(Grieks = warmtemeter) is een toestel voor het meten van de temperatuur. Zo’n toestel berust op de verandering van een of andere eigenschap van de stof met de temperatuur.
Bij de kwikthermometer is dit de uitzetting van het kwik. Men onderscheidt hieraan het reservoir, waarin de vloeistof zich bevindt, die uitzet, en de steel, waarop men de uitzetting afleest, doordat het zich uitzettende kwik in het capillair in de steel stijgt. De eerste thermometer is ca 1592 in Padua geconstrueerd door Galilei of Santorio. Dit was een primitieve gasthermometer. De echte vloeistofthermometer werd ca 1650 in Florence uitgevonden. Zij was meestal met alkohol gevuld. Nu kan alkohol min of meer met water zijn gemengd, en de uitzetting is van het watergehalte afhankelijk. Fahrenheit heeft als eerste het kwik gebruikt, dat gemakkelijk in zuivere toestand is te verkrijgen. Grotere moeilijkheden bracht het opstellen van een temperatuurschaal mee (z graad). Vele vaste punten werden voorgesteld, eerst Réaumur heeft het smeltpunt van ijs en het kookpunt van water werkelijk gebruikt. De eerste werkelijke gasthermometer is in 1702 door Amontons geconstrueerd, zijn werk is echter in vergetelheid geraakt. Men moet aan thermometers de volgende eisen stellen: een thermometer moet een geringe warmtecapaciteit hebben, d.w.z. hij hoeft maar weinig warmte aan het lichaam te onttrekken, om de temperatuur van dat lichaam aan te nemen. Ook mag een thermometer geen dode gang hebben, dit is het geval, indien de werkelijke aanwijzing niet wordt bereikt, bij een vloeistofthermometer bijv. door de wrijving van het kwik.De hier genoemde eisen zijn van belang, indien men een constant blijvende temperatuur meet. Dikwijls echter verandert de temperatuur gedurende het meetproces, en dan zal men moeten vragen naar de snelheid, waarmee een bepaalde temperatuur door het instrument wordt aangenomen. Vele industriële thermometers bijv. hebben een beschermende mantel om het reservoir (tegen straling, chemische werking van de omgeving enz.); deze bemoeilijkt het toetreden van de warmte tot bet reservoir en dus het aannemen van de temperatuur. Een grote warmtecapaciteit zal ook vertragend werken. Het is dus denkbaar, dat bij vrij snelle temperatuur-variaties de gemeten temperaturen niet alleen achterblijven bij de werkelijke, maar ze ook niet op een latere tijd juist aanwijzen. Dit is van bijzonder belang, indien men de uitslag van de thermometer gebruikt om een proces automatisch te regelen (z regeltechniek).
De volgende thermometers zijn nu in gebruik:
a. Bimetaal-thermometers berusten op de lineaire uitzetting; ze bestaan uit twee metalen strips, die op elkaar zijn gesoldeerd. De twee metalen hebben een verschillende uitzetting. Bij verwarming zal het verschil in uitzetting de strips doen buigen. In de practische uitvoering wordt het bimetaal in de
vorm van een schroefveer gewonden, verwarming resulteert in verlenging van de veer. Zij worden gebruikt tussen — 40 gr. C. en 425 gr. C.
b. Vloeistofthermometers berusten op de uitzetting van vloeistoffen. Hiertoe behoort de algemeen bekende kwikthermometer (z temperatuur). Een belangrijke uitvoering, die ook bij de onder c. en d. besproken thermometers voorkomt, maakt gebruik van de Bourdon-veer. Het reservoir heeft geen steel, maar is verbonden aan een lang en buigzaam capillair, dat uitmondt in een holle veer, met elliptische doorsnede, de veer van Bourdon (z manometer, barometer). Vergroting van de druk in de veer zal deze zich doen strekken. Indien het uiteinde A aan een wijzer is verbonden, geeft de uitslag van de wijzer een maat voor de druk. Nu is alles met de vloeistof gevuld. Verwarming van het reservoir zal de vloeistof doen uitzetten, dit is alleen mogelijk, doordat ten gegevolge van de druktoeneming de elliptische doorsnede cirkelvormiger wordt, waarbij de veer zich strekt. De invloed van de lagere (of hogere) temperatuur van capillair en veer, vergeleken met die van het reservoir, wordt door aparte inrichtingen gecompenseerd. Het temperatuurgebied voor vloeistofthermometers wordt begrensd door vriespunt en kookpunt van de gebruikte vloeistof. Echter kan de laatste grens worden verhoogd, door de vloeistof onder druk van een gas in de buis te zetten. Voor kwik bereikt men zo de grenzen — 37 gr. C. en 550 gr. C. Ook pentaan, toluol en andere koolwaterstoffen zijn in gebruik.
c. Gasthermometers maken gebruik van de spanningsvergroting bij constant volumen van gassen. Ook hier kan het drukveer-systeem worden gebruikt. Theoretisch zijn hier geen grenzen aan te geven, behalve het laag gelegen kookpunt. Men gebruikt meestal stikstof, dat maar weinig in zijn gedrag van ideale gassen verschilt. De grenzen zijn -— 130 gr. C. en ca 400 gr. C. (Boven deze temperatuur wordt het metaal van het reservoir doorlatend voor het gas).
d. Dampthermometers. Deze maken gebruik van de eigenschappen van de verzadigde damp, in evenwicht met zijn vloeistof. De druk van deze damp neemt zeer sterk met de temperatuur toe, echter is de toeneming niet evenredig met de temperatuurstoeneming, maar stijgt steeds sterker. De schaaldelen worden dus groter voorhogere temperaturen. Bevinden zich nu in het reservoir vloeistof en damp, dan hangt de druk aldaar uitsluitend van de temperatuur op die plaats af; dezelfde druk vindt men ook in de rest van het toestel, indien daar tenminste alleen vloeistof of alleen damp voorkomt. Zouden beide voorkomen, dan werd de druk aldaar door de temperatuur van de omgeving bepaald. De druk kan weer met kwikkolommen of met een Bourdon-veer worden bepaald. De meetgrenzen worden door de gebruikte stof bepaald. Voor lage temperaturen zal men gassen als koolzuur, zwaveldioxyde of stikstof enz. gebruiken, voor hogere temperaturen stoffen als methylchloride, aether, hexaan e.d. De bovenste grens is bepaald in eerste instantie door het kritisch punt, en verder door de druk, welke men wil toelaten. Technisch komt men tot 300 gr. C. en nog wel hoger.
e. Weerstandsthermometers bepalen de temperatuur door de verandering van electrische weerstand van een geleider (platina, nikkel, koper e.a. en sommige legeringen). Meestal wordt de draad om een houder gewikkeld, ook wel als een oppervlak van mazen geweven. De weerstand bevindt zich in een brug van Wheatstone (z electrische weerstand). Men kan hierbij op de gewone wijze de weerstand bepalen; ook kan men de brug op zijn plaats laten en op de galvanometer de stroom aflezen, die dan een maat voor de temperatuur is. De weerstandsthermometer is zeer betrouwbaar.
f. Het thermokoppel. Dit berust op het thermo-electrisch effect: twee draden van verschillend materiaal, die met hun uiteinden aan elkaar zijn gelast, worden door een stroom doorlopen, indien de twee lasplaatsen op verschillende temperatuur zijn gebracht. Anders gezegd, in de gesloten keten heerst dan een electromotorische kracht (E.M.K.). Men meet deze het best met een compensatieschakeling. Ook deze thermokoppels worden veel gebruikt. Eén lasplaats wordt op een vaste temperatuur gehouden, de andere meet de temperatuur. Tot 350 gr. C. gebruikt men koper-constantaan (55 pct koper, 44 pct nikkel). Verder gebruikt men tot 1000 gr. C. ijzer-constantaan, nichroom-constantaan, chromel-alumel (nichroom is vnl. nikkel met wat ijzer en chroom, chromel is nikkel met wat chroom, alumel nikkel met wat aluminium). Speciaal voor hoge temperaturen gebruikt men platina — platina met rhodium, dat tot 1600 gr. C. bruikbaar is.
g. Optische pyrometers. Men noemt pyrometer in het algemeen een toestel, waarmee hoge temperaturen worden gemeten. Optische pyrometers zijn onder pyrometer beschreven.
h. Bijzondere thermometers. Wij noemen slechts de koortsthermometer. Dit is een gevoelige kwikthermometer, die slechts enige graden boven en onder 37 gr. C. aanwijst. Bij kamertemperatuur bevindt zich het kwik dus in het reservoir. Boven het reservoir vindt men in het capillair een vernauwing. Bij verwarming dringt het kwik door de vernauwing heen; verwijdert men daarna het toestel uit het lichaam, dan breekt bij het afkoelen de kwikdraad bij de vernauwing af, zodat de stand van het kwik gehandhaafd blijft. Na gebruik slaat men het kwik door de vernauwing weer naar beneden (afslaan). Dit is dus een bijzonder geval van een maximumthermometer, d.i. een thermometer, die alleen de hoogste temperatuur aanwijst, welke door de thermometer is aangenomen.
DR J. BOUMAN
Lit.: E. G. Wiersma, Warmteleer (Den Haag 1944); D. P. Eekman, Industrial Instrumentation (New York 1950).
