7. 여러 가지 온도계
<온도계의 종류>
1. 역학적 온도계 : 부피나 압력과 같은 물질의 역학적 성질이 변하는 것을 이용하여 만든 온도계, (예, 알코올 온도계, 수은 온도계)
2. 전기적 온도계 : 열전효과나 전기저항이 변하는 것을 이용
3. 복사 온도계 : 온도에 따라 물체로부터 방출되는 복사선이 변하는 것을 이용
4. 체온계
5. 자동기록 온도계
6. 최고 최저 온도계
7. 온도의 변동을 조사하는 온도계
<역학적 온도계>
온도에 따라 길이, 부피, 압력과 같은 성질이 변하는 것을 이용하여 만든 온도계를 총칭하여 역학적 온도계라고 한다.
가장 많이 사용하는 형태는 온도에 따라 늘어나는 부피를 측정하는 팽창식 온도계다. 또 다른 형태는 온도에 따라 증가하는 압력을 측정하는 압력식 온도계다.
<액체온도계>
역학적 온도계 중 가장 널리 사용되는 것으로, 대표적인 것으로 수은 온도계, 알코올 온도계가 있다.
수은이나 알코올 말고도 톨루엔이나 펜탄, 석유에테르가 사용되기도 한다. 수은 온도계는 비교적 측정 범위가 넓고, 알코올 온도계는 비교적 낮은 온도의 측정에 적합하다.
수은 온도계는 수은의 열팽창을 이용한 온도계다. 수은은 순수하게 만들기가 쉽고 유리관에 잘 부착하지 않는 장점이 있으며 섭씨 -38~356도까지 넓은 범위의 온도를 측정할 수 있다. 수은 온도계는 일상생활의 온도계를 비롯해 널리 사용되고 있다. 하지만 섭씨 0~100도의 범위 밖에서는 오차가 크고 범위 내에서도 오차가 있어서 정밀한 측정에는 사용되지 않는다.
<금속 온도계>
금속 온도계는 온도에 따라 변화하는 금속의 성질을 이용하여 만든 온도계다. 열팽창률이 다른 두 종류의 금속판을 용접하여 만든 바이메탈은 온도가 올라가면 활모양으로 굽어지는 성질이 있다.
금속온도계는 바이메탈의 원리를 이용하여 은․금․백금을 포개어서 태엽을 만든다. 이 태엽 밑에 바늘을 달아 온도의 변화에 따라 눈금판 위를 회전하도록 하였다. 금속 온도계는 정밀하지 않지만 휴대하기 간편하여 이동용 온도 측정에 사용된다.
<기체온도계>
온도에 따라 기체의 부피와 압력이 변하는 성질을 이용하여 만든 온도계다. 둥근 용기 속에 헬륨이나 수소, 질소, 공기 등의 기체를 넣고 온도에 따라 부피나 압력이 변하는 성질을 이용하여 온도를 측정한다.
사용하는 기체와 담는 용기에 따라 측정 범위가 달라진다. 고온을 측정하는 경우에는 질소와 아르곤을 이용하고 석영이나 백금이리듐 용기를 사용하면 섭씨 1,000도 이상을 측정할 수 있다. 저온을 측정하는 경우에는 저압 헬륨을 사용하고 구리 용기를 이용하면 섭씨 영하 270도까지 측정할 수 있다.
<압력식 온도계>
일정한 부피의 용기 안에 봉해 넣은 액체나 기체의 압력 변화를 이용하여 온도를 측정하게 된다. 액체로는 흔히 수은, 기체로는 공기, 질소, 헬륨, 아르곤 등이 이용된다.
<전기적 온도계>
온도에 따라 전기적 성질이 달라지는 것을 이용하여 만든 온도계다. 종류로는 열전 온도계, 저항 온도계가 있다. 측정 범위가 액체 온도계보다 넓을 뿐 아니라 정밀도가 높은 장점이 있다.
<열전 온도계>
1821년 독일의 제베크는 두 종류의 금속을 한 쌍으로 하여 고리 모양으로 연결하고, 한쪽 접점에 고온을 접촉하고 다른 쪽을 저온으로 했을 때 회로에 전류가 흐르는 현상을 발견했다. 만일 두 접점이 같은 온도이면 전류가 흐르지 않았다.
이 회로에 흐르는 전류를 열전류라 하고, 열전류를 일으키는 한 쌍의 금속을 열전쌍이라고 한다. 또 열전쌍 양단에 생기는 전압차를 열전기력이라 한다.
열전 온도계는 열전쌍 앙단의 열전기력을 측정하여 온도를 측정하는 것이다. 온도를 측정할 때는 보통 한쪽 접점을 일정한 온도로 유지시키고 다른 접점을 재려고 하는 물체 연결시켜 사용한다.
대표적인 열전쌍으로는 백금-백금로듐, 크로멜-알루멜, 구리-콘스탄탄 등이 있다. 백금-백금로듐의 열전쌍을 이용해서 잴 수 있는 온도는 섭씨 1,450도까지이고, 다른 열전쌍을 이용하면 섭씨 2,000도까지 온도를 잴 수 있다.
<저항온도계>
도체나 반도체의 전기저항은 온도에 따라 변한다. 저항 온도계는 전기저항을 측정함으로써 온도를 측정하는 온도계다. 저항체는 절연체의 테두리에 감은 백금선(섭씨 -260~630도), 니켈선(섭씨 -50~300도) 또는 구리선(섭씨 0~150도)등이다.
저항온도계는 가장 정밀도가 높은 온도계다 특히 백금의 전기저항 변화를 이용한 백금 저항 온도계는 표준온도계(13.81K~섭씨630.74도)로 사용된다. 열전쌍 온도게와 함께 공업적인 용도로 널리 사용되고 있다.
서미스터는 코발트, 구리, 망간, 니켈, 티탄 등의 산화물을 2-3종류 혼합하여 소결한 반도체다. 서미스터는 금속선에 비해서 온도에 따른 저항의 변화가 크고 소형으로 만들 수 있는 이점이 있다. 또 서미스터는 미소한 온도 변화에도 불구하고 큰 저항 변화가 생기므로 체온계, 온도계, 습도계, 기업계, 풍속계 등의 측정용이나 온도 제어용 센서로 많이 이용된다.
<복사 온도계>
물체의 온도가 올라가면 물체에서 방출되는 복사가 달라진다. 이 성질을 이용하여 만든 온도계가 복사 온도계다.
복사 온도계는 어떤 것이든 온도를 측정할 대상 물체에 직접 닿지 않아도 온도를 잴 수 있다는 이점이 있다. 또 먼 곳에 있는 물체의 온도나 움직이고 있는 것의 온도를 측정하는 데 편리하므로 공업적으로 많이 이용되고 있다.
<체온계>
보통의 수은 온도계와 달리 유리관의 일부가 가늘고 잘록하게 구부러져 있다. 이 때문에 온도가 올라가면 수은주가 내려가지 않는다. 하지만 체온을 측정한 후 세게 흔들어 주면 수은주가 다시 내려가게 된다. 온도 측정의 범위는 섭씨 35~43도로 눈금이 매겨져 있다.
<최고 최저 온도계>
어떤 시간 간격 내의 온도의 최고 값과 최저 값을 동일 장치로 기록할 수 있는 온도계다. 보통 온도를 1일 단위로 기록하기 위하여 쓰인다.
<베크만 온도계>
수은 온도계의 일종으로 어떤 온도를 기준으로 삼아서 기준 온도에서의 미세 변화를 정밀하게 측정하기 위하여 사용되는 온도계다. 보통 섭씨 0.001도에 해당하는 눈금이 매겨져 있어서 작은 온도 변화도 알아볼 수 있다.
<시온도료>
시온도료란 온도의 높낮이에 따라 색이 변하는 도료로 일정한 온도에서 색이 변하는 화합물을 이용하여 온도를 알 수 있게 한 것이다. 다른 말로 서모컬러라고도 한다.
시온도료는 열을 받으면 색이 변했다가 다시 냉각이 되면 원래의 색으로 돌아오는 가역성 도료와 원래대로 되돌아오지 않는 불가역성 도료가 있다. 불가역성은 온도가 상승할 때에만 사용된다. 불가역성은 온도가 상승할 때에만 사용된다.
시온도료를 기기 등에 발라 두면 색의 변화를 통해 온도를 측정항 수 있다. 예를 들면 수족관에 붙여 놓으면 수족관의 물의 온도를 색깔 변화로 알 수 있다.
시온도료는 섭씨 35~600도의 넓은 범위의 변색 점을 가지고 있어서 전기기구의 과열 방지나 온도 측정, 물체의 표면 온도 변화 및 분포 상태의 측정 등의 목적으로 이용된다.