3.2. Термометры расширения

Жидкостные стеклянные термометры. Их действие основано на тепловом расширении жидкости в стеклянном резервуаре, которое выше, чем тепловое расширение самого резервуара. В качестве рабочей жидкости используются ртуть, спирт, толуол и др. Термометры характеризуются простотой и достаточно высокой точностью. Лабораторные термометры могут измерять температуру в ограниченном диапазоне с точностью 0,01⁰С. Для изготовления термометров применяют специальные стекла с малым коэффициентом теплового расширения.

Для обеспечения позиционного регулирования и сигнализации температуры разработаны специальные электроконтактные технические термометры двух типов: с постоянными контактами (2 – 3 пары) или с одним подвижным контактом внутри капилляра, который можно перемещать с помощью магнита. Контакты замыкаются ртутью. Нагрузка на контакт не более 0,5mА.

По методу градуировки и установки жидкостные термометры выпускаются двух типов: градуируемые и эксплуатируемые при полном погружении в измеряемую среду до отсчитываемого деления и устанавливаемые на заданную глубину погружения до отметки, указанной на корпусе.

Источники ошибок при измерении температуры жидкостным термометром: ошибки наблюдателя, смещение шкальной пластинки, возгонка жидкости.

Биметаллический термометр представляет собой пластину, состоящую из двух спаянных по всей плоскости пластин различных материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения . Под действием температуры такая биметаллическая пластина прогибается в сторону материала, имеющего меньший коэффициент линейного расширения. В качестве материалов пластин используют латунь  = (18 – 24)*10^-6 1/⁰С, никелевая сталь  = 20*10^-6 1/⁰С с одной стороны и сплав инвар  = 0,5*10^-6 1/⁰С с другой.

Данный тип устройств часто используется как термореле в системах и регулирования, а также в качестве температурных компенсаторов в измерительных устройствах, например в пирометрах, манометрических термометрах и т.п.

По чувствительности и точности уступают стеклянным жидкостным термометрам.

Дилатометрический термометр основан на линейном расширении твердого тела при изменении температуры. Схема термометра приведена на рис. 3.1. В качестве чувствительного элемента используется трубка 2, изготовленная из медного сплава, имеющего большое значение . При повышении температуры длина трубки 2 увеличивается, стержень 1 сместится вниз. При этом пружина 9 переместит вниз свободное плечо коромысла 4, которое через тягу 8 и зубчатый сектор 7 повернет стрелку 6 относительно шкалы 5.

Рисунок 3.1 Дилатометрический термометр

Дилатометрические преобразователи выпускаются с унифицированными электрическими и пневматическими сигналами. Класс точности 1,5 и 2,5. Диапазон измеряемых температур от –30⁰С до +1000⁰С.

3.3. Манометрические термометры

Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления вещества в замкнутом объеме при изменении температуры. Величина термического коэффициента давления  постоянна и зависит от температуры и начального давления термометрического вещества. В качестве рабочей среды могут использоваться газ, пар или жидкость. Соответственно манометрические термометры могут быть газовыми, конденсационными или жидкостными. Пределы измерений зависят от температуры затвердевания и кипения рабочего вещества. Схема показывающего манометрического термометра показана на рис. 3.2.а. Прибор состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометрической одно или многовитковой пружины. Подвижный конец пружины запаян и через шарнирное соединение 4, поводок 5, сектор 6 связан со стрелкой 7.

Термобаллон погружается в среду, температура которой измеряется, пружина деформируется и ее свободный конец перемещается, вращая стрелку. Поперечное сечение манометрической пружины выполняется овальным (рис. 3.2.б) или двухканальным (рис. 3.2.в), что повышает ее механическую прочность и снижает погрешность от температуры окружающей среды.

Рисунок 3.2 Манометрический термометр

Источники погрешности: изменение температуры окружающей среды, гидростатическая ошибка из-за разности высоты расположения термобаллона и пружины, колебания атмосферного давления, изменение упругости пружины с изменением температуры.

В качестве рабочего газа используется осушенный азот, в качестве рабочего пара – фреон, ацетон, хлористый метил, а в качестве рабочей жидкости ртуть или органические жидкости (спирт, ксилол).

Диаметр термобаллона составляет (12 –20) мм, а длина от 20 до 400 мм. Длина капилляра достигает 60 м.

Класс точности таких термометров от 1,0 до 4,0. Приборы изготавливаются различных модификаций: самопишущие, регулирующие, показывающие.

Манометрические термометры применяются для контроля температуры охлаждающей воды, воздуха, жидкого и газообразного топлива на производствах, опасных по газу и пыли.