Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> Productieproces

Thermometer

Achtergrond

Een thermometer is een apparaat dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten. De thermoscoop, die rond 1592 door Galileo werd ontwikkeld, was het eerste instrument dat werd gebruikt om de temperatuur kwalitatief te meten. Het was pas in 1611 dat Sanctorius Sanctorius, een collega van Galileo, een schaal bedacht en aan de thermoscoop toevoegde, waardoor de kwantitatieve meting van temperatuurveranderingen werd vergemakkelijkt. Tegen die tijd werd het instrument de thermometer genoemd, van de Griekse woorden therme ("heat") en metron ("meeteenheid"). Omstreeks 1644 werd het echter duidelijk dat dit instrument, bestaande uit een grote kolf met een lange, open hals, met behulp van wijn om de aflezing aan te geven - was extreem gevoelig voor barometrische druk. Om het probleem te verlichten, ontwikkelde groothertog Ferdinand II van Toscane een proces om de thermometer hernetisch af te sluiten, waardoor de barometrische invloeden van buitenaf werden geëlimineerd. De basisvorm is sindsdien weinig veranderd.

Er zijn tegenwoordig veel soorten thermometers in gebruik:de registratiethermometer gebruikt een pen op een roterende trommel om continu temperatuurmetingen te registreren; de digitale uitleesthermometers vaak gekoppeld aan andere weermeetapparatuur; en de typische huishoudens die aan een muur, paal of voor medische doeleinden worden gehangen.

Met een thermometer kan de temperatuur worden gemeten met een van de drie primaire eenheden:Fahrenheit, Celsius of Kelvin. Op een gegeven moment in de achttiende eeuw waren bijna 35 maatschalen ontwikkeld en in gebruik.

In 1714 ontwikkelde Gabriel Daniel Fahrenheit, een Nederlandse instrumentmaker die bekend staat om zijn vakmanschap, een thermometer met 32 ​​(het smeltpunt van ijs) en 96 (de standaardtemperatuur van het menselijk lichaam) als zijn vaste punten. Sindsdien is vastgesteld dat 32 en 212 (het kookpunt van water) de vaste punten van de schaal zijn, waarbij 98,6 wordt geaccepteerd als de gezonde, normale lichaamstemperatuur.

De Zweedse wetenschapper Anders Celsius, in 1742, wees 0 graden toe als het punt waarop water kookte en 100 graden als het punt waarop ijs smolt. Deze twee figuren werden uiteindelijk verwisseld - waardoor de schaal ontstond die we vandaag kennen - met 0 graden als het vriespunt van water en 100 graden als het kookpunt. Het gebruik van deze schaal verspreidde zich snel door Zweden en naar Frankrijk, en gedurende twee eeuwen stond het bekend als de Celsius-schaal. De naam werd in 1948 veranderd in Celsius om de uitvinder te eren.

In 1848 stelde een andere wetenschapper, Lord Kelvin (William Thomson), een andere schaal voor gebaseerd op dezelfde principes als de Celsius-thermometer, met het vaste punt van het absolute nulpunt ingesteld op het equivalent van -273,15 graden Celsius (de eenheden die op deze schaal worden gebruikt heten Kelvin [K]). Het vriespunt en het kookpunt van water zijn respectievelijk 273 K en 373 K. De Kelvin-schaal wordt het meest gebruikt in wetenschappelijk onderzoek.

Ontwerp

Het werkingsprincipe van een thermometer is vrij eenvoudig. Een bekende vloeistofmaat (kwik, alcohol of een vloeistof op basis van koolwaterstoffen) wordt vacuüm verpakt in een glazen buis. De vloeistof zet uit of krimpt wanneer lucht wordt verwarmd of gekoeld. Als het vloeistofniveau verandert, kan een bijbehorende temperatuurschaal worden afgelezen om de huidige temperatuur aan te geven.

Fabrikanten van thermometers beginnen met glazen blanks met gaten in het midden; deze worden meestal ontvangen van glasfabrikanten. Het bolreservoir wordt gevormd door het ene uiteinde van de glazen buis te verhitten en dicht te knijpen. De bol is aan de onderkant afgedicht, waardoor er aan de bovenkant een open buis overblijft.
Vervolgens, met het open uiteinde naar beneden in een vacuümkamer, wordt lucht uit de glazen buis verwijderd en wordt het koolwaterstoffluïdum in het vacuüm gebracht totdat het ongeveer 2,5 cm door de buis dringt. Vanwege milieuoverwegingen worden hedendaagse thermometers minder met kwik vervaardigd en meer met een met spiritus gevulde koolwaterstofvloeistof.

Thermometers zijn ontworpen volgens vooraf gedefinieerde normen die zijn vastgesteld door het National Institute of Standards and Technology (NIST, voorheen het National Bureau of Standards) en standaard productiepraktijken. Binnen de wettelijke richtlijnen zijn er bepalingen voor het op maat vervaardigen van thermometers. Aangepaste thermometers kunnen net zo gevarieerd zijn als degenen die ze gebruiken. Er zijn verschillende maten voor de hoeveelheid, het gewicht en de lengte van het gebruikte glas, het type vloeistof dat in het glas wordt gevuld, de frequentie van de gradaties die op de glazen buis of behuizing worden gelegd, en zelfs de kleur van de gradatieschaalmarkeringen.

Een ontwerpingenieur zal kijken naar de reislimieten voor de vloeistof die in de thermometer moet worden gebruikt. Zodra precieze limieten zijn vastgesteld, kunnen de afmetingen van de glazen buis en de grootte van de glazen bol worden bepaald.

Het gebruik van elektronische componenten in thermometers is toegenomen. Veel van de veelgebruikte thermometers van tegenwoordig bevatten digitale uitlezingen en voorbeeldprogrammacycli om de huidige temperatuur terug te koppelen naar een light-emitting diode (LED) of liquid crystal display (LCD) paneel. Voor alle beschikbare elektronische tovenarij moet een thermometer nog steeds een warmte-koud sensibiliserend element bevatten om te kunnen reageren op veranderingen in de omgeving.

Grondstoffen

Thermometers bestaan ​​uit drie basiselementen:met spiritus gevulde vloeistof, die reageert op veranderingen in warmte en kou; een glazen buis om de vloeistof voor het meten van de temperatuur te huisvesten; en zwarte inkt om de gegraveerde schaalmarkeringen met leesbare cijfers in te kleuren. Bovendien zijn andere elementen nodig voor de vervaardiging van thermometers, waaronder een wasoplossing die wordt gebruikt om de schaalmarkeringen op de glazen buis te graveren; een graveermotor die permanente gradaties op de glazen buis maakt; en een fluorwaterstofzuuroplossing waarin de glazen buis is gedompeld om de graveersporen af ​​te dichten.

Het glasmateriaal dat het lichaam van de thermometer vormt, wordt gewoonlijk ontvangen van een externe fabrikant. Sommige thermometerproducten zijn gemaakt met een behuizing die van plastic of composiet kan zijn gemaakt en die schaalgradaties kan bevatten in plaats van deze op de glazen buis zelf. De behuizing dient ook om de thermometer te beschermen en te monteren aan een muur, paal of in een weerbestendige doos.

Het fabricageproces

Hoewel er talloze soorten thermometers zijn, wordt het productieproces voor de meest voorkomende hiervan - de klassieke huishoudvariant - hieronder beschreven.

De glazen bol

  • 1 Eerst wordt het ruwe glasmateriaal ontvangen van een externe fabrikant. De buis is gemaakt met een fijne doorgang of boring over de gehele lengte. De geboorde buizen worden gecontroleerd op kwaliteit; alle afgekeurde onderdelen worden teruggestuurd naar de fabrikant voor vervanging.
  • 2 Het bolreservoir wordt gevormd door het ene uiteinde van de glazen buis te verhitten, deze dicht te knijpen en door glasblazen en het aanbrengen van een door lucht aangedreven zaklamp te gebruiken. Als alternatief kan de lamp worden gemaakt door een apart stuk laboratoriummateriaal te blazen dat vervolgens wordt verbonden met één uiteinde van de glazen buis. De bol is aan de onderkant afgedicht, waardoor er aan de bovenkant een open buis overblijft.

Vloeistof toevoegen

  • 3 Met het open uiteinde naar beneden in een vacuümkamer, wordt lucht uit de glazen buis verwijderd en wordt de koolwaterstofvloeistof in het vacuüm gebracht totdat deze de buis ongeveer 2,54 cm (1 inch) binnendringt. Vanwege milieuoverwegingen worden hedendaagse thermometers minder met kwik vervaardigd en meer met een met spiritus gevulde koolwaterstofvloeistof. Een dergelijke praktijk is verplicht (met tolerantie voor een beperkt gebruik van kwik) door de Environmental Protection Agency (EPA).

    Het vacuüm wordt dan geleidelijk verminderd, waardoor de vloeistof bij de bovenkant van de buis naar beneden wordt gedrukt. Het proces is hetzelfde wanneer kwik wordt gebruikt, behalve dat er ook warmte wordt toegepast in de vacuümkamer.

  • 4 Als de buis vol is, wordt deze op het uiteinde van de bol geplaatst. Een opwarmproces wordt vervolgens uitgevoerd door de thermometer in een warm bad te plaatsen en de temperatuur te verhogen tot 400 graden Fahrenheit (204 graden Celsius). Vervolgens wordt de temperatuur verlaagd tot kamertemperatuur om de resterende vloeistof weer op een bekend niveau te brengen. Het open uiteinde van de thermometer wordt vervolgens afgesloten door deze boven een vlam te plaatsen.

De schaal toepassen

  • 5 Nadat de buis is verzegeld, wordt een schaal aangebracht op basis van het niveau waarop de vloeistof rust wanneer deze in een waterbad van 212 graden Fahrenheit (100 graden Celsius) wordt geplaatst versus één van 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius). Deze referentiepunten voor de gewenste schaal worden op de glazen buis gemarkeerd voordat er wordt gegraveerd of gezeefdrukt om gradaties op te vullen.
  • 6 De lengtes van het assortiment zijn afhankelijk van het gebruikte ontwerp. Er wordt een schaal gekozen die het best overeenkomt met de even markeringen tussen de referentiepunten. Voor nauwkeurigheidsdoeleinden is graveren de geprefereerde markeermethode. De markeringen worden gemaakt door een graveermachine nadat de thermometer in was is geplaatst. De cijfers worden op het glas gekrast en, eenmaal voltooid, wordt de thermometer in fluorwaterstofzuur gedompeld om de gegraveerde markeringen te verzegelen. Vervolgens wordt inkt in de markeringen gewreven om de schaalwaarden te markeren. Wanneer er bijlagen op de weegschaal worden gebruikt, wordt een zeefdrukproces gebruikt om de markeringen aan te brengen.
  • 7 Ten slotte worden de thermometers dienovereenkomstig verpakt en naar klanten verzonden.

Kwaliteitscontrole

Het productieproces wordt gecontroleerd door algemeen aanvaarde industrienormen en specifieke interne maatregelen. Overwegingen bij het fabricageontwerp omvatten kwaliteitscontroles gedurende het hele productieproces. De apparatuur die wordt gebruikt om fabricagetaken uit te voeren, moet ook zorgvuldig worden onderhouden, vooral met een bijgewerkt ontwerpprotocol.

Afvalstoffen die tijdens de productie ontstaan, worden verwijderd in overeenstemming met de milieuregelgevingsnormen. Tijdens de fabricagecyclus moet apparatuur die wordt gebruikt voor het verwarmen, evacueren en graveren van de thermometer regelmatig worden gecontroleerd en gekalibreerd. Er worden ook tolerantietests uitgevoerd, met behulp van een bekende standaard, om de nauwkeurigheid van de temperatuurmetingen vast te stellen. Alle thermometers hebben een tolerantie voor nauwkeurigheid. Voor het gewone huishouden is deze tolerantie meestal plus of min 2 graden Fahrenheit (16 graden Celsius). Voor laboratoriumwerk is plus of min 1 graad over het algemeen acceptabel.

De Toekomst

Hoewel het onwaarschijnlijk is dat de al lang bestaande eenvoudige glazen thermometer zal veranderen, zullen andere thermometers Nadat het bolreservoir is gevormd en de vloeistof is ingebracht, wordt het apparaat verwarmd en afgesloten. Vervolgens worden de schaalmarkeringen toegevoegd. Dit wordt gedaan door middel van gravure, waarbij de lamp wordt gedompeld in was, de markeringen worden gegraveerd en de lamp wordt ondergedompeld in fluorwaterstofzuur om de markeringen op het glas te verzegelen. vormen blijven zich ontwikkelen. Met technologische vooruitgang en het wijdverbreide gebruik van lichtere en sterkere materialen, kunnen fabrikanten van elektronisch geïntegreerde temperatuurinstrumenten nauwkeurigere temperatuurmetingen leveren met minimale apparatuurmassa en tegen een betaalbare prijs. Analoge doosthermometers werden bijvoorbeeld ooit gebruikt met een lange draad en sondepunt voor onder meer temperatuurmetingen in de grond. Tegenwoordig zijn de sondepunten gemaakt van lichtere materialen en zijn de dozen, geladen met digitale elektronica, niet zo omvangrijk en vierkant. Vooruitkijkend kan verder werken met de microchip de aanzet geven om het temperatuurmeetproces volledig te digitaliseren. Ook kan het uiteindelijk mogelijk zijn om een ​​infraroodstraal in de grond te richten en een temperatuurmeting uit een doeldiepte te extraheren zonder de grond zelfs maar aan te raken.


Productieproces

  1. Temperatuurgestuurde ventilator
  2. Temperatuurbewaking op de Raspberry Pi
  3. Temperatuur bewaken met Raspberry Pi
  4. Raspberry Pi 1-draads digitale thermometersensor (DS18B20)
  5. Raspberry Pi-temperatuursensor
  6. IBM-wetenschappers vinden een thermometer uit voor de nanoschaal
  7. Lagertemperatuurgrafiek:
  8. Supercoole mini-thermometer
  9. NIST-sensorexperts vinden superkoude minithermometer uit
  10. AuSi2 hard-als-gerold
  11. AuSn20