Lämpömittari

Lämpömittari on laite, jota käytetään aineen lämpötilan mittaamiseen. Mittareita on monenlaisia eri käyttötarkoituksiin. Lämpömittarin keksijänä pidetään Galileo Galileita, joka keksi alkeellisen lämpömittarin vuonna 1592.^[1]

Lämpömittareissa on käytössä erilaisia asteikkoja, joista yleisin on Suomessakin käytössä oleva Celsius-asteikko. Tieteellisessä käytössä käytetään absoluuttisesta nollapisteestä alkavaa Kelvin-asteikkoa.

Historia

Lämpömittari keksittiin 1600-luvun alussa. Ensimmäisen nestelämpömittarin keksi Jean Rey.^[1] Hänen keksintöään paranteli Toscanan suurherttua Ferdinand II tekemällä mittarista ilmatiiviin, jolloin ilmanpaineen muutokset eivät haitanneet mittauksia. Hän kokeili eri nesteitä ja päätyi alkoholiin, mutta myöhemmin se korvattiin elohopealla, jonka lämpölaajeneminen osoittautui lineaarisemmaksi. ^lähde?

Nestepohjainen lämpömittari

Nestepohjainen lämpömittari on yksinkertaisimpia lämpömittarimalleja. Se koostuu nestesäiliöstä, nesteestä, säiliöön liitetystä putkesta ja putken viereen asetetusta asteikosta. Normaalilla mittausalueella mittarin nestesäiliö on täytetty aivan täyteen ja myös putki on osaksi nesteen täyttämä. Mittarin toiminta perustuu nesteen lämpölaajenemiseen: lämpötilan noustessa nesteen tilavuus kasvaa ja nestepinta nousee putkessa. Mittarin asteikko on kalibroitu niin, että nestepinnan korkeus suoraan osoittaa lämpötilan. Mittarin astevälin pituus määräytyy nesteen lämpölaajenemiskertoimesta, käytettävästä asteikosta sekä säiliön tilavuuden ja putken poikkipinta-alan suhteesta. Valmistuksessa mittariin laitetaan nestettä niin paljon, että nesteen pinta asettuu putkessa oikealle kohdalle kyseisessä ympäristössä.

Perinteinen kuumemittari sisältää elohopeaa.

Nesteenä käytetään yleisesti värjättyä petrolia sen laajan lämpötilojen siedon ja tasaisen lämpölaajenemisen vuoksi. Myös värjättyä etanolia käytetään varsinkin sellaisissa lämpömittareissa, joilla on mitattava hyvin alhaisia lämpötiloja. Myrkyllinen elohopea on edelleen perinteinen mittaneste vanhemmissa nesteperusteisissa ruumiinlämpömittareissa eli kuumemittareissa. Nykyään kuumemittareissa käytetään muuta nestemetallia kuten galliumista, indiumista, tinasta ja sinkistä tehtyä seosta^[2].

Kaksoismetallilämpömittari

Kaksoismetallilämpömittarin periaatekuva.

Kaksoismetallikierukalla toimiva lämpömittari on toinen hyvin yksinkertainen malli. Se perustuu metallien erilaisiin lämpölaajenemisominaisuuksiin. Metallikierukka on valmistettu tavallisimmin päällekkäisistä teräs- ja kuparikiekuroista jotka näin yhdistettyinä vääntää mittarin osoitinta eri lämpötiloissa eri asentoihin. Saunojen lämpömittarit ovat tyypillisesti kaksoismetallilämpömittareita. Nestelämpömittari edellyttäisi saunakäytössä erikoislasia, jotta lämpölaajeneminen ei särkisi mittalasia. ^lähde?

Elektroninen lämpömittari

Sähköinen lämpömittari voi perustua esimerkiksi joidenkin materiaalien merkittävään resistanssin lämpötilariippuvuuteen. Lämpötila voidaan tällöin määrittää mittapiirin resistanssin mukaan. Tyypillisiä vastuslämpöantureita ovat platinasta valmistetut PT100- ja PT1000-anturit. On myös epätarkempia ja edullisempia NTC-vastusantureita (Negative Temperature Coefficient), joiden vastuksen lämpötilariippuvuus on hyvin suuri ja voimakkaasti epälineaarinen.

Toinen käytetty periaate on metalliparista muodostettu termopari, jonka jännitettä mitataan.

Digitaalinäyttö ei tee mittarista tarkkaa, vaan tarkkuuden määrittää muut tekijät; myös digitaalinen lämpömittari voi olla epätarkka. Digitaalista kuumemittaria on syytä pitää kainalossa suositeltua pidempään^[3].

Infrapunalämpömittari

Bosch PTD 1 lämpötilatunnistin

Pintalämpötilaa, esimerkiksi seinän lämpötilaa, voidaan mitata etäältäkin infrapunalämpömittarilla, joka mittaa kohteen lämpösäteilyä infrapunasäteilylle herkän anturin avulla.

Kaikki absoluuttista nollapistettä lämpimämmät kappaleet säteilevät infrapuna- eli lämpösäteilyä, joka on hieman näkyvää valoa pitkäaaltoisempaa sähkömagneettista säteilyä. Vaikka sitä ei voi ihmissilmin nähdä, sitä voidaan havainnoida oikealla laitteistolla samalla tavoin kuin ihminen näkee valoa. Wienin siirtymälaki kertoo miten lämpötila siirtää lämpösäteilyn spektriä, ja tämän avulla pinnan lämpötila voidaan määrittää.

Digitaaliset korva-/otsakuumemittarit ovat tyypillisesti infrapunalämpömittareita. ^lähde?

Lämpökamera

Pääartikkeli: Lämpökamera

Lämpökamerassa on infrapunasäteilylle herkkä CCD-kenno ja sillä voidaan tuottaa stillkuvia tai videokuvaa.

Muita lämpömittareita

Akustisessa lämpömittarissa hyödynnetään äänen nopeuden riippuvuutta lämpötilasta.^lähde?

Kelojen ja muuntajien käämien lämpötilaa saatetaan tarvittaessa mitata mittaamalla käämin resistanssin muutosta^lähde?. Resistanssin muutoksesta voidaan laskea lämpötilan nousu perustuen käämin metallin ominaisresistanssiin.