Come misurare la temperatura?

La temperatura è, dopo il tempo, la quantità fisica misurata più spesso. Che tempo sarebbe senza indicare le temperature?

Oltre alla temperatura ambiente, la temperatura viene misurata anche in molti altri ambienti. Che si tratti della temperatura di esercizio di un impianto industriale, della temperatura dei tubi che salgono e scendono dei radiatori, della temperatura di conservazione dei medicinali o della temperatura interna di uno yogurt: contrariamente alle previsioni del tempo , i valori di temperatura devono essere precisi e corretti in queste zone. Solo in questo modo si garantisce il rispetto degli standard e si evitano danni a beni di valore.

Le giuste conoscenze di base e consigli pratici ti preparano bene per i tuoi compiti di misurazione.

Base fisica della temperatura come variabile misurata

Quando un fisico parla di temperatura, designa una quantità che misura l'energia insita nei corpi. Un corpo ha questa energia a causa dei movimenti casuali dei suoi atomi o molecole. Quando le particelle si muovono più velocemente, la temperatura aumenta. La temperatura è quindi una quantità di stato. In comune con altre quantità come massa, capacità termica e altre, la temperatura descrive l'energia contenuta in un corpo o, come spesso diciamo in fisica, un sistema.

O molto brevemente:

L'immissione di energia termica provoca un aumento della velocità delle particelle: la temperatura aumenta

L'estrazione di energia termica provoca una diminuzione della velocità delle particelle: la temperatura scende

Se un corpo non ha più energia termica, le sue molecole sono in uno stato di riposo. Questo stato è impossibile da raggiungere nella realtà. È designato come zero assoluto perché non esiste uno stato energetico più povero. Viene assegnato il valore di 0 K (Kelvin). Questo è il motivo per cui la temperatura in Kelvin è sempre una quantità positiva.

È del tutto possibile misurare la temperatura direttamente in unità di energia. Ma l'indicazione della temperatura in gradi ha una lunga tradizione ed è saldamente radicata nella fisica. Questo è il motivo per cui abbiamo mantenuto questa tradizione fino ad oggi per motivi pratici.

Da notare:

La temperatura è mostrata in Kelvin (K) e misurata in gradi Celsius (° C) o Fahrenheit (° F) (negli Stati Uniti e in altri paesi) per l'uso quotidiano.

Le differenze di temperatura sono sempre indicate in Kelvin dagli esperti.

• Conversione: 1 K º 1 ° C = 9/5 ° F
• Formule di conversione secondo DIN 1345:
• tC = 5/9 (tF - 32) = TK - 273,15
• TK = 273,15 + tC
• tF = 1,8 tC + 32

Come misurare?

Qual è la struttura generale di un'unità di misura?

1. La sonda: ospita il sensore. Esistono diverse forme di sensori per diverse applicazioni.
2. Il tubo della sonda con il sensore: converte il valore della misurazione fisica in un segnale elettrico.
3. La linea di collegamento: collega il misuratore alla sonda (sensore).
4. Il dispositivo di misurazione: converte i segnali della sonda in valori visualizzati (conversione A / D).
5. Risoluzione: la più piccola suddivisione ancora leggibile dell'unità di misura.

La risoluzione

In questo esempio, il display mostra 22,3 ° C, quindi la risoluzione è 0,1 ° C. Se il display mostrasse 22,34 ° C, la risoluzione sarebbe 0,01 ° C. Nei dispositivi digitali, l'ultima cifra sul display può saltare di +/- 1> unità. L'unità più piccola è chiamata cifra.

Esempio: visualizzazione di 22,3 ° C

Display -1 digit 22,2 ° C; display +1 digit 22,4 ° C.

Quanto minore è la risoluzione di un dispositivo di misurazione, tanto più un salto di cifre può influenzare la precisione del dispositivo di misurazione.

Sensori: funzionamento

La scelta del sensore giusto è fondamentale per l'accuratezza del risultato della misurazione. Ma non esiste un sensore ideale per tutte le applicazioni:

Un ampio campo di misura generalmente significa una precisione limitata.

Le sonde estremamente veloci non sono generalmente adatte per misurazioni nel lavoro quotidiano che richiede un dispositivo robusto.

La forma costruttiva determina quale sonda è più adatta per uno specifico compito di misurazione.

Sensori a termocoppia

Giunzione di misura della tensione elettrica / giunzione di riferimento.
Il valore misurato del giunto freddo viene convertito in 0 ° C.
È necessario rispettare un tempo di risposta sufficiente.

Sensori di resistenza al platino

Principio di misura: coefficiente di temperatura positivo dei metalli.

Rapporto: temperatura e resistenza elettrica.

Valore di riferimento 0 ° C con una resistenza di 100 ohm da un filo di platino avvolto.

Sensori a termistore

Sensori di temperatura basati su una miscela ceramica di ossidi.

Coefficiente di temperatura negativo: CTN.

Senza compensazione del giunto freddo - ideale per celle frigorifere e congelatori.

Tipi di sonde

Qual è il compito di una sonda?

Le sonde di temperatura catturano la temperatura di un mezzo e la trasmettono al sensore. Per fare ciò, il materiale del sensore deve prima adattarsi alla temperatura esterna. Per questo motivo non è mai la temperatura del fluido che viene misurata, ma solo la temperatura della sonda o del sensore.

La sonda impiega del tempo per armonizzarsi con il materiale misurato. Una sonda ha rilevato la temperatura del materiale misurata quando la sua temperatura è uguale a 99% alla temperatura esterna. Questo periodo di tempo è chiamato tempo t99.

Quali sono le forme di costruzione delle sonde?

Esistono diverse forme di costruzione delle sonde a seconda dell'applicazione prevista. Così come si usa, ad esempio, un altro coltello per tagliare il pane che per tagliare la carne; ci sono anche diverse sonde per misurare la temperatura.

Sonda ad immersione / penetrazione

Armonizzazione della temperatura della sonda e del liquido.

Tempi di risposta all'agitazione ridotti.

t99 circa 0,5 sec nel caso ideale.

Sensore ambiente

Ridotto trasferimento di calore tra l'aria e il sensore.

Il sensore è gratuito; buono per l'impatto del flusso d'aria.

t99 idealmente ca. 7 sec.

Sonda di contatto

Un forte salto di temperatura, come l'aria ha un effetto isolante.

Rimozione dell'isolamento in aria dal termometro a contatto.

t99 circa 3 secondi nel caso ideale.

Evitare errori di misurazione - Suggerimenti per una misurazione corretta

Misure di penetrazione e immersione

Durante le misure di penetrazione o immersione, la sonda di temperatura viene inserita direttamente nell'oggetto di misura. La misura è terminata quando viene raggiunto il tempo t99.

Gli errori di misurazione più frequenti

Se la sonda di temperatura è più fredda dell'oggetto di misura, l'energia sotto forma di calore viene sottratta dall'oggetto di misura in prossimità del sensore. Se è più caldo dell'oggetto da misurare, l'oggetto riceve un apporto di calore. È inoltre necessario prestare attenzione al rapporto di massa della sonda e del mezzo: maggiore è il rapporto, maggiore è la quantità di energia prelevata dall'oggetto. Poiché questa estrazione di energia non consente più di misurare la temperatura reale dell'oggetto, una massa troppo grande della sonda può causare errori di misura.

Suggerimenti per una corretta misurazione della penetrazione

• La profondità di penetrazione o immersione dovrebbe essere da 10 a 15 volte il diametro della sonda.
• Quando si misura l'immersione in liquidi, il liquido deve essere mantenuto in movimento.
• Idealmente, t99 viene raggiunto dopo circa 0,5 secondi.

Misura del contatto

Nelle misurazioni di superficie, la testa della sonda è posizionata verticalmente sulla superficie. In questo caso è importante assicurarsi che né la superficie di contatto della testa della sonda né l'oggetto di misurazione siano irregolari, poiché ciò può distorcere la misurazione.

Suggerimenti per misurare la temperatura superficiale

• Tenere la sonda perpendicolare alla superficie in modo che la sua punta poggi completamente su di essa.
• Non spostare la sonda durante la misurazione.
• Applicare un carico aerodinamico costante e sufficiente.
• Utilizzare sonde a contatto con massa ridotta.
• Idealmente, t99 viene raggiunto dopo circa 3 secondi.

Misurazione della temperatura ambiente

Per misurare la temperatura dell'aria in movimento, la sonda di misura viene semplicemente tenuta nell'ambiente da misurare. Idealmente, utilizzare un sensore ambiente con un sensore libero per ottenere un breve tempo di reazione. Il risultato della misurazione può essere ottimizzato spostando la sonda in aria a una velocità di 2 m / s durante la misurazione.

Suggerimenti per misurare la temperatura ambiente

• Utilizzare un sensore ambiente con un sensore libero (nessun sensore di penetrazione o contatto).
• Spostare la sonda durante la misura ad una velocità di 2 m / s.
• Tenere la sonda lontana dal corpo.
• Utilizzare una sonda protetta dalle radiazioni.
• Idealmente, t99 viene raggiunto dopo circa 7 secondi.