2. Термометры расширения

Как правило, при повышении температуры тела увеличиваются в объеме. Поэтому свойство изменять объем при нагреве или охлаждении может служить мерой его температуры. Приборы, работа которых основана на этом принципе, называют термометрами расширения; их подразделяют на три группы: жидкостные стеклянные, дилатометрические (стержневые) и биметаллические.

Принцип действия жидкостных стеклянных термометров основан на различии коэффициентов объемного расширения жидкости (термометрические вещества) и стекла, используемого для удержания жидкости.

Жидкостные термометры представляют собой небольшой стеклянный (реже кварцевый) резервуар (ампулу), верхняя часть которого переходит в вертикальный капилляр.

Резервуар и частично капилляр заполнены термометрической жидкостью. Резервуар современных жидкостных термометров – вытянутый (или сплющенный) цилиндр. Диаметр капилляра выбирают в зависимости от диапазона и точности измерения температуры. Чем выше точность термометра, тем меньше диаметр капилляра.

В зависимости от диапазона измерения в качестве термометрической жидкости используют пентан (–200 ... +20 °С), петролейный эфир (–120 ... +25 °С), этиловый спирт (–80 ... +70 °С), толуол (–90 ... +200 °С), керосин (–60 ... +300 °С) и ртуть (–35 ... +750 °С).

При контакте с контролирующей средой термометр принимает ее температуру, а термометрическая жидкость нагревается или охлаждается, изменяя свой объем, т. е. уровень в капилляре. Именно по уровню жидкости судят о температуре.

Наиболее распространены ртутные термометры, что обусловлено целым рядом причин. Во-первых, ртуть остается жидкой в диапазоне температур –38 ... +350 °С при нормальном давлении и до +750 °С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняется азотом) и обеспечивает высокую точность измерения. Во-вторых, ртуть легко поддается очистке, ее пары в капилляре создают малое давление, она не смачивает стекло. Последнее позволяет использовать капилляры с диаметром канала до 0,1 мм. Однако по сравнению с органическими жидкостями ртуть имеет в 8 раз меньший коэффициент объемного расширения, что естественно снижает чувствительность ртутных термометров (табл. 2).

Органические жидкости характеризуются в свою очередь меньшими стоимостью и вредностью в эксплуатации. Их применяют для измерения более низких температур. Вследствие смачивания стекла термометры с органическими жидкостями имеют меньшую точность измерения.

Для обеспечения задач позиционного регулирования и сигнализации температуры разработаны электроконтактные (ртутноконтактные) технические термометры двух типов: с постоянными контактами и подвижным верхним контактом.

Первый тип представляет собой ртутный термометр с впаянными в капилляр платиновыми контактами. Нижний (нулевой) контакт находится ниже начала шкалы, а верхний (их может быть несколько) впаян на уровне отметки шкалы, которая соответствует контролируемой температуре. В электроконтактных термометрах второго типа перемещающийся верхний контакт изготовляют из тонкой вольфрамовой проволоки. Контакт перемещают внутри капилляра с помощью постоянного магнита. Такой термометр обычно оснащается двумя шкалами: верхней – для установки контакта на заданную температуру, и нижней, по которой производится отсчет температуры.

Таблица 2