсчитываются температуры по шкале Кельвина.

Перевести температуру из одной температурной шкалы в другую можно, если знать, что 0°С соответствует 32°F и 273,15 К, а 100°С равнозначны 212°F и 373,15 К. Например, 36,6°C = 97,9°F; 37,0°C = 98,6°F; 38,0°C = 100,0°F.

В медицинской практике в нашей стране и большинстве других стран для термометрии используется шкала температур Цельсия, однако в США и Великобритании продолжают пользоваться шкалой Фаренгейта.

Все методы измерения температуры делят на контактные, основанные на передаче тепла прибору, измеряющему температуру путем непосредственного контакта, и бесконтактные, когда передача тепла прибору осуществляется путем излучения через промежуточную среду, обычно через воздух. Соответственно приборы для измерения температуры (термометры) подразделяются на контактные и бесконтактные. Главное место в медицинской практике занимает контактная термометрия, основным достоинством которой является надежность передачи тепла от объекта термочувствительному звену термометра.

Для измерения температуры тела существует несколько моделей термометров. Наибольшее распространение получили следующие виды термометров:

ртутные

электронные

жидкокристаллические

Для измерения температуры тела используют, главным образом, медицинский ртутный (максимальный) термометр, относящийся к жидкостным термометрам, принцип действия которых основан на тепловом расширении жидкостей. Ртутный термометр представляет собой прозрачный стеклянный резервуар с впаянной шкалой и капилляром, имеющим на конце расширение, заполненное ртутью. Температурный коэффициент расширения ртути приблизительно в 500 раз больше температурного коэффициента расширения стекла, что обеспечивает заметное перемещение ртутного столба в капилляре при относительной неизменности размеров последнего. Диапазон измерения температуры составляет 34--42°, цена деления 0,1°. Термометр называют максимальным в связи с тем, что после измерения температуры тела он продолжает показывать ту температуру, которая была обнаружена у человека при измерении (максимальную), так как ртуть не может самостоятельно опуститься в резервуар термометра без его дополнительного встряхивания. Это обусловлено особым устройством капилляра медицинского термометра, имеющего сужение, препятствующее обратному движению ртути в резервуар после измерения температуры тела. Чтобы ртуть вернулась в резервуар, термометр необходимо встряхнуть.

Ртутный термометр остаётся наиболее распространённым прибором для измерения температуры тела. Но все больше стран вводят запрет на использование ртутных термометров в виду их высокой опасности.

Электронные цифровые термометры - альтернативное решение для измерения температуры тела, как в домашних условиях, так и в условиях ЛПУ. температура ртутный термометр металл

Одна из моделей электронных термометров - инфракрасный цифровой термометр, который измеряет температуру в ушной полости (контактный) и в области височной артерии (бесконтактный).

Следующий вид контактных термометров - жидкокристаллические (термоиндикаторы), в основе которой лежит свойство жидких кристаллов менять цвет при изменении температуры контактирующей среды. Полоска-индикатор с теплочувствительными квадратиками прикладывается ко лбу. Лобные жидкокристаллические термометры широко используются врачами в госпиталях США, Европы, Японии. Подобные термометры оказались незаменимыми во время недавней борьбы с «атипичной пневмонией», когда таким образом измеряли температуру тела у тысяч людей на транспортных потоках (аэропорты, железная дорога).

Бесконтактную термографию (радиационную термометрию или тепловидение) применяют для получения термотопографической картины отдельных областей тела, основанную на восприятии специальными датчиками инфракрасного излучения с поверхности тела. В норме каждая область поверхности человеческого тела имеет характерную термографическую картину. Изменение в нормальном распределении температур является признаком патологического процесса. Увеличение интенсивности инфракрасного излучения над патологическими очагами связано с усилением в них кровоснабжения и метаболических процессов, уменьшение его интенсивности наблюдается в области с уменьшенным регионарным кровотоком и сопутствующими изменениями в тканях и органах. Успешно применяют ее, например, для выявления злокачественных опухолей молочных, слюнных и щитовидных желез. Противопоказаний к термографии не существует, исследование можно повторять многократно.

Измерение температуры

Все исследования по определению относительной плотности следует проводить точно при температуре 20 °С. Для измерения температуры существуют различные приборы. Обычно измерение температуры производят термометрами. По принципу своего действия термометры бывают различными. Так, для измерения температуры чаще всего применяют дилятометрические термометры, представляющие собой стеклянные трубки с капилляром внутри и с резервуаром, заполненным различными жидкостями (ртутью, этиловым спиртом, толуолом, пентаном).

Наиболее употребительными и распространенными являются ртутные трубчатые и палочковые термометры. У трубчатых термометров капилляр расположен на поверхности фарфоровой пластинки, где нанесена шкала в градусах, а у палочковых термометров шкала расположена снаружи, так как палочковые термометры имеют капилляр внутри. Химические термометры применяют для измерения температуры от --30 до +360 °С. Шкала делений может быть от 0 до 100, 150, 200, 250, 300 и 360 °С. Расстояние между крупными делениями разделено на равные части и цена каждого деления может быть 1, 0,5, 0,2 и 0,1 °С.

Спиртовые термометры менее точные, потому что при нагревании спирт расширяется неравномерно, так как точка его кипения лежит низко (+78,3°). Спиртовые термометры успешно применяют для измерения очень низких температур до -130 0С, для которых ртутные термометры не могут быть использованы в связном ртуть замерзает при --39,4 °С.

В нашей стране термометры градуируются в градусах Цельсия. Расстояние между постоянными точками шкалы, точкой таяния льда и точкой кипения воды (0 и 100 °С) разделено на 100 делений. В термометрах Реомюра промежутки между постоянными точками разделены на 80 частей, а в термометрах Фаренгейта -- на 180 частей, причем в последних точка замерзания обозначается числом 32, а точка кипения числом 212. Отсюда 1 °C = 4/5 0P или 9/5 Ф, 1° Р = 5/4 0С или 9/4 0Ф, 1 °Ф = 5/9 0С или 4/9 0Ф. Чтобы перевести какую-нибудь температуру, выраженную в градусах Реомюра, в градусы Цельсия, следует число градусов Реомюра умножить на 5/4.

Перед началом работы, связанной с измерением температур, необходимо проверить термометры.

Проверка термометров. Для того чтобы проверить термометры, надо сравнить их с так называемым нормальным термометром, точность которого гарантируется специальным свидетельством. Испытуемые термометры вместе с контрольными (нормальными) погружают в сосуд с холодной водой, а через 5--10 минут записывают первые их показания. Прилив некоторое количество горячей воды и хорошо ее размешав, вновь определяют показания термометров. Таким способом можно установить поправку для отдельных интервалов шкалы испытуемых термометров.

Если в наличии нет нормальных термометров, то проверку можно произвести по точке кипения воды и точке таяния льда.

Для особо точных работ пользуются специальными наборами из пяти термометров.

При измерении температуры жидкостей термометр погружают в нее так, чтобы он находился на одинаковом расстоянии от стенок сосуда и не касался их. Кончик термометра должен быть полностью погружен в жидкость. При отсчете показаний по шкале глаз должен находиться на одной линии с уровнем ртути.

По окончании работы термометр охлаждают, промывают, вытирают и убирают в футляр. Если футляра нет, то термометр хранят в ящике лабораторного стола на мягкой подстилке. Если термометр монтируют в приборах (термостаты, ванны и т. д.), то его нужно прочно укреплять.

В тех случаях, когда термометр нужно вмонтировать в прибор или термостат, его следует сначала плотно укрепить в пробке (корковой или резиновой) или подвесить за ушко, находящееся (иногда) в верхней части термометра. Чтобы термометр легко прошел в отверстие пробки, его следует слегка смазать вазелиновым маслом или спиртом, или водой и вставить со стороны расширенного конца пробки. Та часть термометра, которая должна будет находиться непосредственно в приборе, должна быть непременно тщательно очищена от масла и воды любым органическим растворителем или вытерта марлевым тампоном или фильтровальной бумагой.

Для наблюдения за изменением температуры в течение опыта, например для узкого предела температур (2--5 °С), применяют метастатические термометры Бекмана, шкала которых разделена всего на 5--6 °С с делениями в 0,01° С. Это позволяет измерять температуру с точностью до 0,002° С.

Механизм действия различных видов термометров

Для установления максимальных и минимальных температур применяют специальные максимальные и минимальные термометры.

Максимальный термометр представляет собой ртутный термометр, который устроен таким образом, что, показав самую высокую температуру, имевшую место в период наблюдения, он может сохранить свое показание, несмотря на последующее понижение температуры. Возвращение ртути к нулевым показателям достигается встряхиванием термометра.

Минимальный термометр обычно бывает спиртовой. Внутри его капиллярной трубки, заполненной спиртом, находится небольшой подвижный штифт, изготовленный из темного стекла и имеющий на концах утолщения в виде булавочных головок. При повышении температуры спирт, расширяясь, свободно проходит мимо штифта, а при понижении температуры, напротив, столбик спирта уменьшается, и поверхностная пленка увлекает за собой штифт вниз, к резервуару, и останавливается в положении, соответствующем минимуму наблюдавшейся температуры.

На практике для работы чаще используют комбинированный максимальный и минимальный термометр типа Сикса. Этот термометр позволяет определять как максимальную, так и минимальную температуру. Он состоит из U-образно изогнутой стеклянной трубки, запаянной с обеих концов. Нижняя часть трубки заполнена ртутью, а верхняя -- спиртом. Левое колено, дополнительно изогнутое, все сплошь заполнено спиртом, а правое колено заполнено лишь до половины шарообразного расширения, верхняя его часть занята парами спирта. В каждом колене, кроме того, имеется по одному подвижному стальному указателю, которые упираются своими концами во внутренние стенки капиллярной трубки, что и удерживает их на месте. Передвинуть их может только ртуть при движении вверх или магнит, с помощью которого перед началом каждого наблюдения оба указателя устанавливаются точно над самой ртутью. Показателем температур служат уровень ртути в капиллярах или нижние концы стальных указателей. По правому колену отмечается максимум бывшей температуры, а по левому -- минимум.

Механизм действия термометра заключается в том, что при повышении температуры спирт, расширяясь в левом колене (полностью заполненном), давит на ртуть и заставляет ее передвигаться в правое колено, в сторону наименьшего сопротивления, в пространство, занятое парами спирта. Ртуть поднимает металлический указатель, который благодаря своим пружинкам остается на месте при падении уровня ртути. При дальнейшем повышении температуры металлический указатель может подняться еще выше. В итоге правый указатель покажет максимум температуры, который был за период наблюдения.

При понижении температуры объем спирта в левом Дюпене уменьшается, в результате чего ртуть в нем поднимается, чему способствует напряжение спиртовых паров в шарообразном расширении правого колена. Ртуть при снижении температуры передвигается в левом колене вверх и поднимает находившийся над ней другой показатель, который и фиксирует минимум температуры.

Следует заметить, что при исследованиях для установления максимальных и минимальных температур термометры кладут горизонтально (обычное рабочее положение).

В тех случаях, когда бывает необходимость установить не только крайние значения температур за определенный период времени, но и в промежутке его или же предел колебания температуры в продолжение какого-то отрезка времени применяют особый вид термометра -- термограф (от греческого слова therme--теплота и grapho--пишу). Воспринимающей температуру частью прибора служит резервуар с толуолом или биметаллическая пластинка, состоящая из двух спаянных между собой согнутых пластинок металла, имеющих различные температурные коэффициенты. Изменение кривизны пластинок, вызванное колебанием температуры, приводит к колебательным движениям.

Под действием температуры кривизна пластинок изменяется и колебательные движения их передаются на стрелку с пером, которое, то поднимаясь, то опускаясь, записывает на разграфленной ленте барабана температуру в виде кривой. Показания термографа проверяют периодически по ртутному термометру.

Все термометры должны быть поверены и иметь паспорт. Все термометры время от времени следует проверять, так как нулевая точка у них со временем смещается. Особенно осторожно следует обращаться с максимальными термометрами, так как их нельзя нагревать выше температуры, указанной на шкале. То же самое касается и термометров для определения низких температур.

Кроме дилятометрических, имеются манометрические термометры, принцип действия которых основан на измерении давления, меняющегося с изменением температуры в замкнутом пространстве. По принципу действия манометрические термометры могут быть разделены на два типа: газовые, жидкостные и паровые. Все виды манометрических термометров состоят из следующих основных деталей; термометрического баллона, капиллярной трубки и манометра. Манометрические термометры бывают указывающими и самопишущими на специальной ленте или диске. При измерении температуры манометрическим термометром термометрический баллон, заполненный каким-нибудь рабочим раствором (например, водно-глицериновой смесью или ртутью, спиртом, ксилолом и т. п.), вводят в испытуемую среду. Отсчет ведут по стрелке, двигающейся по шкале.

Электрические термометры предназначены для измерения температуры различных установок (печи, термостаты) и реакционных смесей. Для этих целей используют различные виды термометров, как-то: термометры сопротивления (болометры), термоэлектрические пирометры (термопары), термисторы (проводники), оптические (радиационные и оптические пирометры), термохимические.

Термометры сопротивления работают на принципе измерения сопротивления металлов с изменениями температуры. Колебания температуры вызывают изменение сопротивления металлов. Термоэлектрические термометры представляют собой два различных проводника, спаянных с одной стороны друг с другом и соединенных с гальванометром. Действие таких термометров основано на изменении термоэлектродвижущей силы (ЭДС) при колебаниях температур.

Термохимические термометры служат для измерения температуры с помощью веществ, которые изменяют окраску при колебаниях температуры.

Для пользования указанными приборами следует руководствоваться специально прилагаемыми к ним инструкциями, содержащими подробное описание прибора и правила его эксплуатации.

Список литературы

1. Меньшиков В.В. (ред.) Лабораторные методы исследования в клинике / М.: Медицина, 1987. - 368 с.

2. Грабович М.Ю.(ред.) Семенихина А.В., Рахманова Т.И. (сост.) Современные методы микробиологических исследований / Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета. - 2007, 69 стр.

3. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике // Мн.: Беларусь. - 2000. - Т. 2. - 463 с.

4. Камышников, В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике / В.С. Камышников - Москва, 2009. - 889 с.

5. Кишкун, А.А. Руководство по лабораторным методам диагностики. - М: ГЭОТАР - Медиа, 2007. - 800с.

Размещено на Allbest.ru