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온도계

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목차

1. 개요

온도계는 온도를 측정하는 데 사용되는 도구로, 물질의 열적 성질 변화를 감지하여 온도를 나타낸다. 16~17세기 피렌체 실험학회에서 실용화되었으며, 갈릴레오 갈릴레이 등이 온도계의 기초를 마련했다. 다양한 종류가 있으며, 열팽창, 압력, 밀도, 열변색, 전기 저항 등 다양한 원리를 이용한다. 온도계는 1차와 2차로 분류되며, 2차 온도계가 널리 사용된다. 정확한 온도 측정을 위해 보정이 필요하며, 정밀도, 정확도, 재현성이 중요하다. 과학, 공학, 의학, 식품 안전, 기상학 등 다양한 분야에서 활용되며, 측정 원리에 따라 여러 종류로 나뉜다.

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온도계
지도
기본 정보
종류온도 측정 기기
용도온도 측정
측정 단위섭씨
화씨
켈빈
작동 원리
주요 작동 원리열역학적 원리
열팽창 이용 온도계액체 온도계
바이메탈 온도계
열전기 효과 이용 온도계열전대
서미스터
열복사 이용 온도계적외선 온도계
기타기체 온도계
저온 온도계
광학 온도계
역사
초기 온도계갈릴레오 갈릴레이의 기체 온도계
산토리오 산토리오의 온도계
액체 온도계 발전페르디난트 2세 데 메디치의 알코올 온도계
가브리엘 파렌하이트의 수은 온도계
안데르스 셀시우스의 섭씨 온도계
기타 발전윌리엄 톰슨 (켈빈 경)의 절대 온도계
열전대
서미스터
적외선 온도계
종류별 설명
액체 온도계액체의 열팽창을 이용, 유리관 속 액체의 높이로 온도 측정
수은 온도계정확도 높음
-38 ~ 350°C 범위 측정 가능
독성 문제 존재
알코올 온도계낮은 온도 측정에 유리
-100°C 이하 온도 측정 가능
바이메탈 온도계금속의 열팽창 차이를 이용, 산업 현장 등에서 사용
열전대금속 접합부에서 발생하는 열기전력을 이용, 넓은 온도 범위 측정 가능
서미스터반도체의 온도에 따른 저항 변화를 이용, 정밀한 온도 측정 가능
적외선 온도계물체의 적외선 방출량을 측정, 비접촉식 온도 측정
기체 온도계기체의 부피 변화를 이용, 정밀한 측정 가능하나 휴대 어려움
저온 온도계극저온 환경에서 사용되는 온도계, 특수 물질 사용
광학 온도계물체의 색깔 변화를 이용, 고온 측정
기타
디지털 온도계정확하고 편리한 온도 측정 가능
액정 디스플레이(LCD)에 수치 표시
보정온도계의 정확도를 높이기 위해 보정 필요

2. 역사

16~17세기, 자연에 대한 활발한 탐구와 함께 여러 관측 기구들이 고안되었다. 이 중 피렌체의 아카데미아 데르 티멘트(실험학회)는 온도계 실용화에 큰 공헌을 했다. 이전에도 갈릴레오 갈릴레이나 코르넬리스 드레벨 등이 온도를 측정하는 간단한 온도계를 만들었지만, 대기압의 영향을 제거하기 위해 끝을 봉한 실용적인 알코올 온도계는 이 시기에 개발되었다.[66]

17세기 초, 영국의 로버트 보일은 알코올 온도계를 사용하여 온도가 일정할 때 공기의 압력과 부피가 반비례한다는 것을 발견했다. 프랑스의 기욤 아몽통은 보일의 발견에서 영감을 얻어 밀폐된 공기의 압력 변화로 온도를 측정하는 공기 온도계를 만들었다. 아몽통의 연구는 훗날 기체 상태 방정식의 기초가 되었다.[66]

18세기에 들어서면서 기술 발전과 함께 직공, 기계 제작자 출신 과학자들이 많은 업적을 남겼다. 다니엘 가브리엘 파렌하이트는 수은 정제법을 발견하여 수은 온도계를 완성했다. 그는 기욤 아몽통의 연구에 영향을 받아 물체의 열적 성질을 조사하고, 1724년에 화씨 눈금(℉)을 설정했다. 1742년에는 스웨덴의 천문학자 안데르스 셀시우스가 섭씨 눈금(℃)을 제안했다.[66]

온도계의 발명은 특정 인물이나 날짜로 단정 짓기 어렵다. 여러 사람들의 병렬적인 발전과 점진적인 개선이 있었기 때문에, 온도계는 단일 발명이 아닌 진화하는 기술로 보는 것이 적절하다. J. 르레숑(Jean Leuréchon)이 1626년에 "thermomètre"라는 용어를 사용했고, 이것이 영어로 번역된 것이 어원으로 여겨진다.

일본에서는 과거에 한난승강(寒暖昇降) 등으로 불렸으나, 1880년대부터 후쿠자와 유키치의 저서에서 채택된 "한난계(寒暖計)"라는 번역이 정착되었다. 제2차 세계대전 중에는 "온도계"로 번역되었다.

온도계와 온도 눈금(스케일)의 변천은 기록이 명확하게 남아 있지 않은 부분이 있으며, 문헌에 따라 다른 내용도 있다.

갈릴레오 갈릴레이는 1592년에 공기를 채운 유리구 관 끝을 물에 담가 물 높이 변화로 기온을 측정하는 온도계를 만들었다고 알려져 있다.[63] 실험 아카데미를 주최한 토스카나 대공 페르디난도 2세 데 메디치는 기압 변화 영향을 피하기 위해 2종류의 액체 온도계를 만들었다. 로버트 훅은 1665년부터 빙점을 0도로 하는 온도계를 기상 관측망에 도입했다.[63] 아이작 뉴턴은 1701년 빙점을 0°, 체온을 12°로 하는 눈금을 고안했다.[61]

올레 뢰머는 1702년 표준 온도계를 만들었다. 다니엘 가브리엘 파렌하이트는 1717년 화씨(°F) 눈금을 만들고, 1714년 수은 온도계를 만들었다.[63] 르네 앙투안 르오뮈르는 1730년경 르오뮈르 눈금(°R)을 사용했다.[61] 안데르스 셀시우스는 1741년 백분도 온도계를 사용했고, 칼 폰 린네가 1745년 이전 섭씨(℃)로 수정했다.[61]

온도계 발명 및 개발 주요 연표
연도내용
기원전 3세기비잔티움의 필론, 관과 구체를 이용한 온도 측정 실험
10~70년알렉산드리아의 헤론, 공기 가열/냉각으로 물 이동 장치 제시
1592년 이전갈릴레오 갈릴레이, 공기 이용 온도계 발명
1612년산토리오 산토리오, 의료용 온도계 사용
1641년 이전페르디난도 2세 데 메디치, 부표 이용 알코올 온도계 개발
1650년경페르디난도 2세 데 메디치, 피렌체 온도계 개발
1665년로버트 훅, 빙점 기준 온도계 도입
1701년아이작 뉴턴, 빙점/체온 기준 눈금 고안
1702년올레 뢰머, 표준 온도계 제작
1714년다니엘 가브리엘 파렌하이트, 수은 온도계 발명
1717년파렌하이트, 화씨 눈금 개발
1730년경르네 앙투안 르오뮈르, 르오뮈르 눈금 개발
1741년안데르스 셀시우스, 백분도 온도계 사용
1742년셀시우스, 섭씨 눈금 제안
1745년 이전칼 폰 린네, 섭씨 눈금 수정 (빙점 0°, 끓는점 100°)
1821년토마스 요한 제벡이 열전대를 발명.
1864년앙리 베크렐이 고온계의 원리를 발견.
1885년Callendar-Van Duesen이 백금 저항 온도계를 발명.
1892년앙리 르 샤틀리에가 고온계를 제작.


2. 1. 고대

16~17세기에는 자연에 대한 활발한 관심과 함께 여러 관측 기구들이 고안되었다. 피렌체의 아카데미아 데르 티멘트(실험학회)는 온도계를 실용화하는 데 큰 업적을 남겼다. 그 이전에도 갈릴레오나 드레벨(1573~1633)이 온도의 변화를 알 수 있는 간단한 온도계를 만들었지만, 대기압이 알려진 이 시대에 이르러서야 기압 변동의 영향을 제거하기 위해 끝을 봉한 실용적인 알코올 온도계가 만들어졌다.[66]

영국의 보일은 처음으로 알코올 온도계를 사용하여 온도가 일정할 때 공기의 압력과 부피가 반비례한다는 사실을 발견했다. 프랑스의 실험 물리학자 아몽통(G. Amontons, 1663~1705)은 여기서 아이디어를 얻어 밀폐된 공기의 압력 변화로 온도를 측정하는 공기 온도계를 만들었다. 그의 연구는 훗날 기체 상태 방정식의 기초가 되었다.[66]

18세기에 들어서면서 기술 발달과 함께 직공, 기계 제작자 출신 과학자들이 많은 업적을 남겼다. 파렌하이트(1687~1736)는 수은의 정제법을 발견하여 수은 온도계를 완성했다. 그는 아몽통의 연구에 영향을 받아 물체의 열적 성질을 조사하고, 1724년에 화씨 눈금(℉)을 설정했다. 섭씨 눈금(℃)은 1742년 스웨덴의 천문학자 셀시우스(A. Celsius, 1701~1744)가 제안했다.[66]

온도계의 발명은 특정 인물이나 날짜로 단정 짓기 어렵다. 여러 사람들의 병렬적인 발전과 점진적인 개선이 있었기 때문에, 온도계는 단일 발명이 아닌 진화하는 기술로 보는 것이 적절하다.

고대 비잔티움의 필론은 한쪽 끝이 액체에 담긴 관과 다른 쪽 끝이 공기가 새지 않는 구체에 연결된 실험을 기록했다. 구체 안의 공기를 가열하면 팽창하여 기포가 발생하고, 식으면 액체가 관 속으로 빨려 들어갔다. 로버트 플러드는 1617년경 필론의 실험을 바탕으로 공기 온도계를 만들었다.[3]

알렉산드리아의 헤론(Hero of Alexandria, 10~70년)은 『공기압학(Pneumatics)』에서 공기를 가열하고 냉각하여 물을 이동시키는 장치를 제시했다.[2]

로마 시대 그리스 의사 갈레노스는 온도 눈금의 발전과 온도계 발명에 중요한 두 가지 개념을 도입했다. 더위나 추위를 "더위와 추위의 정도"로 측정할 수 있다는 생각과, 얼음과 끓는 물을 섞은 혼합물을 기준 온도로 설정했다. 16세기 의사 요한 하슬러는 갈레노스의 이론을 바탕으로 체온 눈금을 개발했다.[3]

16세기 말 갈릴레오 갈릴레이는 공기를 채운 유리구의 관 끝을 물에 담그고, 관 내부의 물 높이 변화로 기온을 측정하는 온도계를 만들었다. 늦어도 1593년까지는 그가 이 온도계를 발명했다고 여겨진다.[63]

실험 아카데미를 주최한 토스카나 대공 페르디난도 2세 데 메디치는 기압 변화의 영향을 피하기 위해 2종류의 액체 온도계를 만들었다. 하나는 알코올을 넣은 병 안에서 부표가 상하하는 것을 이용한 것이고(최소 1641년),[61] 다른 하나는 밀봉된 유리관 안에 액체를 넣어 수축과 팽창으로 온도를 측정하는 피렌체 온도계였다.

영국의 로버트 훅은 1665년부터 빙점을 0도로 하는 온도계를 왕립학회의 기상 관측망에 도입했다.[63] 1701년 아이작 뉴턴은 빙점을 0°, 체온을 12°로 하는 눈금을 고안했다.[61]

1702년 네덜란드의 천문학자 올레 뢰머는 소금과 얼음 혼합물을 0°, 물의 끓는점을 60°로 하는 표준 온도계를 만들었다. 이 눈금에서는 빙점이 7.5°였고, 후에 빙점을 7.5°, 끓는점을 60°로 보정했다.[61]

1717년 네덜란드의 다니엘 파렌하이트는 뢰머의 눈금을 4배로 세분화한 온도계를 만들고, 체온을 96°로 변경했다. 이 눈금이 화씨(°F)이다. 그는 1714년에 수은 온도계를 만들었다.[63]

1730년경 프랑스의 르네 앙투안 르오뮈르는 빙점을 0°, 끓는점을 80°로 한 르오뮈르 눈금(°R)을 사용하기 시작했다.[61]

1741년 스웨덴의 안데르스 셀시우스는 백분도 온도계를 사용하기 시작했고, 칼 폰 린네가 빙점을 0°, 끓는점을 100°로 변경했다(1745년 이전).[61] 이 눈금이 섭씨(℃)이다.

온도계 발명 및 개발 주요 연표
연도내용
기원전 3세기비잔티움의 필론, 관과 구체를 이용한 온도 측정 실험
10~70년알렉산드리아의 헤론, 공기 가열/냉각으로 물 이동 장치 제시
16세기 말갈릴레오 갈릴레이, 공기 이용 온도계 발명 (1593년 이전)
1612년산토리오 산토리오, 의료용 온도계 사용
1641년 이전페르디난도 2세 데 메디치, 부표 이용 알코올 온도계 개발
1650년경페르디난도 2세 데 메디치, 피렌체 온도계 개발
1665년로버트 훅, 빙점 기준 온도계 도입
1701년아이작 뉴턴, 빙점/체온 기준 눈금 고안
1702년올레 뢰머, 표준 온도계 제작
1714년다니엘 가브리엘 파렌하이트, 수은 온도계 발명
1717년파렌하이트, 화씨 눈금 개발
1730년경르네 앙투안 르오뮈르, 르오뮈르 눈금 개발
1741년안데르스 셀시우스, 백분도 온도계 사용
1742년셀시우스, 섭씨 눈금 제안
1745년 이전칼 폰 린네, 섭씨 눈금 수정 (빙점 0°, 끓는점 100°)


2. 2. 르네상스 시대 (16세기 후반 ~ 17세기 초)

16세기 후반과 17세기 초는 자연에 대한 활발한 관심이 높아지면서 관측에 도움이 되는 여러 기구들이 고안되던 시기였다. 특히 피렌체의 아카데미아 데르 티멘트(실험학회)는 온도계 실용화에 큰 업적을 남겼다. 이전에도 갈릴레오 갈릴레이나 코르넬리스 드레벨(Cornelis Drebbel)이 온도의 변화를 알 수 있는 간단한 온도계를 만들었지만, 대기압이 알려진 이 시대에 이르러서야 기압 변동의 영향을 제거하기 위해 끝을 봉한 실용적인 알코올 온도계가 만들어졌다.[66]

갈릴레오 갈릴레이는 1592년에 공기를 채운 유리구의 관 끝을 물에 담그고, 관 내부의 물 높이 변화로 기온을 측정하는 온도계를 만들었다고 알려져 있다.[63] 그러나 갈릴레오가 실제로 온도계를 제작했다는 증거 기록은 남아 있지 않으며, 그의 친구 산토리오 산토리오가 발명했다는 설도 있다. 1612년, 산토리오 산토리오는 의료에 온도계를 사용했다.

1650년경, 토스카나 대공 페르디난도 데 메디치는 기압 변화의 영향을 피하기 위해 알코올을 넣은 액주 온도계를 제작했다.[61]

17세기 초, 여러 유럽 과학자들은 공기로 채워진 유리 구근을 관에 연결하고, 관에는 물을 일부 채운 장치를 개발했다. 구근 속 공기의 온도 변화에 따라 관 속 물기둥 높이가 달라지는 것을 이용한 것이다.[3] 이러한 장치는 '온도측정기'(thermoscope)라고 불렸으며, 온도계와는 달리 눈금이 없었다.[6][3] 최초로 온도계의 개념이 명확하게 나타난 도표는 1617년 주세페 비안카니에 의해 출판되었다.[3] 눈금이 표시되어 최초의 온도계로 간주될 수 있는 것은 1625년 산토리오 산토리오가 고안한 것이다.[5]

1702년, 덴마크의 천문학자 올레 뢰머는 소금과 얼음의 혼합 상태를 0°, 물의 끓는점을 60°로 하는 표준 온도계를 만들었다. 이는 후세에도 눈금의 재현성이 확인된 최초의 온도계였다.[61]

2. 3. 17세기 중반 ~ 18세기

16세기에서 17세기에는 자연에 대한 활발한 관심과 함께 여러 관측 기구들이 고안되었다. 특히 피렌체의 아카데미아 데르 티멘트(실험학회)는 온도계 실용화에 큰 업적을 남겼다. 갈릴레이와 드레벨이 온도의 변화를 알 수 있는 간단한 온도계를 만들었지만, 기압 변동의 영향을 제거하기 위해 끝을 봉한 실용적인 알코올 온도계가 이 시대에 만들어졌다. 이후 기상 관측에 알코올 온도계가 널리 사용되면서 공기의 성질이 점차 밝혀졌다.[66]

영국의 보일은 온도가 일정할 때 공기의 압력과 부피 관계를 발견했고, 프랑스의 아몽통은 밀폐된 공기의 압력 변화로 온도를 측정하는 공기 온도계를 만들었다. 이는 훗날 기체 상태 방정식의 기초가 되었다.[66]

18세기에는 광산업 발달과 함께 증기기관이 고안되면서 열 문제가 중요해졌다. 기계 제작자 출신 파렌하이트는 수은 청정법을 발견하여 수은 온도계를 완성했다. 그는 아몽통의 연구를 바탕으로 1724년 화씨 눈금(℉)을 설정했다. 1742년에는 스웨덴의 천문학자 셀시우스가 섭씨 눈금(℃)을 고안했다.[66]

온도계 발명은 특정 인물이나 시기로 단정하기 어렵다. 여러 발전과 개선이 점진적으로 이루어졌기 때문에, 단일 발명이 아닌 진화하는 기술로 보는 것이 적절하다.

17세기 중반 갈릴레오 박물관에 전시된 50도 온도계. 검은 점은 1도, 흰색은 10도 간격을 나타내며 대기 온도 측정에 사용되었다.


초기 온도계는 기압계 역할도 겸했기 때문에 기압에 민감했다. 1629년 조셉 솔로몬 델메디고는 밀봉된 액체 온도계에 대한 설명과 그림을 출판했다.[9] 1654년경, 토스카나 대공 페르디난도 2세는 액체의 팽창에 의존하고 기압과 무관한 최초의 현대식 온도계를 제작했다.[8] 그러나 초기에는 표준 눈금은 없었다.

1665년 크리스티안 하위헌스는 물의 녹는점과 끓는점을 표준으로 제안했고,[11] 1694년 카를로 레날디니는 이들을 보편적인 눈금의 고정점으로 사용할 것을 제안했다. 1701년 아이작 뉴턴은 얼음의 녹는점과 체온 사이 12도 눈금을 제안했다.

온도계와 온도 눈금의 변천은 기록이 명확하지 않은 부분이 있으며, 문헌에 따라 내용이 다르기도 하다.

16세기 말 갈릴레오 갈릴레이는 공기를 채운 유리구 관 끝을 물에 담가 물 높이 변화로 기온을 측정하는 온도계를 만들었다. 늦어도 1593년까지는 그가 이 온도계를 발명했다고 여겨진다.[63]

실험 아카데미를 주최한 토스카나 대공 페르디난도 2세 데 메디치는 기압 변화 영향을 피하기 위해 2종류의 액체 온도계를 만들었다. 하나는 알코올을 넣은 병 안에서 부표가 온도에 따라 상하하는 것을 이용했고, 적어도 1641년에는 만들어졌다.[61] 다른 하나는 밀봉된 유리관 안에 액체를 넣어 수축과 팽창으로 온도를 측정하는 피렌체 온도계였다.

영국 왕립학회 로버트 훅은 1665년부터 빙점을 0도로 하는 온도계를 기상 관측망에 도입했다.[63] 1701년 아이작 뉴턴은 빙점을 0°, 체온을 12°로 하는 스케일을 고안했다.[61]

1702년 네덜란드 천문학자 올레 뢰머는 소금과 얼음 혼합 상태를 0°, 물 끓는점을 60°로 하는 표준 온도계를 만들었다. 이 스케일에서는 빙점 온도가 7.5°였고, 후에 빙점을 7.5°, 끓는점을 60°로 보정했다.[61]

1717년 네덜란드 기술자 다니엘 파렌하이트는 뢰머 눈금을 4배 세분화한 온도계를 만들고, 체온을 96°로 바꿨다. 이 스케일은 화씨(°F)로 현재도 사용된다. 사후에는 끓는점도 기준(212°)으로 사용되었다.[61] 그는 1714년 수은 온도계를 만들었다.[63]

1730년경 프랑스 르네 앙투안 르오뮈르는 빙점을 0°, 끓는점을 80°로 한 스케일을 르오뮈르(°R)로 사용했다. 르오뮈르 온도계는 프랑스와 중앙 유럽에서 약 100년간 널리 사용되었다.[61]

1741년 12월 스웨덴 천문학자 안데르스 셀시우스는 백분도 온도계를 관측 기록에 사용했고, 칼 폰 린네는 온실 내 온도 측정을 위해 빙점을 0°, 끓는점을 100°로 바꿨다. 이 스케일이 섭씨(℃)로 현재 일본 등에서 사용된다.[61]

주요 사건들은 다음과 같이 정리할 수 있다.

연도사건
1592년갈릴레오 갈릴레이가 공기 온도계를 발명 (다른 설도 있음).
1612년산토리오 산토리오가 의료에 온도계 사용.
1650년경 (늦어도 1654년)토스카나 대공 페르디난도 데 메디치가 액주(알코올) 온도계 제작.
1702년덴마크 천문학자 올레 뢰머가 물의 녹는점과 끓는점을 사용한 온도계 제작.
1714년다니엘 가브리엘 파렌하이트가 수은 액주 온도계 발명.
1730년르네 앙투안 르오뮈르가 섭씨계 고안 (이후 수정됨).
1742년스웨덴 안데르스 셀시우스가 섭씨계 개량.
1765년네덜란드에서 일본으로 온도계 전래.
1821년토마스 요한 제벡이 열전대 발명.
1864년앙리 베크렐이 고온계 원리 발견.
1885년Callendar-Van Duesen이 백금 저항 온도계 발명.
1892년앙리 르 샤틀리에가 고온계 제작.


2. 4. 정밀 온도 측정 시대 (18세기 이후)

18세기에 들어서면서 기술 발달의 영향으로 직공이나 기계 제작자 출신 과학자들이 많은 업적을 남겼다. 수은 온도계의 완성도 기계 제작자인 파렌하이트(1687~1736)에 의한 것이다. 이전부터 수은을 온도계에 사용하려는 시도는 있었으나, 파렌하이트가 수은 청정법을 발견하기 전까지는 실용화되지 못했다. 그는 아몽통의 연구에 자극을 받아 물체의 여러 열적 성질을 조사했고, 1724년에는 그동안 다양하게 제안되던 눈금의 기준점을 통일하기 위해 현재의 화씨 눈금(℉)을 설정하였다.[66] 이보다 약 20년 뒤인 1742년에는 스웨덴의 천문학자인 셀시우스(A. Celsius, 1701~1744)가 현재 일반적으로 사용되는 섭씨 눈금(℃)을 고안하였다.[66]

1714년, 과학자이자 발명가인 다니엘 가브리엘 파렌하이트는 알코올과 물 혼합물 대신 수은을 사용하는 신뢰할 수 있는 온도계를 발명하였다. 1724년, 그는 온도 눈금을 제안했는데, 이는 현재 (약간 조정된) 그의 이름을 따서 명명되었다. 1742년, 안데르스 셀시우스는 물의 끓는점을 0도, 어는점을 100도로 하는 눈금을 제안했다.[12] 하지만 현재 그의 이름을 딴 눈금은 반대로 되어 있다.[13] 1730년 프랑스 곤충학자인 르네 앙투안 페르쇼 드 레오뮈르는 알코올 온도계와 레오뮈르 온도 눈금을 발명했지만, 파렌하이트의 수은 온도계보다 신뢰성이 떨어지는 것으로 판명되었다.

화씨(°F)와 섭씨(°C) 단위가 표시된 온도계.


헤르만 부어하페(1668~1738)는 온도계 측정을 임상 실습에 처음 사용한 의사였다.[14] 1866년, 토마스 클리포드 올벗 경(1836~1925)은 20분이 아닌 5분 만에 체온을 측정할 수 있는 임상용 온도계를 발명했다.[15] 1999년, 엑서젠 코퍼레이션의 프란체스코 폼페이 박사는 세계 최초의 측두동맥 온도계를 선보였는데, 이는 비침습적인 온도 센서로 이마를 약 2초 동안 스캔하여 의학적으로 정확한 체온을 제공한다.[16][17]

온도계와 온도 눈금(스케일)의 변천은 기록이 명확하게 남아 있지 않은 부분이 있으며, 문헌에 따라 다른 내용도 있는 것 같다.

3. 종류

온도계는 측정에 이용하는 원리에 따라 여러 종류로 나뉜다. 물질은 온도가 변하면 팽창하거나 수축하는 성질을 가지고 있어, 이러한 성질을 이용해 온도를 측정할 수 있다.


  • 열팽창:
  • 기체 온도계: 다루기 복잡하여 주로 연구용으로 사용된다.
  • 유리 온도계, 부르동관식(Bourdon 管式) 온도계: 알코올 또는 수은의 열팽창을 이용한다.
  • 바이메탈식 온도계: 금속의 열팽창을 이용한다.
  • 유리 온도계:
  • 수은 사용: -30 ~ 360℃ 범위에서 사용. 수은 윗부분에 고압 가스를 넣으면 650℃까지 사용 가능.
  • 유기 액체(알코올 등) 사용: -100℃에서 200℃까지 사용.
  • 체온계: 유리 온도계의 일종. 수은이 구부로 되돌아가지 않고 모세부에 남아있게 하는 유점(留點)이 있다.
  • 부르동관식 온도계: 감온부, 부르동관, 도관으로 구성. 내부 액체의 팽창/수축이 압력 변화로 부르동관에 전달되어 변위를 일으킨다. 수은 사용 시 -30 ~ 600℃ 범위, 측정 정도는 1~2%이다.
  • 바이메탈 온도계: 열팽창 계수가 다른 두 금속판을 붙인 바이메탈을 이용. 가열 시 열팽창 계수가 작은 금속판 쪽으로 구부러지는 정도를 이용한다. 전기다리미 등의 온도 조절에 이용된다.

  • 기전력:
  • 열전대: 두 종류 금속선 접점에서 온도 차이에 의해 발생하는 기전력(열기전력)을 이용한다. 한쪽 접점을 일정 온도로 유지하고, 온도와 열기전력 관계를 이용한다. 백금로듐-백금(PR열전대), 구리-콘스탄탄(CC열전대) 등이 사용되며, -200∼1,400℃ 범위 측정이 가능하다.

  • 전기 저항:
  • 저항 온도계: 금속선 등의 전기 저항 변화를 이용한다. 백금선(정밀 측정, 고가), 니켈선(300℃ 정도), 동선(150℃ 이하), 서미스터 등이 사용된다.
  • 서미스터: 온도 상승 시 전기 저항 감소. 저항 변화가 커 정밀한 온도차 측정에 편리하다.
  • 휘트스톤 브리지: 측온저항체와 3개 저항선을 접속한 전기 회로를 이용해 전기 저항을 측정, 온도를 알아낸다.

  • 열방사:
  • 1,000℃ 이상 고온 측정에 사용.
  • 광고온계(光高溫計): 용광로 온도 측정. 망원경 속 전구 필라멘트 밝기와 측온 물체 밝기 비교.
  • 광전고온계(光電高溫計): 광전관(光電管) 이용, 자동 측정.


증기로 데운 우유의 온도를 측정하는 데 사용되는 이중 금속 스템 온도계


오븐에서 요리 및 베이킹을 위한 이중 금속 온도계


19세기의 다양한 온도계


섭씨와 화씨 눈금 비교


온도계는 경험적 온도계와 절대 온도계로 나눌 수 있다. 절대 온도계는 열역학적 절대 온도 눈금으로 보정된다. 경험적 온도계는 절대 온도계와 수치 눈금이 정확히 일치하지 않을 수 있지만, 온도계로서 자격을 갖추려면 두 물체의 온도가 같거나 어느 것이 더 높은지 판단하는 데 있어 절대 온도계와 일치해야 한다.[18] 두 경험적 온도계의 수치 눈금 판독값 사이의 관계는 선형일 필요는 없지만, 엄격하게 단조적인 관계여야 한다.[19]

열역학 제0법칙만으로는 온도 측정에 대한 충분한 정보를 제공하지 않지만, 1977년 제임스 세린이 제시한 열역학 제0법칙은 온도 측정에 대한 추가 정보를 제공한다.[23] 더 높은 온도의 개념은 빈의 변위 법칙에서 얻을 수 있으며, 열복사의 온도는 주파수 스펙트럼의 최대 주파수에 비례한다.[23] 플랑크의 원리는 닫힌 계에서 등적 아단열 작업 과정이 내부 에너지 변화의 유일한 수단일 때, 계의 최종 상태는 초기 상태보다 결코 차갑지 않다는 것을 통해 더 뜨겁고 차가운 조건을 구별하는 방법을 제공한다.[24][25][26]

경험적 온도계는 "1차 및 2차 온도계" 섹션(하위섹션)에 나열된 여러 원리를 기반으로 한다. 이 중 많은 원리가 특정 물질의 상태와 온도 사이의 구성 관계를 기본으로 한다. 복사 온도 측정은 물질의 구성 관계에 거의 의존하지 않아 "보편적"이라고 생각할 수 있으며, 이는 열역학적 평형의 보편적 특성인 흑체 복사를 생성하는 특성에 근거한다.

물질의 특성을 기반으로 한 다양한 종류의 경험적 온도계가 있다. 많은 경험적 온도계는 온도계 물질의 압력, 부피, 온도 간의 구성 관계에 의존한다. 예를 들어, 수은은 가열되면 팽창한다.

압력, 부피, 온도 간의 관계를 이용하는 온도계 물질은 다음과 같은 세 가지 특성을 가져야 한다.

(1) 가열 및 냉각이 빨라야 한다. 즉, 열이 물질에 들어가거나 나올 때, 물질은 지연 없이 최종 부피, 압력, 온도에 도달해야 한다. 들어온 열의 일부는 일정 온도에서의 잠열로, 나머지는 일정 부피에서의 비열로 간주될 수 있다.[27]

(2) 가열 및 냉각이 가역적이어야 한다. 즉, 물질은 동일한 열 증감에 대해 무한히 가열 및 냉각될 수 있으며, 매번 원래의 압력, 부피, 온도로 돌아가야 한다. 일부 플라스틱은 이러한 특성을 가지지 않는다.[28]

(3) 가열 및 냉각이 단조적이어야 한다.[19][29] 즉, 작동 온도 범위에서,

:(a) 주어진 고정 압력에서,

::(i) 온도가 증가할 때 부피가 증가하거나, (ii) 온도가 증가할 때 부피가 감소해야 한다.

::하지만 일부 온도에서는 (i)이고 다른 온도에서는 (ii)일 수는 없다.

:(b) 주어진 고정 부피에서,

::(i) 온도가 증가할 때 압력이 증가하거나, (ii) 온도가 증가할 때 압력이 감소해야 한다.

::하지만 일부 온도에서는 (i)이고 다른 온도에서는 (ii)일 수는 없다.

약 4°C에서는 물이 특성 (3)을 가지지 않아 비정상적으로 행동하므로, 이 온도 범위에서는 온도 측정에 사용할 수 없다.[21][30][31][32][33]

기체는 특성 (1), (2), (3)(a)(α) 및 (3)(b)(α)를 모두 가지므로 적합한 온도계 물질이며, 온도 측정 개발에 중요한 역할을 했다.[34]

레뇨는 정압 공기 온도계가 번거로운 보정이 필요하여 정적 공기 온도계를 만들었다.[35] 정적 온도계는 약 4°C에서 물과 같은 이상 행동 문제를 피할 수 있는 방법을 제공하지 않는다.[33]

플랑크 법칙은 불투명하고 반사율이 낮은 재질로 만들어진 공동(cavity)에서 열역학적 평형 상태에 도달했을 때, 절대 열역학 온도의 함수로서 전자기 복사의 전력 스펙트럼 밀도를 정확하게 기술한다. 공동 벽에 작은 구멍을 뚫으면 흑체 복사가 방출되며, 그 분광 복사도를 측정할 수 있다. 공동 벽의 재질은 상관없으며, 넓은 온도 범위에서 재현성 있는 절대 온도계를 제공한다.

온도 측정 원리에 따른 온도계 종류는 다음과 같다.

온도 측정 원리에 따른 온도계 종류
원리종류추가 설명
열팽창바이메탈 기계식 온도계(브레게 온도계), 알코올, 수은 온도계(역온도계, 백만 미분 온도계), 기체 온도계다양한 물질의 상의 열팽창 특성 이용
압력증기압 온도계
밀도갈릴레오 온도계[45]
열변색액정 온도계일부 화합물의 열변색 이용, 디지털화
밴드 갭
온도 측정법
(BET)		반도체 재료의 밴드 갭 온도 의존성 이용, 정밀 광학적(비접촉식) 측정[46], 특수 광학 시스템/데이터 분석 소프트웨어 필요[47][48]
흑체 복사복사 온도계 (볼로미터), 적외선 온도계, 열화상 사진
적외선 온도계
절대 영도보다 높은 물체의 흑체 복사 방출 이용, 원격 감지, 고온에서 가시적(색온도, 항성 표면 온도)
형광인광 온도 측정법
광 흡수 스펙트럼광섬유 온도계
전기 저항저항 온도계, 서미스터, 쿨롱 차단 온도계
전위열전대, 실리콘 밴드갭 온도 센서열전대: 극저온~1000°C 이상, 오차 ±0.5~1.5°C. 실리콘 밴드갭 온도 센서: ADC/I2C 인터페이스 포함 집적 회로, -50~150°C, ±0.25~1°C, 빈닝 개선 가능[49][50]
전기 공진석영 온도계
핵자기 공명화학적 이동 온도 의존성, NMR 프로브 온도 조절기 보정(메탄올, 에틸렌 글리콜 사용)[51][52], 내부 표준 화학적 이동도 온도 의존성[53]
자기화율저온계퀴리 온도 이상 상자성 물질 자기화율 역온도 의존성[54][55]


3. 1. 1차 온도계와 2차 온도계

온도계는 측정하는 물리량이 온도에 어떻게 대응되는지에 따라 1차 온도계와 2차 온도계로 나뉜다.[36]
1차 온도계는 물질의 측정 특성이 잘 알려져 있어, 미지수 없이 온도를 계산할 수 있다. 예로는 기체의 상태 방정식, 기체 내 음속, 저항의 열 잡음 전압 또는 전류, 자기장 내 특정 방사성 원자핵의 각 이방성 감마선 방출 기반 온도계가 있다.[36] 열역학 온도와 직접 대응하는 물리량을 측정하여 온도를 결정하며, 온도 표준을 정하는 데 쓰인다. 예를 들어 이상 기체 상태 방정식 ''pV''=''nRT''에서 압력, 부피, 물질량을 알면 온도가 유일하게 결정된다. 이처럼 물리량 정의에서 온도가 도출되므로 교정 개념이 없다.
2차 온도계는 편리하여 널리 쓰이며, 1차 온도계보다 민감한 경우가 많다. 그러나 측정 특성만으로는 온도를 직접 계산할 수 없어, 1차 온도계를 기준으로 교정해야 한다. 삼중점, 초전도 전이 같은 고정점을 이용할 수 있다.[36] 2차 온도계는 전기 저항, 액체 기둥 높이, 출력 전압 등 온도와 명확히 연관된 다른 양을 측정한다. 대부분의 온도계가 이에 속한다.

1차 온도계로 열역학 온도를 결정하는 작업은 전문 설비를 갖춘 연구 시설에서 이루어진다. 여기서 온도 표준이 결정되고, 이를 기준으로 2차 온도계가 교정된다.

3. 2. 측정 원리에 따른 분류

물질은 온도가 변하면 팽창하거나 수축하는 성질을 가지고 있는데, 이러한 성질을 이용하여 온도를 측정할 수 있다.

기체의 열팽창을 이용한 기체온도계는 다루기가 복잡하여 주로 연구용으로 사용되며, 일반적으로는 액체나 고체의 열팽창을 이용한 온도계를 사용한다.

유리 온도계나 부르동관식(Bourdon 管式) 온도계는 알코올 또는 수은의 열팽창을 이용하며, 바이메탈식 온도계는 금속의 열팽창을 이용한다. 수은을 넣은 유리온도계는 보통 −30 ∼ 360℃ 정도의 범위에서 사용되지만, 수은 윗부분에 고압 가스를 넣으면 650℃ 정도까지 사용할 수 있다. 알코올과 같은 유기액체를 이용한 온도계는 −100℃에서 200℃까지 사용된다. 유리온도계는 감온액 전체가 측정하려는 온도와 같아졌을 때 정확한 온도를 측정할 수 있다는 점에 주의해야 한다. 체온계도 유리온도계의 일종으로, 수은이 들어 있는 구부(球部)와 모세부(毛細部) 사이의 유점(留點)이라는 가느다란 부분 때문에 수은이 구부로 되돌아가지 않고 모세부에 남아있게 된다.

부르동관식 온도계는 감온부(感溫部), 부르동관, 도관(導管)으로 구성되어 있으며, 내부에 액체가 채워져 있다. 감온부를 측정부에 놓으면 액체가 팽창 또는 수축하고, 이것이 압력 변화로 부르동관에 전달되어 부르동관 끝이 변위한다. 이 변위는 치차에 의해 확대되어 지침에 전달된다. 수은을 사용한 것은 −30 ∼ 600℃ 정도의 범위에서 사용되며, 측정 정도는 1 ∼ 2%이다.

열팽창 계수가 다른 두 종류의 금속판을 붙인 판을 바이메탈이라고 한다. 이 판을 가열하면 열팽창 계수가 작은 금속판 쪽으로 구부러지는데, 이 구부러지는 정도를 이용하여 온도를 측정하는 것이 바이메탈 온도계이다. 이 온도계는 측정 결과를 전기계(電氣系)에 전달하기 편리하여 전기다리미 등의 온도 조절에도 이용된다.

열전대는 두 가지 다른 금속선을 접속했을 때 두 접점의 온도가 다르면 기전력이 발생하는 현상(열기전력)을 이용한다. 한쪽 접점을 일정한 온도로 유지하면 열기전력은 다른 접점의 온도에 의해서만 결정되므로, 온도와 열기전력의 관계를 미리 알아두면 온도를 측정할 수 있다. 측온접점은 온도 측정에 사용되는 접점이고, 기준접점(냉접점)은 일정한 기준 온도로 유지된다. 백금로듐과 백금(PR열전대), 구리와 콘스탄탄(CC열전대) 등이 흔히 사용되며, 적절한 열전대를 사용하면 −200∼1,400℃ 범위의 온도 측정이 가능하다.

저항 온도계는 금속선 등의 전기저항이 온도에 따라 변하는 원리를 이용한다. 백금선, 니켈선, 동선, 서미스터 등이 저항체로 사용된다. 백금선은 정밀 온도 측정에 사용되지만 가격이 비싸다. 니켈선은 300℃ 정도, 동선은 150℃ 이하에서 사용된다. 서미스터는 온도가 상승하면 전기 저항이 줄어드는 특성을 가지며, 온도 변화에 따른 저항 변화가 커서 정밀한 온도차 측정에 편리하다. 저항온도계는 측온저항체와 3개의 저항선을 접속한 전기회로(휘트스톤 브리지)를 이용하여 전기저항을 측정하고, 이를 통해 온도를 알아낸다.

고온 물체는 열을 방사하며, 방사되는 열에너지는 표면 온도에 따라 다르다. 이를 이용한 온도계를 열방사를 이용한 온도계라고 하며, 약 1,000℃ 이상의 고온도 측정에 사용된다. 광고온계(光高溫計)는 용광로 속의 온도를 측정하는 데 사용되며, 망원경 속 전구의 필라멘트 밝기와 측온 물체의 밝기를 비교하여 온도를 측정한다. 광전고온계(光電高溫計)는 광전관(光電管)을 이용하여 자동적으로 측정할 수 있게 만든 것이다.

온도계는 경험적 온도계와 절대 온도계로 나눌 수 있다. 절대 온도계는 열역학적 절대 온도 눈금으로 보정된다. 경험적 온도계는 절대 온도계와 수치 눈금이 정확히 일치하지 않을 수 있지만, 온도계로서 자격을 갖추려면 두 물체의 온도가 같거나 어느 것이 더 높은지 판단하는 데 있어 절대 온도계와 일치해야 한다.[18] 두 경험적 온도계의 수치 눈금 판독값 사이의 관계는 선형일 필요는 없지만, 엄격하게 단조적인 관계여야 한다.[19]

열역학 제0법칙만으로는 온도 측정에 대한 충분한 정보를 제공하지 않지만, 1977년 제임스 세린이 제시한 열역학 제0법칙은 온도 측정에 대한 추가 정보를 제공한다.[23] 더 높은 온도의 개념은 빈의 변위 법칙에서 얻을 수 있으며, 열복사의 온도는 주파수 스펙트럼의 최대 주파수에 비례한다.[23] 플랑크의 원리는 닫힌 계에서 등적 아단열 작업 과정이 내부 에너지 변화의 유일한 수단일 때, 계의 최종 상태는 초기 상태보다 결코 차갑지 않다는 것을 통해 더 뜨겁고 차가운 조건을 구별하는 방법을 제공한다.[24][25][26]

경험적 온도계는 "1차 및 2차 온도계" 섹션에 나열된 여러 원리를 기반으로 한다. 이 중 많은 원리가 특정 물질의 상태와 온도 사이의 구성 관계를 기본으로 한다. 복사 온도 측정은 물질의 구성 관계에 거의 의존하지 않아 "보편적"이라고 생각할 수 있으며, 이는 열역학적 평형의 보편적 특성인 흑체 복사를 생성하는 특성에 근거한다.

물질의 특성을 기반으로 한 다양한 종류의 경험적 온도계가 있다. 많은 경험적 온도계는 온도계 물질의 압력, 부피, 온도 간의 구성 관계에 의존한다. 예를 들어, 수은은 가열되면 팽창한다.

압력, 부피, 온도 간의 관계를 이용하는 온도계 물질은 다음과 같은 세 가지 특성을 가져야 한다.

(1) 가열 및 냉각이 빨라야 한다. 즉, 열이 물질에 들어가거나 나올 때, 물질은 지연 없이 최종 부피, 압력, 온도에 도달해야 한다. 들어온 열의 일부는 일정 온도에서의 잠열로, 나머지는 일정 부피에서의 비열로 간주될 수 있다.[27]

(2) 가열 및 냉각이 가역적이어야 한다. 즉, 물질은 동일한 열 증감에 대해 무한히 가열 및 냉각될 수 있으며, 매번 원래의 압력, 부피, 온도로 돌아가야 한다. 일부 플라스틱은 이러한 특성을 가지지 않는다.[28]

(3) 가열 및 냉각이 단조적이어야 한다.[19][29] 즉, 작동 온도 범위에서,

:(a) 주어진 고정 압력에서,

::(i) 온도가 증가할 때 부피가 증가하거나, (ii) 온도가 증가할 때 부피가 감소해야 한다.

::하지만 일부 온도에서는 (i)이고 다른 온도에서는 (ii)일 수는 없다.

:(b) 주어진 고정 부피에서,

::(i) 온도가 증가할 때 압력이 증가하거나, (ii) 온도가 증가할 때 압력이 감소해야 한다.

::하지만 일부 온도에서는 (i)이고 다른 온도에서는 (ii)일 수는 없다.

약 4 °C에서는 물이 특성 (3)을 가지지 않아 비정상적으로 행동하므로, 이 온도 범위에서는 온도 측정에 사용할 수 없다.[21][30][31][32][33]

기체는 특성 (1), (2), (3)(a)(α) 및 (3)(b)(α)를 모두 가지므로 적합한 온도계 물질이며, 온도 측정 개발에 중요한 역할을 했다.[34]

레뇨는 정압 공기 온도계가 번거로운 보정이 필요하여 정적 공기 온도계를 만들었다.[35] 정적 온도계는 약 4°C에서 물과 같은 이상 행동 문제를 피할 수 있는 방법을 제공하지 않는다.[33]

플랑크 법칙은 불투명하고 반사율이 낮은 재질로 만들어진 공동(cavity)에서 열역학적 평형 상태에 도달했을 때, 절대 열역학 온도의 함수로서 전자기 복사의 전력 스펙트럼 밀도를 정확하게 기술한다. 공동 벽에 작은 구멍을 뚫으면 흑체 복사가 방출되며, 그 분광 복사도를 측정할 수 있다. 공동 벽의 재질은 상관없으며, 넓은 온도 범위에서 재현성 있는 절대 온도계를 제공한다.

온도 측정 원리에 따른 온도계 종류는 다음과 같다.

; 열팽창

: 다양한 물질의 상의 열팽창 특성을 이용한다.

:* 팽창 계수가 다른 두 고체 금속 쌍은 바이메탈 기계식 온도계에 사용될 수 있다. (브레게 온도계도 이 원리를 사용한다.)

:* 일부 액체는 높은 팽창 계수를 가지므로 알코올 또는 수은 온도계의 기초가 된다. (역온도계와 백만 미분 온도계도 이 원리를 사용한다.)

:* 기체는 기체 온도계를 형성하는 데 사용될 수 있다.

; 압력

: 증기압 온도계

; 밀도

: 갈릴레오 온도계[45]

; 열변색

: 일부 화합물은 온도 변화에 따라 열변색을 나타낸다. 액정 온도계는 상전이 온도를 조절하여 온도를 불연속적인 증분으로 정량화하는 디지털화의 한 형태이다.

; 밴드 갭 온도 측정법(BET)

: 반도체 재료의 밴드 갭 온도 의존성을 이용하여 정밀한 광학적(비접촉식) 온도 측정을 제공한다.[46] BET 시스템은 특수 광학 시스템과 사용자 정의 데이터 분석 소프트웨어가 필요하다.[47][48]

; 흑체 복사

: 절대 영도보다 높은 모든 물체는 온도에 비례하는 스펙트럼의 흑체 복사를 방출한다. 복사 온도계, 적외선 온도계, 열화상 사진은 이 특성을 이용한다. 원격 온도 감지가 가능하며, 접촉이나 근접성이 필요하지 않다. 고온에서는 흑체 복사가 가시적으로 나타나며 색온도로 설명된다. (예: 빛나는 발열체, 항성 표면 온도)

; 형광

: 인광 온도 측정법

; 광 흡수 스펙트럼

: 광섬유 온도계

; 전기 저항

:* 백금 저항 온도계와 같은 재료를 사용하는 저항 온도계

:* 서미스터

:* 쿨롱 차단 온도계

; 전위

:* 열전대는 극저온부터 1000°C 이상까지 넓은 온도 범위에서 유용하지만, ±0.5~1.5°C의 오차가 있다.

:* 실리콘 밴드갭 온도 센서는 ADC 및 I2C 인터페이스가 포함된 집적 회로에 패키지되어 있으며, -50~150°C에서 ±0.25~1°C 정확도로 작동한다. 빈닝을 통해 개선될 수 있다.[49][50]

; 전기 공진

: 석영 온도계

; 핵자기 공명

: 화학적 이동은 온도에 따라 달라진다. NMR 프로브의 온도 조절기를 보정하는 데 사용된다. (메탄올, 에틸렌 글리콜 사용)[51][52] 내부 표준의 화학적 이동도 온도 의존성을 나타낼 수 있다.[53]

; 자기화율

: 퀴리 온도 이상에서 상자성 물질의 자기화율은 역온도 의존성을 나타낸다. 자기 저온계는 이 현상을 이용한다.[54][55]

4. 보정

온도계는 다른 보정된 온도계와 비교하거나 온도 눈금의 알려진 고정점을 확인하여 보정할 수 있다. 가장 잘 알려진 고정점은 순수한 물의 녹는점과 끓는점이다. (물의 끓는점은 압력에 따라 달라지므로 이를 제어해야 한다.)[37]

액체온도계 또는 금속온도계에 눈금을 표시하는 전통적인 방법은 세 단계로 이루어졌다.

# 감지 부분을 대기압에서 순수한 얼음과 물의 혼합물에 담그고 열평형에 도달했을 때 표시되는 점을 표시한다.

# 감지 부분을 표준 대기압에서 증기욕에 담그고 다시 표시되는 점을 표시한다.

# 사용하는 온도 눈금에 따라 이러한 표시 사이의 거리를 동일한 부분으로 나눈다.

과거에 사용되었던 다른 고정점으로는 체온(건강한 성인 남성의)이 있는데, 이는 원래 화씨가 그의 상한 고정점으로 사용했던 것이다. 그리고 소금과 얼음의 혼합물에 의해 주어지는 가장 낮은 온도는 원래 0°F의 정의였다. (이는 냉각 혼합물의 예이다.) 체온이 다양하기 때문에 화씨 눈금은 나중에 212°F의 끓는 물의 상한 고정점을 사용하도록 변경되었다.[38]

이러한 고정점들은 이제 1990년 국제온도눈금의 정의점으로 대체되었지만, 실제로는 물의 삼중점보다 물의 녹는점이 더 일반적으로 사용된다. 삼중점은 관리하기가 더 어렵기 때문에 중요한 표준 측정에만 제한되기 때문이다. 현재 제조업체는 종종 보정된 온도계에 비해 온도가 일정하게 유지되는 항온조 또는 고체 블록을 사용한다. 보정할 다른 온도계를 같은 항온조 또는 블록에 넣고 평형 상태가 되도록 한 다음 눈금을 표시하거나 기기 눈금과의 편차를 기록한다.[39] 많은 현대 장치의 경우 보정은 온도로 변환하기 위해 전기 신호를 처리하는 데 사용될 값을 명시하는 것이다.

5. 정밀도, 정확도 및 재현성

온도계의 ''정밀도'' 또는 ''분해능''은 단순히 몇 분의 몇 도까지 읽을 수 있는지를 나타낸다. 고온 작업에서는 10 °C 단위 또는 그 이상으로만 측정할 수 있다. 체온계와 많은 전자 온도계는 일반적으로 0.1 °C까지 읽을 수 있다. 특수 장비는 1/1000도까지 측정할 수 있다.[40] 그러나 이러한 정밀도는 측정값이 참 또는 정확하다는 것을 의미하지 않고, 매우 작은 변화를 관찰할 수 있다는 것만을 의미한다.

알려진 고정점에 대해 보정된 온도계는 그 지점에서 정확하다(즉, 참값을 제공한다). 온도를 측정하는 기술의 발명은 온도 눈금의 생성으로 이어졌다.[41] 고정 보정점 사이에는 일반적으로 선형인 보간법이 사용된다.[39] 이로 인해 고정점에서 멀리 떨어진 지점에서는 서로 다른 유형의 온도계 간에 상당한 차이가 발생할 수 있다. 예를 들어, 유리 온도계에서 수은의 팽창은 백금 저항 온도계의 저항 변화와 약간 다르기 때문에 이 두 가지는 약 50 °C에서 약간 다를 것이다.[42] 기기의 불완전성으로 인해 다른 원인이 있을 수도 있다. 예를 들어, 액체 온도계의 경우 모세관의 직경이 다를 경우.[42]

많은 목적에 있어 재현성이 중요하다. 즉, 같은 온도계가 같은 온도에 대해 같은 값을 주는가(또는 교체 또는 여러 개의 온도계가 같은 값을 주는가)? 재현 가능한 온도 측정은 과학 실험에서 비교가 유효하고 산업 공정이 일관됨을 의미한다. 따라서 동일한 유형의 온도계가 동일한 방식으로 보정되면 절대 눈금에 비해 약간 부정확하더라도 판독값은 유효하다.

다른 온도계를 산업 표준에 따라 확인하는 데 사용되는 기준 온도계의 예는 0.1 °C(정밀도)까지 디지털 디스플레이가 있는 백금 저항 온도계로, 국가 표준(-18, 0, 40, 70, 100 °C)에 대해 5개 지점에서 보정되었으며 ±0.2 °C의 정확도가 인증된 것이다.[43]

영국 표준 협회에 따르면, 올바르게 보정, 사용 및 유지 관리된 액체 온도계는 0~100°C 범위에서 ±0.01°C의 측정 불확실성을 달성할 수 있으며, 이 범위를 벗어나면 더 큰 불확실성이 발생한다. ±0.05°C(최대 200°C 또는 최저 -40°C), ±0.2°C(최대 450°C 또는 최저 -80°C).[44]

6. 응용

온도계는 온도를 측정하기 위해 다양한 물리적 효과를 활용한다. 온도 센서는 과학 및 공학 분야, 특히 측정 시스템에서 광범위하게 사용된다. 온도 시스템은 주로 전기적이거나 기계적이며, 때로는 제어하는 시스템과 분리할 수 없다.


  • 추운 날씨 지역의 도로에서 결빙 조건이 있는지 확인하는 데 사용된다.
  • 실내에서는 서미스터가 에어컨, 냉동고, 히터, 냉장고 및 온수기와 같은 기후 제어 시스템에 사용된다.[59]
  • 액정 온도계는 기분 반지에도 사용되고 물고기 수조의 물 온도를 측정하는 데에도 사용된다.
  • 광섬유 브래그 격자 온도 센서는 원자력 시설에서 원자로 코어 온도를 모니터링하고 원자로 노심 용융 가능성을 방지하는 데 사용된다.[56]
  • 나노온도측정법은 마이크로미터 이하의 미세한 크기에서 온도를 측정하는 기술이다. 기존의 온도계는 마이크로미터보다 작은 물체의 온도를 측정할 수 없으므로, 새로운 방법과 재료를 사용해야 한다. 나노온도계는 발광 온도계와 비발광 온도계로 분류된다.[57]
  • 체온계는 의료 환경에서 개인이 열이 있는지 또는 저체온증인지 확인하는 데 사용된다.
  • 귀 체온계는 적외선 체온계인 경우가 많다.
  • 이마 체온계는 액정 체온계의 한 예이다.
  • 직장 및 구강 체온계는 일반적으로 수은 체온계였지만, 디지털 판독 기능이 있는 NTC 서미스터로 대체되었다.[58]
  • 온도계는 식품의 온도가 4°C~57°C 사이일 때 수 시간 후에 유해한 수준의 세균 증식이 일어나 식중독을 유발할 수 있기 때문에 식품 안전에 중요한 역할을 한다.[59]
  • 조리용 온도계는 식품이 제대로 조리되었는지 확인하는 데 중요하며, 특히 육온도계는 고기가 안전한 내부 온도에 도달하도록 조리하면서 과도한 조리를 방지하는 데 사용된다.
  • 캔디 온도계는 끓는점에 따른 설탕 용액의 수분 함량을 특정 수준으로 맞추는 데 사용된다.
  • 알코올 온도계, 적외선 온도계, 수은 온도계, 자기 기록 온도계, 서미스터, 식스 온도계는 기상학과 기후학에서 대기와 해양의 여러 수준에서 사용된다.
  • 항공기는 온도계와 습도계를 사용하여 대기 결빙 조건이 비행 경로를 따라 존재하는지 확인한다.

7. 한국의 기상 관측용 온도계

한국에서는 「기상업무법」 및 그 하위 법령에 따라 공공적인 기상 관측에 검정에 합격한 '''유리제 온도계'''(액주 온도계와 같음), '''금속제 온도계'''(바이메탈식 온도계와 같음) 또는 '''전기식 온도계'''(백금 저항체 온도계와 같음)를 사용하도록 규정하고 있다. 이들은 -50°C(유리제 온도계는 -30°C도 가능) ~ 50°C에서 소정의 성능을 발휘해야 한다. 기온 측정 방법에 대해서는 기상관측의 「관측 방법과 기기」를 참조한다.

참조

[1] 웹사이트 The Anatomy of a Liquid-in-Glass Thermometer http://aashtoresourc[...] AASHTO re:source, formerly AMRL (aashtoresource.org) 2018-08-04
[2] 서적 The Pneumatics of Hero of Alexandria https://archive.org/[...] Taylor Walton and Maberly 2023-11-28
[3] 서적 A history of the thermometer and its use in meteorology http://archive.org/d[...] Johns Hopkins Press
[4] 서적 Galileo: astronomer and physicist 2005-00-00
[5] 학술지 The Weight of the Air: Santorio's Thermometers and the Early History of Medical Quantification Reconsidered 2018-00-00
[6] 서적 Principles and Methods of Temperature Measurement 1988-00-00
[7] 서적 Principles and Methods of Temperature Measurement 1988-00-00
[8] 서적 Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements, 3rd ed 1984-00-00
[9] 학술지 J. S. Delmedigo and the Liquid-in-Glass Thermometer 1997-00-00
[10] 서적 Evolution of the thermometer 1592-1743 https://archive.org/[...] The Chemical Publishing Company
[11] 학술지 Early evolution of the thermometer and application to clinical medicine https://linkinghub.e[...] 2016-00-00
[12] 서적 Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements, 3rd ed 1984-00-00
[13] 웹사이트 Christin's thermometer http://www.sciencemu[...]
[14] 뉴스 Medicine in Stamps: Hermann Boerhaave (1668 - 1738): 18th Century Teacher Extraordinaire http://www.sma.org.s[...]
[15] 웹사이트 Sir Thomas Clifford Allbutt http://www.britannic[...]
[16] 웹사이트 Exergen Corporation http://www.exergen.c[...] 2011-03-30
[17] 웹사이트 Patents By Inventor Francesco Pompei :: Justia Patents http://patents.justi[...] 2011-03-30
[18] 서적 Principles of Thermodynamics Elsevier Scientific Publishing Company 1979-00-00
[19] 학술지 A restatement of the zeroth law of thermodynamics 1962-00-00
[20] 서적 Die Principien der Wärmelehre. Historisch-kritisch entwickelt Johann Ambrosius Barth 1900-00-00
[21] 서적 The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822-1854 Springer 1980-00-00
[22] 서적 An Outline of Thermodynamical Structure Springer 1986-00-00
[23] 서적 The concepts of thermodynamics North-Holland 1978-00-00
[24] 문서 Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik 1926-00-00
[25] 서적 The Concepts of Classical Thermodynamics Cambridge University Press 1966-00-00
[26] 학술지 The physics and mathematics of the second law of thermodynamics 1999-00-00
[27] 서적 The Concepts and Logic of Classical Thermodynamics as a Theory of Heat Engines. Rigorously Constructed upon the Foundation Laid by S. Carnot and F. Reech Springer 1977-00-00
[28] 서적 An Introduction to Thermomechanics North-Holland 1983-00-00
[29] 서적 Thermodynamics with Quantum Statistical Illustrations Interscience Publishers 1961-00-00
[30] 서적 Theory of Heat Longmans, Green, and Co. 1872-00-00
[31] 서적 Thermodynamics McGraw-Hill 1923-00-00
[32] 학술지 Strange Carnot cycles; thermodynamics of a system with a density extremum 1962-00-00
[33] 서적 The Concepts and Logic of Classical Thermodynamics as a Theory of Heat Engines. Rigorously Constructed upon the Foundation Laid by S. Carnot and F. Reech Springer 1977-00-00
[34] 서적 Treatise on Thermodynamics https://archive.org/[...] Longmans, Green & Co. 1897-00-00
[35] 서적 The Theory of Heat Macmillan 1894-00-00
[36] 논문 Coulomb blockade thermometer: Tests and instrumentation
[37] 서적 Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements
[38] 서적 Sizes
[39] 서적 Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements
[40] 논문 Improvements in the design of thermal-infrared radiation thermometers and sensors https://opg.optica.o[...] 2023-03-07
[41] 잡지 The Strange History of the Invention of the Thermometer https://time.com/605[...] 2022-12-21
[42] 서적 Advanced Physics: Materials and Mechanics John Murray
[43] 웹사이트 Peak Sensors Reference Thermometer http://www.peaksenso[...]
[44] 간행물 Temperature Measurement- Part 2: Expansion thermometers. Section 2.1 Guide to selection and use of liquid-in-glass thermometers BS1041-2.1
[45] 논문 The historical development of temperature measurement in medicine 2007-01
[46] 웹사이트 Band-edge thermometry https://uwaterloo.ca[...] 2014-08-19
[47] 논문 In situ temperature control of molecular beam epitaxy growth using band-edge thermometry 1998-05
[48] 웹사이트 The truth behind today's wafer temperature methods: Band-edge thermometry vs. emissivity-corrected pyrometry https://www.k-space.[...] 2016-06
[49] 웹사이트 MCP9804: ±0.25°C Typical Accuracy Digital Temperature Sensor http://www.microchip[...] Microchip 2012
[50] 웹사이트 Si7050/1/3/4/5-A20: I2C Temperature Sensors http://www.silabs.co[...] Silicon Labs 2016
[51] 논문 A1H-NMR thermometer suitable for cryoprobes 2007-02
[52] 서적 200 and more NMR experiments : a practical course http://ca.wiley.com/[...] WILEY-VCH
[53] 논문 Temperature dependence of the 1H chemical shift of tetramethylsilane in chloroform, methanol, and dimethylsulfoxide https://zenodo.org/r[...] 2005-09
[54] 논문 Magnetic thermometer 2014
[55] 서적 AIP Conference Proceedings https://authors.libr[...] 2003-10
[56] 논문 Temperature monitoring of nuclear reactor cores with multiplexed fiber Bragg grating sensors
[57] 논문 Thermometry at the nanoscale
[58] 특허 Rapid response electronic clinical thermometer https://patents.goog[...] 2005-02-15
[59] 웹사이트 Food Safety: Thermometers http://www.foodsafet[...] North Carolina State University 2006-04-24
[60] 웹사이트 温度計 https://kotobank.jp/[...]
[61] 서적 Invention of the Meteorological Instruments The Johns Hopkins Press
[62] 서적 気象学と気象予報の発達史　温度計の発達とその目盛りの変遷 https://www.maruzen-[...] 丸善出版 2018-10
[63] 서적 The History of Meteorology to 1800 American Meteorological Society
[64] 잡지 特別展「はかる」特集 http://www.tsm.toyam[...] 富山市科学文化センター 2002-07-10
[65] 웹사이트 ガラス温度計の正しい使い方 http://www.jckumiai.[...] 日本硝子計量器工業協同組合
[66] 백과사전 온도계 글로벌 세계 대백과


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