Teploměr: princip, typy a historie měření teploty

Objevte principy, typy a historii měření teploty — od Galilea přes rtuťové a alkoholové až po digitální a bimetalové teploměry. Praktické rady a přehled.

Teploměr je přístroj k měření nebo ukazování teploty (jak je něco horké nebo studené). Jedním z typů teploměrů je úzká, skrytá skleněná trubice obsahující rtuť nebo alkohol, který se při rozpínání trubice prodlužuje. Dalším typem je digitální teploměr, který k měření teploty používá elektroniku. Teploměry se liší rozsahem měření, přesností a principem činnosti; volba typu závisí na účelu (lékařství, meteorologie, průmysl, kuchyně apod.).

První teploměry z doby Galilea měřily rozpínání a smršťování vzduchu. Po polovině 17. století se v mnoha případech používal alkohol nebo rtuť. V 19. století byl vynalezen mechanický teploměr, který k pohybu ukazatele používal bimetalový pásek. Tento typ je stále oblíbený tam, kde lidé rádi odečítají teplotu na dálku.

Principy měření teploty

• Rozpínání kapalin – tradiční kapaliny ve skleněné trubici (rtuť, alkohol) mění objem s teplotou, což se projeví změnou výšky sloupce kapaliny.
• Bimetalový efekt – dvě různé kovy spojené dohromady se při změně teploty různě rozpínají; to způsobí ohyb pásku, který přes převodovku pohybuje ukazatelem.
• Elektrické jevy – odporové teploměry (RTD) mění elektrický odpor s teplotou; termočlánky využívají termoelektrického jevu (Seebeckův efekt) k vytvoření napětí úměrného rozdílu teplot; termistory používají polovodičový materiál s velkou teplotní závislostí odporu.
• Infračervené (IR) měření – detekují vyzařování tepelné energie z povrchu objektu, umožňují bezdotykové měření (užitečné pro pohybující se nebo velmi horké objekty).
• Gasové a jiné fyzikální metody – v laboratorních a metrologických aplikacích se používají plynové teploměry, plynové expanzní přístroje a jiné principy pro velmi přesná měření.

Hlavní typy teploměrů a jejich použití

• Rtuťové a alkoholové (kapalina ve skle) – jednoduché, spolehlivé a snadno čitelné; rtuť poskytuje dobrou optickou čáru a malou kapilární adhezi, alkohol se používá tam, kde je rtuť nevhodná (nižší teploty, bezpečnost). Pozor: rtuť je toxická a její používání je v mnoha aplikacích omezeno nebo zakázáno.
• Bimetalové – levné, odolné, často používané v domácích teploměrech, klimatizacích a hodinách s ukazatelem teploty.
• Termočlánky – široký měřicí rozsah (od velmi nízkých až po několik tisíc °C), rychlá odezva; méně přesné než RTD, ale vhodné pro průmyslové vysokoteplotní aplikace.
• Odporové teploměry (RTD, např. Pt100) – vysoká přesnost a stabilita, běžně v laboratorních a průmyslových měření; často používané tam, kde je potřeba přesnost na setiny až desetiny stupně.
• Termistory – velká citlivost v úzkém rozsahu teplot, často v medicíně (digitální teploměry), elektronice a spotřební technice.
• Infračervené bezdotykové – měření povrchové teploty bez kontaktu; vhodné pro potravinářství, údržbu strojů, měření tělesné teploty na dálku. Přesnost závisí na emisivitě měřeného povrchu.
• Digitální teploměry – kombinují jeden z výše uvedených senzorů s elektronikou pro zpracování, zobrazení, ukládání a přenos dat; umožňují vyšší funkčnost (alarmy, datalogi, síťové připojení).

Krátká historie a měřicí stupnice

První přístroje měřící teplotní změny (tzv. termoskopy) vznikaly v 17. století a připisují se období Galilea a jeho následovníků. V 18. století byly zavedeny teplotní stupnice: Daniel Gabriel Fahrenheit vytvořil svůj stupeň a vyrobil rané rtuťové teploměry; Anders Celsius navrhl stupnici, kterou dnes známe jako °C. Později vznikla absolutní teplotní stupnice K (Kelvin). V 19. a 20. století se rozšířily bimetalové ukazatele, termočlánky a odporové čidla; od druhé poloviny 20. století se prosadila elektronika a digitální teploměry. Moderní metrologie pak definuje a udržuje etalony teploty a standardy (např. ITS‑90) pro zajištění sledovatelnosti měření.

Přesnost, kalibrace a bezpečnost

• Přesnost a rozlišení – liší se podle typu: RTD mohou dosahovat přesnosti řádově 0,1 °C nebo lepší, termočlánky mají obvykle menší přesnost, ale širší rozsah, kapilární teploměry mají omezenou rozlišovací schopnost podle stupnice.
• Kalibrace – provádí se porovnáním s etalonem nebo pomocí pevně definovaných fyzikálních bodů (např. trojný bod vody, bod tání ledu, body varu v definovaném tlaku). Pravidelná kalibrace zajišťuje správné a sledovatelné výsledky měření.
• Bezpečnost – rtuť je toxická: rozbití rtuťového teploměru vyžaduje speciální postup likvidace a čištění. V mnoha zemích je používání rtuťových teploměrů omezeno; doporučují se alternativy (alkoholové, digitální s vhodnými čidly).

Použití

• Měření tělesné teploty v medicíně
• Meteorologie a klimatologie
• Průmyslové procesy (tavení, pece, chemie)
• Potravinářství (pečení, chlazení, skladování)
• Domácnosti a HVAC (topení, klimatizace)
• Výzkum a kalibrační laboratoře

Výběr teploměru závisí na požadovaném rozsahu, přesnosti, rychlosti odezvy a prostředí, v němž se měření provádí. Pro většinu běžných aplikací postačí digitální teploměry s vhodným senzorem; pro speciální a metrologické úlohy se volí přesné odporové sondy, plynové nebo srovnávací etalony.

Lékařské teploměry

Ve 20. století byl tradičním klinickým teploměrem rtuťový teploměr ve skle. Jeho konec si lidé strkali do úst (teplota v ústech), do podpaží nebo do konečníku (teplota v konečníku).

Teplotu v ústech je možné zjistit pouze u pacientů, kteří dokáží teploměr správně držet v ústech. U malých dětí tedy tuto metodu nelze použít. Problém je také u osob s kašlem nebo u osob, které zvrací. V minulosti to byl velký problém, protože rtuťové teploměry potřebovaly k měření teploty dlouhou dobu. Dnešní digitální teploměry jsou rychlejší. Pokud člověk vypije něco horkého nebo studeného, je třeba ještě počkat, než se zkontroluje jeho teplota v ústech.

Při měření teploty v konečníku pomáhá použít na teploměr krém. Rektální teploměry jsou obvykle spolehlivější, protože nejsou tolik ovlivněny jinými faktory. V některých zemích si lidé myslí, že je trapné je používat u osob starších dvou nebo tří let. V jiných zemích je používání rektálních teploměrů u dětí a dospělých považováno za normální.

V 90. letech 20. století se lidé v mnoha zemích domnívali, že rtuťové teploměry jsou příliš rizikové, protože rtuť je nebezpečná, pokud uniká. Dnes se používají elektronické teploměry. Někdy se používají teploměry s kapalinou, ale ne se rtutí.

Existují i další druhy lékařských teploměrů: tympanické teploměry měří teplotu bubínku pomocí infračerveného záření; páskové teploměry měří teplotu na přední straně hlavy.

 
Lékařské teploměry.  

Hledání podle dopisu