Thermometer: werking, soorten en geschiedenis van temperatuurmeters

Thermometer: ontdek werking, types (kwik, alcohol, digitaal, bimetalen) en geschiedenis vanaf Galileo — alles over temperatuurmetingen en technieken.

Een thermometer is een instrument om de temperatuur (hoe warm of koud iets is) te meten of aan te geven. Eén type thermometer is een smal, verborgen glazen buisje met kwik of alcohol, dat bij het uitzetten langs het buisje uitloopt. Een ander type is een digitale thermometer, die gebruik maakt van elektronica om de temperatuur te meten.

Vroege thermometers uit de tijd van Galileo maten de uitzetting en inkrimping van lucht. Na het midden van de 17e eeuw gebruikten velen alcohol of kwik. In de 19e eeuw werd een mechanische thermometer uitgevonden die gebruik maakte van een bimetalen strip om een wijzer te bewegen. Dit type is nog steeds populair waar mensen de temperatuur van een afstand willen aflezen.

Hoe werkt een thermometer?

Een thermometer vertaalt een fysische verandering die afhangt van temperatuur naar een meetbare waarde. De meeste principes zijn gebaseerd op:

• thermische uitzetting van vloeistoffen of vaste materialen (bijv. kwik-, alcohol- of bimetalen thermometers);
• verandering in elektrische eigenschappen (bijv. weerstand bij RTD's en thermistors, of spanning bij thermokoppels);
• elektromagnetische straling (infraroodthermometers meten de thermische straling van een object zonder contact).

Belangrijke soorten thermometers

• Vloeistof-in-glas (kwik of alcohol): klassieke thermometers met een schaal. Kwik is nauwkeurig en heeft een smalle uitzettingscurve, maar is giftig; alcohol is veiliger en geschikt voor zeer lage temperaturen.
• Bimetalen thermometers: bestaan uit twee metalen met verschillende uitzettingscoëfficiënten die samen een strip vormen. Bij temperatuurverandering buigt de strip en beweegt een wijzer. Veel gebruikt in huishoudelijke en industriële toepassingen.
• Thermokoppels: bestaan uit twee verschillende metalen die aan één kant zijn verbonden; temperatuurverschillen genereren een kleine spanning. Breed temperatuurbereik, robuust en snel reagerend — veel gebruikt in industrie en ovenmetingen.
• RTD's (weerstandstemperatuurdetectoren): meestal gemaakt van platina (bijv. Pt100). De elektrische weerstand verandert met temperatuur. Hoge nauwkeurigheid en stabiliteit, geschikt voor laboratoria en processen.
• Thermistors: halfgeleiders waarvan de weerstand sterk verandert met temperatuur. Ze zijn compact en zeer gevoelig in een beperkt temperatuurbereik, vaak gebruikt in consumentenelektronica en medische thermometers.
• Infrarood- of pyrometers: meten temperatuur op afstand door de uitgestraalde warme-infrarode energie te detecteren. Handig voor bewegende objecten, gevaarlijke omgevingen of oppervlakken die niet aangeraakt mogen worden.
• Gas- en vloeistofencolom-thermometers: zeer nauwkeurige meetmethoden gebruikt in laboratoria en voor kalibratie (bv. gasthermometer, constante-volume thermometers).
• Visuele en display-typen: digitale thermometers met microcontroller en display, en vloeistofkristalstrips (kleurverandering) voor oppervlaktetests of eenvoudige indicatie.

Geschiedenis in het kort

De ontwikkeling van temperatuursensoren begint in de 16e–17e eeuw. Galileo maakte vroege apparaten die druk en uitzetting van lucht gebruikten om temperatuurveranderingen aan te tonen. Rond 1612 ontwierp Santorio Santorio een apparaat voor medische toepassingen. In de 17e eeuw werden vloeistofthermometers (alcohol, later kwik) populair. In de 18e eeuw introduceerden Daniel Gabriel Fahrenheit en Anders Celsius bruikbare temperatuurschalen; Fahrenheit (1724) met kwikthermometers, Celsius (1742) met de schaal die later werd omgekeerd tot de huidige vorm. In de 19e eeuw leidde de opkomst van mechanische ontwerpen (zoals de bimetalen thermometer) en de industrialisatie tot veel meer toepassingen. Vanaf de 20e eeuw groeide de ontwikkeling van elektrische sensoren (thermokoppels, RTD's, thermistors) en later infrarood- en digitale technieken.

Eenheden en schalen

De gangbaarste temperatuurschalen zijn:

• Celsius (°C) — gebruikt in bijna de hele wereld voor dagelijks gebruik en wetenschap;
• Kelvin (K) — absolute temperatuur voor natuurkunde en thermodynamica (0 K = absoluut nulpunt);
• Fahrenheit (°F) — nog in gebruik in enkele landen, zoals de Verenigde Staten.

Nauwkeurigheid, resolutie en kalibratie

Nauwkeurigheid hangt af van het type sensor, kwaliteit en kalibratie. Factoren die van invloed zijn: tijdconstante (reactiesnelheid), plaatsing van de sensor, thermische contactweerstand en omgevingsinvloeden. Voor kritische toepassingen worden thermometers regelmatig gekalibreerd tegen referentiestandaarden (bijv. ijkpunt van smeltend ijs, of laboratoriumkalibratie met precisie-gasthermometers).

Toepassingen

• Medisch: koortsmeting met orale, rectale of oorthermometers (snel reagerende digitale sensoren of infrarood).
• Huishoudelijk: weerstations, keuken- en oven-thermometers, thermostaten.
• Industriële processen: temperatuurregeling in productie, motoren, turbinemonitoring, en metallurgische processen.
• Wetenschappelijk: laboratoriummetingen, materiaalonderzoek en klimaatonderzoek.
• Veiligheid en milieu: detectie van brandgevaar (infrarood), HVAC-systemen en opslag van levensmiddelen/medicatie.

Veiligheid en onderhoud

• Kwikthermometers zijn nauwkeurig maar gevaarlijk bij breuk; kwikdampen zijn giftig. In veel toepassingen zijn ze vervangen door alcohol- of digitale varianten.
• Reinig sensoren volgens de instructies van de fabrikant, vooral bij medische of voedingsgebruik.
• Bescherm gevoelige sensoren tegen schokken, vervuiling en corrosieve stoffen om meetfouten te voorkomen.

Praktische tips

• Gebruik het juiste type thermometer voor de toepassing: snelle respons (thermokoppel) versus hoge nauwkeurigheid (RTD).
• Let op de meetpositie: voor lichaamstemperatuur bestaan duidelijke richtlijnen (oraal, axillair, rectaal, oor) die de meetwaarde beïnvloeden.
• Vermijd direct zonlicht of warmtebronnen bij omgevingstemperatuurmetingen.

Thermometers zijn eenvoudige maar essentiële instrumenten in wetenschap, industrie, gezondheid en dagelijks leven. De techniek achter temperatuurmeting blijft zich ontwikkelen, met steeds kleinere, snellere en specifiekere sensoren voor uiteenlopende toepassingen.

Medische thermometers

In de 20e eeuw was de traditionele klinische thermometer een thermometer van kwik in glas. Mensen stopten het uiteinde hiervan in hun mond (orale temperatuur), onder hun arm, of in hun rectum (rectale temperatuur).

Het is alleen mogelijk orale temperaturen vast te stellen bij patiënten die de thermometer goed in de mond kunnen houden. Kleine kinderen kunnen deze methode dus niet gebruiken. Het is ook een probleem voor mensen met een hoest of mensen die braken. In het verleden was het een groot probleem omdat kwikthermometers veel tijd nodig hadden om de temperatuur te meten. De huidige digitale thermometers zijn sneller. Als een persoon iets warms of kouds drinkt, moet men nog steeds wachten voordat de mondtemperatuur wordt gemeten.

Wanneer de rectale temperatuur van een persoon wordt gemeten, helpt het om een crème op de thermometer te gebruiken. Rectale thermometers zijn gewoonlijk betrouwbaarder omdat ze niet zo sterk door andere factoren worden beïnvloed. In sommige landen vindt men het gênant om ze te gebruiken bij mensen ouder dan twee of drie jaar. In andere landen wordt het voor kinderen en volwassenen normaal gevonden een rectale thermometer te gebruiken.

In de jaren negentig vonden mensen in veel landen kwikthermometers te riskant, omdat kwik gevaarlijk is als het uitlekt. Tegenwoordig gebruiken we elektronische thermometers. Soms worden thermometers met vloeistoffen gebruikt, maar niet met kwik.

Er zijn nog andere soorten medische thermometers: tympanische thermometers testen de temperatuur van het trommelvlies (het trommelvlies) met infrarood; bandthermometers testen de temperatuur van een persoon aan de voorkant van zijn hoofd.

Medische thermometers.

Zoek op letter