5.3. Паровые и жидкостные манометрические термометры

Паровой манометрический термометр состоит из металлическо­го баллончика 2 (рис. 94, а), заполненного легко кипящей жидкостью всего на 60%. Диаметр баллончика для измерения тем­ператур до 300 °С равен 17-18 мм, а длина капиллярной трубки 4 составляет 100-1000 мм. Внутренний ее диаметр не превышает 0,1-0,4 мм при внешнем диаметре 2-7 мм. Капиллярная трубка требует очень аккуратного обращения. Для защиты ее от корро­зии на нее наносят резиновое либо полиэтиленовое покрытие.

Давление пара 3 жидкости экспоненциально возрастает с по­вышением температуры среды 1 и не зависит от количества жидкости в баллончике. Изменение давления воспринимает упругий элемент 5 термометра, который приводит в движение стрелку 6, показывающую по шкале 7 температуру измеряемой среды. Фирмы выпускают паровые манометрические термомет­ры с пропаном (от -40 до +40 °С), диэтиловым эфиром (от +40 до 160 °С), диоксидом серы (от 0 до 160 °С), этанолом (от 85 до 245 °С), ксилолом (от 150 до 360 °С).

У жидкостных маномет­рических термометров бал­лончик 2 и капилляр 4 (рис. 94, б), а также упругий эле­мент 5 полностью заполне­ны жидкостью. При повы­шении температуры среды 1 объем, занимаемый жид­костью, увеличивается соот­ветственно разности тепло­вого расширения жидкости и баллончика. Увеличение объема раскручивает упругий элемент 5, представ­ляющий собой трубку Бурдона (см. разд. 10.4), кото­рая связана с механизмом движения стрелки б по шкале 7, откалиброванной в градусах Цельсия.

Рис. 94. Паровой (а) и жидкостный (б) манометрические термометры

В качестве жидкости в таких термометрах применяют ртуть и вешества, приведенные в табл. 6. Размеры баллончика и капил­лярной трубки такие же, как и у паровых манометрических тер­мометров.

Манометрические термометры имеют практически линейную _Шкалу температур.

Бурдон Евгений (1808-1884) - французский механик, ввел в практику пру­жинный манометр и металлический барометр.

5.4. Термометры сопротивления

Термометры сопротивления являются наиболее точными датчи­ками для измерения температур в довольно большом темпера­турном интервале. Точность измерения температуры в области от 0 до 400 ⁰С может достигать 0,00001 °С. Термометр сопротив­ления и прибор для измерения сопротивления могут находиться на нужном расстоянии друг от друга.

Известно, что сопротивление проводника R (Ом) определяется из уравне­ния

R = l/S, (5.6)

Где l - длина проводника, см; S - поперечное сечение проводника, см²; -удельное сопротивление. Ом см.

Удельное сопротивление в области температур 0-100 ⁰С линейно зависит от температуры:

= _о(1 + αt). (5.7)

те _о - удельное сопротивление при 0 °С; t - температура, ⁰С; α - температур­ный коэффициент сопротивления.

В указанном интервале температур для платины и меди значение а равно соответственно 0.38*10^-2 и 0,43*10^-2 (°С).

С увеличением температуры электрическое сопротивление металлов непре­рывно и монотонно увеличивается и для области температур от -180 до +630 °C эта зависимость достаточно точно определяется уравнением типа

R_T, = R_о(1 + at + bt²), (5.8)

где R_T - измеряемое сопротивление; t - измеряемая температура; R_о, а и b -постоянные для данного термометра сопротивления, значения которых находят при градуировке термометра по четырем реперным точкам (см. ниже табл. 13), выбранным для данного интервала температур.

Решение полученных уравнений и определение температуры по значению R_T проводят по специальным программам с применением компьютера.

Для точных измерений температуры в интервале от -180 до 630 °С применяют только платиновые термометры сопротив­ления, изготовленные из платиновой проволоки диаметром от 0.04 до 0,5 мм. Из платиновой проволоки диаметром 0,5-0,6 мм выпускают термометры сопротивления для измерения температур от +630 до +1060 °С погрешностью измерения ±0,1 °С.

Измерения температур в интервале от -50 до +180 °С прово­дят также с использованием медных термометров сопротивле­ния. Выпускаются термометры сопротивления, изготовленные и из других металлов и их сплавов.

На рис. 95, а, 6 приведены схемы платиновых термометров сопротивления. Платиновую проволоку наматывают на термо­стойкий диэлектрический каркас 1 (кварц, слюда и т.п.) или свивают в тонкую спираль 5, расположенную в кварцевой труб­ке 3. Каркас с расположенной на нем платиновой проволокой помешают в защитную трубку из кварцевого стекла 3 или из стекла марки "пирекс" (см. разд. 1.1) диаметром 4-8 мм.

Рис. 95. Схемы платинового термометра сопротивления (а, б) и измерительного прибора (в):

в: 11 - головка с контактами; 2. 4 - магазин сопротивления; 3,6- постоянные сопротивления: 5 - источник постоянного тока; 7 - стрелочный или зеркальный гальванометр

К каж­дому концу платиновой проволоки подводят два провода 2, чем устраняют сопротивление токоподводяших проводов, зависящее от внешней температуры. Нити подводящих проводов поме­щают в гибкую теплоизоляционную трубку. Подводящие прово­да соединяют платиновый термочувствительный элемент с го­ловкой термометра 4, герметично связанной с защитной обо­лочкой. Защитную оболочку погружают на 2/3 или 3/4 длины в ту среду, температуру которой предстоит измерить, а клеммы головки присоединяют к прибору (рис. 95, в), измеряющее сопротивление проволоки и переводящему значения сопротив­ления в соответствующую температуру.

Для измерения сопротивления применяют чаще всего два ме­тода: метод моста (см. рис. 95, в), и метод компенсации (потенциометрический метод). Наиболее универсальным и точ­ным методом измерения сопротивления является метод моста. Конструкции измерительных приборов на основе этого метода могут быть самыми различными. Их описание приведено в спе­циальной литературе.