2.4.3. Термометры расширения
Термометрами расширения называются такие приборы, в которых используется наблюдаемое при изменении температуры изменение объема или линейных размеров тел. В зависимости от вида термометрических веществ, используемых в приборах, термометры расширения подразделяются на жидкостные и основанные на расширении твердых тел.
Жидкостные стеклянные термометры основаны на различии кэффициентов объемного расширения жидкости и материала оболочки термометра.
В зависимости от диапазона измерительных температур в качестве рабочей жидкости в жидкостных термометрах применяют, этиловый спирт (от-100оС до +75оС), толуол (от-90 до +100оС) и ртуть (от-30 до +700оС).
Наибольшее распространение получили ртутные стеклянные термометры, ртуть не смачивает стекло, коэффициент расширения ртути мало изменяется при изменении температуры, поэтому шкала термометра практически линейна. Термометры с органическими жидкостями применяются только для измерения низких температур, наибольшее распространение получили спиртовые. (рис2.4)
Технические термометры
Рис. 2.4.
1 - стеклянная оболочка; 2- резервуар; 3- капилляр; 4- шкала.
Термометры, основанные на расширении твердых тел.
При измерении температуры почти все твердые тела изменяют свои линейные размеры. Если длина какого-либо тела при 0оС равна Lо, то при температуре t длина его Lt будет равна Lt=Lo(1+at),
а- коэффициент линейного расширения.
Термометры, основанные на расширении твердых тел, подразделяются на дилатометрические и биметаллические.
Дилатометрический термометр изготовлен из метала с большим коэффициентом линейного расширения (медь, латунь, алюминий).
Биметаллические термометры выполняются в виде двух спаянных между собой металлических пластинок с различными коэффициентами линейного расширения (например, из меди и инвара) (рис 2.5 и 2.6).
Рис. 2.5
Рис. 2.6
2.4.4. Манометрические термометры
Действие манометрических термометров основано на измерении давления рабочего вещества, заключенного в емкость постоянного объема, при изменении его температуры.
Различают следующие типы манометрических термометров:
Газовые, вся система которых заполнена газом под некоторым начальным давлением. В качестве заполнителя служит азот, аргон, гелий.
Жидкостные, система которых заполнена жидкостью. В качестве заполнителя используется полиметилсилоксановые жидкости.
Конденсационные, в которых термобаллон частично заполнен низкокипящей жидкостью, а остальное пространство заполнено парами этой жидкости. В качестве заполнителя используется ацетон, фреон. (рис 2.7)
Рис. 2.7
2.4.5. Термоэлектрические термометры
Измерение температуры с использованием термоэлектрических преобразователей основано на термоэлектрическом эффекте Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разную температуру. Цепь, состоящая из двух разнородных проводников, называется термоэлектрическим преобразователем ТЭП. Спай, имеющий температуру t называется горячим или рабочим, а второй имеющий постоянную температуру to - холодным или свободным. Проводники А и В называются термоэлектродами. Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой электроны из металла А диффундируют в металл В большем количестве, чем из В в А. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл В отрицательно. При таком состоянии между проводниками А и В возникает некоторая разность потенциалов (рис 2.8).
Рис. 2.8
Приняты термоэлектрические преобразователи с металлическими термоэлектродами шести видов:
Платинородий(90% платина+ 10% родия)- платиновые имеют гр. ПП68.
Платинородий (30% родия)-платинородиевый (6% родия) имеют гр. ПР30/668.
Хромель-алюмелевые имеют гр. ХА68.
Хромель-копелевые имеют гр. ХК68.
Вольфрамрениевые гр. ТВР-5/20 или ТВР-10/20.
Нестандартизованные преобразователи медь-копелевые, медь-константантановые (рис 2.9).