Если мы возьмем жидкостные термометры, ртутные, спиртовые или керосиновые, то увидим, что погрешность измерения у них зачастую составляет немыслимые для современных цифровых приборов ±2ᵒС. С другой стороны, если мы поглядим на шкалу, таких приборов, то увидим, что расстояние между рисками шкалы в этих термометрах такое, что свободно позволяет производить измерение с точностью до пол градуса. В тоже время из школьного курса физики мы помним, что лежащие в основе работы жидкостных термометров явления достаточно фундаментальны, да и наличие более чем точных (для бытовых нужд) медицинских ртутных термометров свидетельствует о том, что проблема тут не в методе измерения как таковом. Что же позволяет современным, даже самым дешевым, цифровым термометрам иметь как минимум в два раза лучшую точность?
Для этого сначала разберемся, почему вообще возникает погрешность измерения температуры. Вообще все погрешности делятся на систематические (сдвиг шкалы, неравномерность расширения жидкости и т.п), которые мы можем выявить на калибровке, и случайные, которые мы контролировать в общем случае не можем. Неравномерность расширения спирта или керосина относительно принятой за образец ртути легко учитывается слегка неравномерной шкалой (а в реальном диапазоне температур может и вообще не учитываться) и в дальнейшем роли не играет. Откуда может возникнуть смещение? Дело в том, что при изготовлении термометра, его помещают в заранее известные условия, например погружают нижнюю часть в воду при 20ᵒС, после устанавливают шкалу так, чтобы мениск жидкости был напротив деления 20ᵒ С. При этом температура среды может отличаться от требуемой (термостат то тоже не идеально точен), сборщик может посмотреть не строго под 90ᵒ, шкала может сместиться при закреплении. Все это приводит к тому, что между реальной температурой и показаниями термометра возникнет разница.
Далее погрешность может возникнуть в следствие того, что над столбиком жидкости может быть некоторое остаточное давление. Это может быть оставленный там газ или пары самой жидкости (поэтому ртутные термометры считаются более точными). Ситуацию усугубляет то, что давление паров может быть разным в разных условиях, соответственно будет разница, измеряете Вы горячую воду в холодной комнате или ту же самую воду в бане (именно поэтому медицинский термометр, от которого требуется точность в десятую долю градусу, должен быть прогрет весь). Кроме того, если контролируется динамический процесс (например, нагревание молока в кастрюле) показания термометра всегда будут "отставать" от окружающей температуры, что тоже вносит свой вклад в погрешность. Естественно, в лабораторных условиях и проведении измерения опытными лаборантами эти факторы можно минимизировать и точность измерения температуры будет существенно выше, но стандартные термометры предназначены для общих измерений.
А что же электронные термометры (мы сейчас говорим только о контактных датчиках)? Датчик этих термометров очень мал, что позволяет существенно снизить влияние внешних факторов, кроме того теплоемкость применяемых материалов достаточно низкая. Поэтому тепловая инерция таких термометров и возникающая из-за этого ошибка существенно меньше. Заводская калибровка термометров не редко является автоматизированной и в ней исключены возможности ошибки оператора или влияние механических факторов и (в правильно сконструированных приборах) температуры окружающей среды, однако появляется влияние на показания внешних электромагнитных полей и теплового шума.
Все это приводит к тому, что электрические термометры при правильном применении являются более точными приборами.
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Всем читателям нашего блога - Скидка в нашем интернет-магазине по промокоду ZENPROFIT