عند معايرة أنواع مختلفة من موازين الحرارة، كمقياس حرارة زئبقي ومقياس حرارة كحولي مثلاً، تتطابق تدريجات كلا المقياسين عند درجتي حرارة 0 درجة مئوية (أو 32 درجة فهرنهايت) و100 درجة مئوية (أو 212 درجة فهرنهايت). وإذا استخدمنا كلا المقياسين لقياس درجة حرارة الهواء، فلن تكون القراءات متطابقة بالضرورة. فقد يُشير مقياس الحرارة الزئبقي إلى 48 درجة مئوية، بينما يُشير مقياس الحرارة الكحولي إلى 46 درجة مئوية. ويعود ذلك إلى اختلاف معدل تمدد الزئبق والكحول. وينطبق الأمر نفسه على أنواع أخرى من موازين الحرارة، كالموازين ثنائية المعدن، وغيرها. وتعتمد دقة قياس درجة الحرارة بهذه الطريقة بشكل كبير على خصائص المواد المستخدمة.
نظراً لعيوب مقياس درجة الحرارة التقليدي، نحتاج إلى مقياس حرارة معياري. يسمح لنا مقياس الحرارة المعياري بتحديد مقياس درجة حرارة أكثر دقة دون الاعتماد على خصائص المادة.
يُعدّ مقياس الحرارة الغازي ذو الحجم الثابت مقياس حرارة مثاليًا تقريبًا . ويعتمد مبدأ عمله على ثبات حجم الغاز، حيث يرتفع ضغط الغاز مع ارتفاع درجة الحرارة.
يحتوي الأنبوبان 1 و2 على الزئبق. يُحافظ على حجم الغاز ثابتًا برفع أو خفض الأنبوب 2 بحيث يكون مستوى الزئبق في الأنبوب 1 دائمًا عند العلامة المرجعية. مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد ضغط الغاز في الأنبوب. لذا، يجب رفع الأنبوب 2 أكثر للحفاظ على حجم الغاز ثابتًا. يُمكن تحديد ضغط الغاز بقراءة ارتفاع عمود الزئبق (h) في الأنبوب 2. عند استخدام الطريقة اليدوية، تذكر أن عمود زئبق بارتفاع 760 مم يُعادل ضغطًا جويًا واحدًا (1 atm). في موازين الحرارة الغازية المتطورة ذات الحجم الثابت، يوجد عداد ضغط. كما أن الحاوية التي تحتوي على الغاز مُصممة بحيث يكون حجم الغاز ثابتًا دائمًا. وبالتالي، ما يُقاس هو التغير في الضغط فقط.
لمعايرة مقياس حرارة غازي ذي حجم ثابت، يمكننا قياس ضغط الغاز عند درجتي حرارة. على سبيل المثال، لنستخدم درجة حرارة نقطة التجمد ودرجة حرارة نقطة التبخر. تتم معايرة مقاييس الحرارة الغازية ذات الحجم الثابت عند ضغط جوي واحد (1 ضغط جوي). فيما يلي خطوات معايرة مقياس الحرارة.
أولًا، توضع أسطوانة الغاز في وعاء يحتوي على ثلج وماء. يُحافظ على حجم الغاز ثابتًا، لذا يجب خفض الأنبوب 2 بحيث يبقى مستوى الزئبق في الأنبوب 1 عند نقطة القياس المرجعية. إذا لم يتغير حجم الغاز، يُسجل ارتفاع عمود الزئبق (h) في الأنبوب 2. يُستخدم h لحساب الضغط. في حال استخدام مقياس حرارة غازي متطور ذي حجم ثابت، تُغمر الأسطوانة المملوءة بالغاز مباشرةً في الوعاء الذي يحتوي على الثلج والماء. يوجد بالفعل مقياس ضغط. يُسجل ضغط الغاز (لنفترض أنه الضغط 1 أو P1 ).
ثانية، تُوضع أسطوانة غاز في وعاء يحتوي على ماء يُسخّن. وللحفاظ على حجم غاز ثابت، يُرفع الأنبوب رقم 2 بحيث يبقى مستوى الزئبق في الأنبوب رقم 1 عند نقطة مرجعية. إذا لم يتغير حجم الغاز، سجّل ارتفاع عمود الماء. 
الزئبق (h) في الأنبوب 2. استخدم h لحساب ضغط الغاز (لنفترض أن هذا هو الضغط 2 أو P2)
ثالثًا ، أنشئ رسمًا بيانيًا يوضح العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة. انظر المثال أدناه.
يمثل P1 ضغط الغاز عند درجة حرارة نقطة التجمد (0 درجة مئوية)، ويمثل P2 ضغط الغاز عند درجة حرارة نقطة التبخر (100 درجة مئوية). ارسم خطًا يصل بين نقطة تقاطع P1 مع 0 درجة مئوية ونقطة تقاطع P2 مع 100 درجة مئوية . بالرجوع إلى الرسم البياني، حتى مع معرفتنا بضغط الغاز فقط، يمكن معرفة درجة الحرارة بسهولة، بل والتنبؤ بها.
مقياس كلفن
إذا رُسم الخط المائل على الرسم البياني أعلاه ليتقاطع مع محور درجة الحرارة (من T إلى C)، فعندئذٍ عندما يكون ضغط الغاز = 0، تكون درجة حرارة الغاز = -273,15 درجة مئوية. قد نعتقد أن درجة حرارة الغاز عند ضغط 0 تختلف باختلاف نوع الغاز في أنبوب مقياس الحرارة ذي الحجم الثابت. بناءً على التجارب، على الرغم من اختلاف نوع الغاز، إلا أنه عندما يصبح ضغط الغاز صفرًا، تكون درجة الحرارة دائمًا -273,15 درجة مئوية. وبالتالي، يمكننا استخدام هذه الدرجة كمقياس معياري لدرجة الحرارة (يُعرف أيضًا بدرجة الصفر المطلق). تُعرف درجة الصفر المطلق هذه باسم المقياس المطلق أو مقياس كلفن. كلفن هو اسم اللورد كلفن (1824-1907)، الفيزيائي البريطاني الراحل.
على هذا المقياس، تُعبر درجة الحرارة بالكلفن (K)، وليس بدرجات كلفن (°K).oكلفن). الفاصل بين الدرجات هو نفسه في مقياس سيليزيوس، لكن قيمة الصفر تُزاح إلى 0 كلفن. لذا، 0 كلفن = -273,15 oC و 273,15 K = 0 oج. يمكن تحويل درجة الحرارة من مقياس سيليزيوس إلى مقياس كلفن بإضافة 273,15. وبالمثل، يمكن تحويل درجة الحرارة من مقياس كلفن إلى مقياس سيليزيوس بطرح 273,15.
T (K) = T (oج) + 273,15
ت (oج) = T (ك) – 273,15
مثال على السؤال 1.40 oج = …. ك
T(K) = T(C) + 273
ت = 20 + 273
T = 293 ك
مثال السؤال 2. 80 درجة فهرنهايت = …. كلفن
