3.2. Термометры расширения

В эту группу входят жидкостные стеклянные термометры, принцип действия которых основан на тепловом расширении ра­бочего вещества (жидкости, удельный объем которой зависит от температуры), дилатометрические и биметаллические термо­метры, принцип действия которых основан на различном удли­нении двух твердых тел, имеющих разные температурные ко­эффициенты линейного расширения.

Жидкостные стеклянные термометры. В них в качестве тер­мометрических (рабочих) веществ применяются ртуть Нg, эти­ловый спирт С₂Н₅ОН, толуол С₆Н₅СНз, пентан С₅Н₂. Наи­более широкое распространение получили ртутные стеклянные термометры, которые изготовляются двух типов: с вложенной внутренней шкалой и палочные.

Ртутный стеклянный термометр с вложен­ной внутренней шкалой (рис. 3.1) с+остоит из наруж­ной оболочки 1, в которой расположены термобаллон с ртутью 4, тонкостенный капилляр 3 и пластинка с нанесенной на ней шкалой 2. Термобаллон припаян к наружной оболочке, закры­той герметически.

Ртутный стеклянный палочный термометр состоит из термобаллона, соединенного с толстостенным капил­ляром. Шкала у этого термометра нанесена на наружной по­верхности капилляра в виде насечки по стеклу.

Ртутными термометрами измеряют температуру от —30 до +500 °С. Верхний предел определяется температурой размяг­чения стеклянной оболочки термометра, ниж­ний - температурой затвердевания ртути (—35 °С). Для повышения температуры ки­пения ртути пространство над ртутью в ка­пиллярной трубке заполняется инертным га­зом (азотом) под давлением 1,47—1,96МПа. Для измерения низких температур (от —190 до +80°С) предназначены стеклянные тер­мометры с органическими заполнителями. Уст­ройство их аналогично ртутным.

Р тутные термометры разделяются по на­значению на технические, лабораторные и образцовые. Технические термометры обычно бывают с вложенной шкалой и имеют тон­кую прямую или изогнутую под углом 90, 120 или 135° нижнюю часть с баллоном на конце.

Разновидностью ртутных технических тер­мометров являются электроконтакт­ные термометры с впаянными в капил­лярную трубку контактами для разрывания и замыкания столбиком ртути электрической цепи. Они используются в основном для сиг­нализации о нарушении заданного темпера­турного режима.

Для предохранения технических термомет­ров от повреждения их помещают в специ­альные металлические защитные оправы или гильзы. Зазор между баллоном и стенкой гильзы заполняется машинным мас­лом при измерении температуры до 150 ^оС, а при более высо­кой температуре — медными опилками. Гильзу делают такой длины, чтобы чувствительная часть термометра находилась на оси трубопровода. На горизонтальном трубопроводе диамет­ром менее 200 мм термометр устанавливают наклонно на­встречу потоку, а при диаметре более 200 мм — перпендику­лярно оси трубы.

Рис.3.1.Общий вид термометра

с вложенной шкалой

Жидкостные стеклянные термометры расширения благодаря простоте конструкции, дешевизне, достаточно высокой точности измерений используются в лабораторной и производственной практике пищевых производств. К недостаткам приборов относятся плохая наглядность шкалы, хрупкость, невозможность передачи показаний на расстояние, запаздывание показаний вследствие большой тепловой инерции.

Дилатометрические термометры. На рис. 3.2 показан труб­чатый дилатометрический термометр, представляющий собой закрытую с одного конца трубку 1, внутри которой находится стержень 2, прижимаемый к дну трубки рычагом 3, соединен­ным с пружиной 4. Трубку изготовляют из материала с боль­шим коэффициентом линейного расширения (меди, алюминия, латуни), а стержень — из материала с малым коэффициентом линейного расширения (кварца, инвара). При погружении тер­мометра в измеряемую среду длина трубки изменяется, а стержня остается практически прежней.

Рис. 3.2. Схема дилатометрического Рис.3.3. Схема биметаллического

термометра термометра

Это приводит к пере­мещению конца стержня относительно трубки; стержень же свя­зан посредством рычага 3 с указательной стрелкой прибора (либо с контактным устройством в системах автоматического регулирования температуры).

Биметаллические термометры. Чувствительный элемент этих приборов выполнен в виде плоской или спиральной пружины, которая состоит из двух спаянных металлических полосок. По­лоска 3 (рис. 3.3) изготовлена из материала с большим коэф­фициентом линейного расширения, а полоска 4 — с незначи­тельным. Образованная из этих полосок биметаллическая пластина меняет степень своего изгиба в зависимости от темпе­ратуры. Биметаллическая пластина соединена посредством ры­чага 1 и тяги 2 со стрелкой, которая указывает температуру на шкале прибора.

Кроме показывающих, промышленность выпускает бес­шкальные биметаллические термометры, использующиеся в ос­новном в качестве электрических преобразователей или темпе­ратурных реле для позиционного регулирования и сигнализации. Диапазон измерения температуры биметаллическими термомет­рами от —150 до +700 °С, погрешность 1 — 1,5 %.