De temperatuurmeter
 
De thermoscoop
De eerste temperatuurmetingen werden uitgevoerd met een thermoscoop. Deze bestaat uit een kom met vloeistof en een glazen
bol die uitmondt in een lange glazen buis en in de vloeistof wordt gestoken.

De eerste thermoscoop is uitgevonden door Santorio Santorio, die het gebruikte om de temperatuur van een mens te meten.
Deze nam het bolletje wat aan het einde van de thermoscoop zat in zijn mond of klemde het in de hand. Het duurde soms wel
25 minuten voordat de temperatuur kon worden afgelezen.

In 1610 maakte ook Galileo Galilei zo een instrument. Vóór de meting wordt wat lucht uit de bol gezogen. Vervolgens wordt de
bol omgekeerd met het uiteinde van de buis in de vloeistof gestoken. De onderdruk zuigt de vloeistof omhoog de buis in. Als de lucht in de glazen bol wordt verwarmd, zal het niveau van de vloeistofkolom in de buis dalen, omdat de hogere luchtdruk de
vloeistof terugduwt. 

Het omgekeerde gebeurt met afkoelen. Met een op de buis aangebrachte schaalverdeling kan de thermoscoop worden afgelezen. De eerste thermoscopen waren onnauwkeurig en er ontbrak een echte ijking.

Rond 1630 wordt de vloeistofthermometer uitgevonden door de Franse arts Jean Rey. Daarmee worden veranderingen van de temperatuur aangegeven door middel van de thermische uitzetting van de vloeistof.
 
 
  De vloeistof thermometer
Daniel Gabriel Fahrenheit vervolmaakt de thermometer. In 1709 maakt hij een vloeistofthermometer op basis van alcohol.
In 1724 gebruikte hij voor het eerst kwik. 

Het voordeel van kwik is dat de thermische uitzettingscoëfficiënt groot is en bovendien vrijwel constant over een groot temperatuurbereik. Een kwikkolom is ook makkelijk af te lezen. Kwik blijft niet aan de glaswand hangen en heeft een groot temperatuurbereik. Kwik bevriest bij -38,9 °C en kookt pas bij 356,9 °C. De kwikthermometer heeft daarom voor dagelijks
gebruik ruim voldoende bereik.

Fahrenheit koos als laagste temperatuur de temperatuur van een mengsel van ijs, water en keukenzout. Dit was de laagste temperatuur die destijds bereikbaar was. Het smeltpunt van ijs is het tweede vaste punt, dat zet hij op 32 graden Fahrenheit.
Het derde 'ijkpunt' is de lichaamstemperatuur, voor Fahrenheit 96 graden. Met deze ijking meet hij het kookpunt van water als
212 graden Fahrenheit.

De hoogste temperatuur die met een vloeistofthermometer kan worden gemeten wordt beperkt door de dampspanning van de vloeistof en de sterkte van de glazen buis waarin deze is opgesloten. In de praktijk betekent dit dat een kwikthermometer niet veel hoger dan 350°C (het kookpunt van kwik) kan komen.  Voor veel organische vloeistoffen geldt dat deze bij dat soort temperaturen niet stabiel zijn, dus deze grens zal ook daar niet worden overschreden. 

De laagste temperatuur die met een vloeistofthermometer kan worden gemeten wordt beperkt door het smeltpunt.
Voor kwik is dat -39°C, met alcohol kan -114°C worden bereikt.
 
Spelend met materialen kunnen heel vreemde vloeistofthermometers worden gemaakt: als men een vloeistof met een lage uitzettingscoëfficiënt
insluit in een buis met een hoge uitzettingscoëfficiënt, kan men hiermee zelfs een thermometer maken waarvan de vloeistofkolom daalt als de temperatuur stijgt.

Schaalverdeling thermometers:

De schaalverdeling voor thermometers is lang een discussiepunt geweest. Nog steeds (2003) worden er verschillende schaalverdelingen gebruikt:

Kelvin

De in het SI-systeem vastgestelde eenheid voor temperatuur. Het laagst mogelijke waarde heeft in deze schaal de waarde 0. Smeltend ijs heeft een temperatuur van ongeveer 273,15 K (de exacte waarde is afhankelijk van de luchtdruk), het tripelpunt van water 273,16 K (per definitie).

Celsius

Door de Zweedse astronoom Anders Celsius in 1742 gedefinieerd: 0 graden is de temperatuur van smeltend ijs, 100 graden de temperatuur van kokend water.

Fahrenheit

Gebaseerd op de minimumtemperatuur die in het laboratorium kon worden geproduceerd (in de tijd van Fahrenheit, met een mengsel van ijs, water
en zout), deze werd gesteld op 0, en de maximumtemperatuur op aarde van ongeveer 40 °C, die op 100 werd gesteld. De schaal wordt nog steeds veel gebruikt in Engelstalige landen.

Réaumur

Deze loopt van 0 (smeltend ijs) tot 80 (kokend water).

Rankine

De laagst mogelijke waarde is 0, het vriespunt van water is 491,7. Dit staat tot de Fahrenheitschaal als Kelvin staat tot Celsius. 
 
Soorten Thermometers 
 
  Kwikthermometer
Dit is een thermometer waarvan de uitlezing geschiedt met een kwikkolom. De Duitse natuurkundige Gabriel Fahrenheit heeft als eerste een goed bruikbare thermometer ontworpen. Vroegere thermometers maakten gebruik van de uitzetting van lucht of van alcohol. Ook Fahrenheit maakte in eerste instantie gebruik van alcohol die hij in een smalle glazen buis liet lopen naar een reservoir.

Bij verwarming zette de alcohol uit en liep vanuit het reservoir de buis in. Via een schaalverdeling kon de temperatuur worden afgelezen. Deze schaalverdeling liep vanaf de toen laagst bereikbare temperatuur die hij
de waarde "0" gaf.  Kwik thermometer 
 
Zijn tweede ijkpunt was de temperatuur van het menselijk lichaam die hij in eerste instantie  een opmerkelijk de waarde van 12 gaf. Al snel verving
hij de alcohol door kwik, waardoor hogere temperaturen konden worden gemeten. Kwikthermometers worden wegens de breekbaarheid van de
glazen buis en reservoir met kwik niet of nauwelijks meer toegepast. Bij breuk komt metallisch kwik in het milieu vrij dat vervolgens sublimeert en
als kwikdamp gezondheidsrisico's geeft.  
 
Bimetaal thermometer
Bimetaal bestaat uit twee verschillende op elkaar gewalste stukken metaal (vaak Invar en RVS).
Deze twee materialen hebben verschillende uitzettingscoëfficiënten, waardoor het bimetaal bij temperatuursverandering zal gaan buigen: het ene gedeelte zet immers sterker uit dan het andere. Met bimetaal kunnen ook temperatuurgevoelige schakelaars worden gemaakt. Bimetaalschakelaars worden onder andere toegepast in thermostaatschakelaars om de bij een voor ingestelde temperatuur te schakelen. Bijv. kastverwarming om de temperatuur in de kast constant te houden.  
 
Werking bimetaal. Links koude toestand,
rechts warm.
 
PT100 temperatuur sensor 
  Weerstandsthermometer
Metaalweerstanden bezitten een kleine positive temperatuurcoefficient. Voor een metaalweerstandtemperatuurmeter wordt vaak gebruik gemaakt van platina. Bekend is de zgn. Pt100 temperatuuropnemer. De weerstand bedraagt 100  Ohm bij 00 C.
Een dergelijke meter is te gebruiken over een tamelijk groot temperatuurgebied (-200 tot 8500 C). Helaas is de Pt100 niet over het gehele meetgebied lineair zodat lineairisering nodig is. Weerstandstemperatuurmeters kunnen bijv. worden gebruikt om de temperatuur van een airco-installatie te meten.    
 
Een NTC-weerstand is een weerstand met een negatieve temperatuurcoëfficiënt. Dit betekent dat de elektrische weerstand
afneemt als de temperatuur toeneemt. Het verband tussen weerstand en
temperatuur is. Een nadeel van een NTC weerstand is naarmate het component meer elektrisch vermogen opneemt, zal de temperatuur
hoger zijn dan de omgevingstemperatuur. Hierdoor is een NTC niet geschikt om te worden gebruikt voor meteorologische waarneming.  
 
NTC sensor 
 
Halfgeleider sensor 
 
Een andere type sensor (KTY-10) is de halfgeleider weerstand. Dit is een temperatuur afhankelijke weerstand met een postive temperatuur coefficient. De sensor heeft een weerstand van 2000 Ohm en heeft een meetbereik van -50 tot +150° met een nauwkeurigheid van 1%.
Dit type is een goedkope sensor die goed te gebruiken is voor meteorologische waarnemeningen.  
 
DS18D20 en DS18S20
  Electronische thermometer sensoren
Sinds er temperatuur wordt gemeten is men op zoek naar sensoren die ook eenvoudig uit te lezen zijn met
een digitale meter of met een interface zodat deze op een computer is aan te sluiten.

Een paar voorbeelden zijn:
- LM35: temperatuurbereik van -40 tot +110°C, Uitlezing 0,1V per graad °C.
- DS18S20: temperatuurbereik van -55 tot +125°C, Uitlezing via een 1-draads interface.   
 
Infraroodmeters (stralingstemperatuurmeters of pyrometers)
Alle voorwerpen boven het absolute nulpunt stralen infrarode energie uit. Infraroodmeters meten de hoeveelheid uitgestraalde energie als een maat voor de temperatuur.

De infraroodmeter registreert met behulp van een lens het temperaturverschil tussen het voorwerp en de meter. Als voordeel geldt dat contactloos gemeten kan worden zodat ook temperaturen van draaiende of moeilijk bereikbare voorwerpen kunnen worden gemeten. Als nadeel kan worden genoemd dat reflectie van glimmende voorwerpen de nauwkeurigheid nadelig beinvloedt en dat alleen oppervlakte-temperatuur kan worden gemeten.

Infraroodmeters zijn geschikt voor een temperatuurbereik tussen de -40 en +25000 C.
Hun nauwkeurigheid is +/- 10 C.    
 
Infrarood thermometer 
 
Gasthermometers.
Deze werken op grond van de variaties van druk als het gas wordt verwarmd of afgekoeld. Als regel wordt waterstof, helium of stikstof gebruikt.
Dit zijn de nauwkeurigste en gevoeligste thermometers, maar ze zijn moeilijk in het gebruik.

Thermokoppel.

Deze bestaat uit twee draden van verschillend metaal. Op het contactpunt ontstaat een elektrische spanning die afhankelijk is van de temperatuur

Bronnen: Wikipedia, Siemens, Dalles, RS, Farnell. Timloto, Velleman.