Манометрические термометры
Их действие основано на использовании зависимости давления вещества от температуры при постоянном объеме (герметичная система).
Манометрические термометры подразделяются на:
жидкостные (вся измерительная система заполнена жидкостью) – редко используются.
газовые (вся измерительная система заполнена газом).
конденсационные (термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично ее насыщенными парами).
2
5
4
3
газовый термометр
1
1 – металлический термобалон – чувствительный элемент воспринимающий температуры измеряемой среды.
2 – рабочий элемент измеряющий давление (манометр, к примеру пружинный).
3 – длинный соединительный металлический капилляр.
4 – дополнительный объем.
5 – штенгель (для заполнения термометра рабочим веществом).
Достоинства и недостатки манометрического термометра:
+ простота конструкции и применения;
+ надежность
+ возможность дистанционного измерения (до 60 м)
+ не требует электропитания
+ может быть использован для регулирования напрямую (ТРВ – терморегулирующий вентиль)
+ проще для автоматизации, чем жидкостные стеклянные термометры
- сложность ремонта при разгерметизации.
- нелинейная градуировка (необходимость в своей градуировке либо пересчете давления в температуру)
- инерционность
Манометрические жидкостные и газовые термометры применяются в основном для технических измерений (класс точности 1,0; 1,6; 2,5; 4,0). Конденсационные – как образцовые.
В книгах указывается, что манометрические термометры применяются обычно для измерения температур от -150˚С, однако МТШ-90 указывает на данный вид термометров, как на образцовый, при измерениях до тройной точки неона 24.5561К. Т.е. данный вид термометров применяется при низких температурах.
Газовые термометры
Дополнительный объем 4, находящийся постоянно при комнатной температуре, позволяет получить газовые термометры с переменной чувствительностью. По мере уменьшения температуры шкала такого термометра будет растягиваться. Он дает большие погрешности - до 1˚С, но удобен.
Если использовать манометр с трубкой Бурдона, то дополнительный объем 4 не нужен.
Шкалу газового термометра можно вычислить, зная объем составных частей прибора или по градуировке.
V – полный объем термометра;
V1 – объем термобалона;
T, P – температура и давление газа при измерении;
Tзап, Pзап – температура и давление в момент заполнения термометра;
Tгр, Pгр – температура и давление газа в термобалоне при градуировке.
Tман – температура дополнительного объема или манометра (например, с трубкой Бурдона) (обычно комнатная).
Из предположения идеального газа:
При градуировке T=Tгр и P=Pгр
V/V1 - параметр термометра
Шкала термометра
Т.е. получаем градуировку.
При значительной величине дополнительного объема (при V/V1 = 5…10) термометры становятся мало пригодны для измерения температуры от 200-300К (малая чувствительность), но зато в интервале от 5К до 30К погрешность не более ±0.3К (в этом интервале малая чувствительность полезна, поскольку у манометра тоже ограниченный диапазон точных измерений, и слишком сильная зависимость давления от температуры не нужна).
Конденсационные термометры
В качестве термометрических жидкостей используют: R22 (-25…+80 °С), пропилен (-50…+60 °С), хлористый метил (0…+125°С) и др.
В конденсационном термометре температура определяется по упругости насыщенных паров.
Объем термобаллона подбирается таким образом, чтобы при полной конденсации газа не было переполнения.
В отличие от газового термометра конденсационный не требует градуировки (в справочниках указана зависимость давления насыщенных паров от температуры).
Достоинства и недостатки конденсационного термометра по сравнению с газовым:
+ термометр не требует градуировки;
+ точность определяется точностью манометра; к примеру, если манометр с классом точности 1 для конденсационного термометра с водородом внутри можно получить точность расчета температуры 0.2-0.3К в области температур 20…30К;
- термобаллон должен находится при самой низкой температуре по сравнению с другими частями термометра;
- точность измерения зависит от чистоты применяемого вещества;
- резко нелинейная характеристика;
В качестве конденсационного манометрического термометра может быть использована полость криостата (сосуд Дьюара).
Но нужно учитывать, что температура в ванне зависит от гидростатического давлении (температурное расслоение – разные слои по разным давлением и при разных температурах).