Жидкозаполненные термометры

 

Жидкозаполненные (жидкостные), система которых заполнена жидкостью.

В приборах этого типа вся система термометра заполняется жидкостью под некоторым начальным давлением. К жидкостям, применяемым для заполнения, предъявляются следующие требования: возможно больший коэффициент объемного расширения, высокая теплопроводность, небольшая теплоемкость и химическая инертность к материалу термометра. Для заполнения обычно применяют ртуть (в интервале температур от .—30 до +600° С) и ксилол (в интервале температур от —40 до +200° С). Для предохранения жидкости от закипания в термометре обеспечивается начальное давление порядка 1,47—1,96 МН/м2 (15—20 кгс/см2).

Благодаря большой теплопроводности жидкости термобаллон термометра сравнительно быстро принимает температуру измеряемой среды. Однако по этой же причине погрешности от колебания температуры окружающей среды у жидкостных термометров больше, чем у газовых. Температурные погрешности под­считываются по тем же формулам, что и для газовых термометров.

При значительной длине капилляра для жидкостных термометров необходимо применять компенсационные устройства.

1 – термобаллон,  2 – основной капилляр, 3 -  дополнительный капилляр,  4 и 5 -  соответственно  основная и вспомогательная  спиральные трубчатые пружины

Рисунок 3 – Схема температурной компенсации жидкостного манометрического термометра

 

На рисунке показан один из вариантов компенсационного устройства, у которого рядом с основным капилляром есть дополнительный (компенсационный) капилляр, один конец которого (у термобаллона), запаян, а другой соединен со вспомогательной (компенсационной) пружиной. Оба капилляра и обе пружины заполняются одной и той же рабочей жидкостью и имеют одинаковые характеристики. С изменением температуры окружающей среды давление жидкости в обоих капиллярах и в обеих пружинах изменяется, вследствие чего вспомогательная пружина, раскручиваясь или скручиваясь, действует в направлении, противоположном действию основной пружины, и тем самым исключается влияние температуры окружающей среды на показания прибора. Для жидкостных термометров следует также учитывать погрешность, вызванную различным положением термобаллона отно­сительно манометра по высоте; погрешность эту можно скомпенсировать  установкой стрелки или пера прибора при помощи механического корректора на нуль или начало шкалы после монтажа термометра на месте. Жидкость практически несжимаема, поэтому изменение атмосферного давления не влияет на показания прибора.

 

Конденсационные термометры

 

Конденсационные, в которых термобаллон частично заполнен низкокипящей жидкостью, а остальное его пространство запол­нено парами этой жидкости. У конденсационных манометрических термометров возможно появление дополнительных погрешностей:  1) гидростатической (из-за различной высоты расположения термобаллона и мано­метра) ; 2) атмосферной из-за колебания атмосферного давления (особенно для начала шкалы).   В конденсационных термометрах термобаллон обычно заполняется на 2/3 объема низкокипящей жидкостью. Перед заполнением термометра воздух из системы удаляется. В замкнутой  системе термометра всегда существует динамическое равновесие одновременно протекающих процессов испарения и конденсации. При повышении температуры усиливается испарение жидкости и увеличивается упругость пара, а в связи с этим усиливается также и процесс конденсации. В результате насыщенный пар достигает некоторого определенного давления, строго отвечающего температуре. Среда, заполняющая капилляр и манометрическую трубку, служит передатчиком давления, независимо от того, жидкая она или газообразная. Так как однозначная зависимость давления насыщенного пара от температуры существует только до критической температуры, то верхний предел шкалы термометра должен быть ниже критической температуры данной жидкости.  Давление пара, изменяясь с температурой, передается через капилляр манометрической пружине. Изменение давления насыщенного пара непропорционально изменению температуры, поэтому шкала конденсационного теомометра получается неравномерной. Это — один из его недостатков. Изменение температуры капилляра и манометрической трубки не влияет на величину давления в системе конденсационного термо­метра; длина капилляра у термометров такого типа ограничивается в основном трением жидкости в капилляре. Жидкости для заполнения термометров должны быть химически чистыми, а точка кипения их — достаточно низкой, чтобы обеспечить необходимую величину давления в пределах измеряемых температур. Кроме того, они не должны воздействовать химически на материал термометра. Количество жидкости в термобаллоне не имеет существенного значения. Важно только, чтобы при наиболее низкой измеряемой температуре в термобаллоье было некоторое количество насыщенного пара, а при наиболее высокой температуре оставалось  некоторое количество неиспарившейся жидкости. Термобаллон должен быть заполнен так, чтобь входящий в него открытый конец капиллярной трубки был во всех случаях погружен в жидкость. Нижний предел измерения конденсационным  термометром ограничиваете? достаточной величиной давления пара. Конденсационные термометры более чувствительны, чем термометры других типов. Объясняется это тем, что давление насыщенного пара очень быстро изменяется с температурой Деформация манометрической трубки пропорциональна избыточному давлению насыщенных паров жидкости, т. е. разности давления паров и атмосферного давления. Поэтому изменение атмосферного давления влияет на показания прибора. Для уменьшения погрешности необходимо, чтобы давление насыщенных паров рабочей жидкости в диапазоне измеряемых температур был значительно больше атмосферного давления. Основная погрешность различных типов манометрических термометров составляет от ±0,5 до ±2,5% в зависимости от длины капиллярной трубки. При отклонении условий от нормальных возникают дополнительные погрешности, которые определяются расчетом и устраняются особыми приемами, описанными выше. Погрешность за счет температуры окружающей среды теоретически отсутствует, так как изменение объема передаточной жидкости приводит лишь к изменению соот­ношения между жидкой и паровой фазой в термобаллоне, не меняя в нем давления, зависящего только от температуры. Однако прак­тически небольшая погрешность при изменении температуры окру­жающей среды все же наблюдается (за счет манометра) и нормируется (ГОСТ 8624—64) значением до 0,25% на каждые 10°С отклонения температуры от +20°С.  Шкалы конденсационных термометров получаются существенно неравномерными из-за нелинейного соотношения между темпера­турой кипения и соответствующим давлением (рис. 3-8). Рабочая часть шкалы располагается в верхней ее половине. Длина соедини­тельного капилляра достигает 60 м. В качестве передаточной жидкости, заполняющей капилляр и манометр конденсационных термометров, чаще всего применяют глицерин (пропантриоль) в смеси со спиртом или водой Устройство всех типов манометрических термометров аналогично. Они бывают показывающими, самопишущими и контактными.