2 Методы измерения температур и типы приборов

Методы измерения температуры подразделяются на контактные, основанные на контакте чувствительного элемента прибора с те­лом, температура которого измеряется, и бесконтактные, основан­ные на измерении характеристик теплового излучения и поэтому позволяющие производить измерения без прямого контакта с те­лом.

На практике используются приборы для измерения температур, реализующие зависимость одного из термометрических свойств ве­щества от температуры. Это термометрическое свойство должно удовлетворять ряду требований. Среди них можно назвать основ­ные: однозначность связи с температурой, независимость от других факторов и изменение величины в таких пределах, в которых измерение можно выполнить с высокой точностью.

В зависимости от используемого термометрического свойства приборы для измерения температур подразделяются на следующие типы: термометры расширения, термометры манометрические, тер­мометры сопротивления, термоэлектрические термометры (термо­пары) и др. (табл. 1).

Таблица 1 – Характеристика термометров

Наименование	Термометрическое свойство	Пределы измерения, °С
		нижний	верхний
Жидкостные термометры	Объем жидкостей	-200	600
Манометрические термометры	Давление газов и паров	-200	1000
Термометры сопротивления	Электрическое сопротивление	-200	1000
Терморезисторы	Электрическое сопротивление	-100	600
Термоэлектрические термометры	Термоэлектродвижущая сила	-500	2500
Оптические пирометры (пирометры излучения)	Характеристики теплового излучения	700	8000
Радиационные пирометры	Характеристики теплового излучения	400	3500

2.1 Термометры расширения

Физическое свойство тел изменять свой объем в зависимости от температуры лежит в основе устройства термометров расшире­ния. Они могут быть жидкостными, дилатометрическими и биме­таллическими. Последние два типа иногда объединяют под общим названием механических термометров.

Жидкостные термометры. Принцип действия жидкостных термометров основан на тепловом расширении жидкости в стекле, коэффициент термического расширения которого меньше, чем у жидкости. В качестве термометрического вещества применяются различные жидкости (табл. 2).

Таблица 2 – Характеристика жидкостных термометров

Рабочая жидкость	Пределы измерения, °С
	нижний	верхний
Ртуть	-30	+700
Толуол	-90	+100
Этиловый спирт	-100	+75
Петролейный эфир	-180	+25
Пентан	-190	+20

Основным термометрическим веществом является ртуть. Тер­мометры с органическими жидкостями применяются главным об­разом для измерения низких температур. Точность этих термо­метров ниже, чем ртутных, ввиду смачиваемости стекла жидкостью и большей тепловой инерции.

Повышение верхнего предела измерения температур ртутью достигается благодаря искусственному повышению точки ее кипения. С этой целью пространство капилляра над ртутью заполняется инертным газом под давлением 24,5·10⁵ Па для термометров с пределом измерения до 550 °С и 68,5·10⁵ Па – с пределом измерения до 700 °С.

По конструкции жидкостные термометры выполняются в двух модификациях – палочные и со вложенной шкалой. Первый состоит из термобаллона, соединенного с толстостенным капилля­ром. Шкала у этого термометра нанесена непосредственно на на­ружную поверхность капилляра в виде насечки по стеклу. Термо­метр с вложенной шкалой состоит из термобаллона, заполненного жидкостью, тонкостенной капиллярной трубки, припаянной к тер­мобаллону, шкалы из молочного стекла с нанесенными на ней делениями и цифрами и наружной цилиндрической оболочки, в которой укрепляется капилляр и шкала.

По точности измерения жидкостные термометры делятся на три категории: рабочие, образцовые и эталоны. Рабочие приборы пред­назначены для повседневных измерений. Они, в свою очередь, могут быть лабораторными (приборы повышенной точности – 0,5 и ниже, что соответствует допустимой погрешности прибора 0,5 %) и техническими, класс точности которых 1,0; 1,5; 2,0; 2,5. Образцовые приборы служат для проверки и градуировки рабочих приборов и должны иметь допустимую погрешность в 4 – 5 раз меньше допустимой погрешности испытуемого прибора. Измери­тельные приборы, служащие для проверки приборов высшего раз­ряда, а также воспроизведения и хранения единиц измерения с наивысшей точностью, называются эталонами.

Для предохранения стеклянных термометров от поломки их помешают в металлические гильзы, заполненные маслом.

Достоинством ртутных термометров является большой диапазон измерений, несмачиваемость стекла ртутью, постоянство темпера­турного коэффициента в значительной части шкалы термометра. К их недостаткам следует отнести сравнительно малый коэффи­циент расширения (~ 0,0018 1/ºС), хрупкость, невозможность дис­танционной передачи показаний, значительность тепловой инерции и трудность отсчета показаний.