2. Методы и средства измерения температуры

2.1 Классификация средств измерения температуры контактным методом

В зависимости от физических свойств, положенных в основу принципа действия, наиболее распространенные СИ температуры можно разделить на следующие группы:

1. Жидкостно-стеклянные термометры;

2. Манометрические термометры;

3. Термопреобразователи сопротивления;

4. Термоэлектрические преобразователи;

5. Шумовые термометры;

6. Температурные индикаторы;

Для научных исследований и измерения низких температур применяются следующие виды термометров:

1. Ядерные квадрупольные резонансные;

2. Ядерные магнитные резонансные;

3. Магнитные;

4. Ёмкостные

5. Магнитоопические и др.

2.2 Механические термометры

Механические термометры основаны на явлении теплового расширения тел. Эти тела могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Механические термометры отличаются надежностью, точностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. Считывание показаний с них, как правило, осуществляется на месте измерения. Однако с помощью механоэлектрического или механогидравлического преобразователя можно передать сигнал на ограниченное расстояние. В машиностроении применяют биметаллические, жидкостные и газовые термометры.

Чувствительный элемент биметаллических термометров изготавливается из пластины, состоящей из двух или более слоев разнородных металлов, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. Пластина может быть предварительно деформирована. При нагреве биметаллической пластины из-за различия коэффициентов линейного расширения ее слоев возникает деформация изгиба, пропорциональная изменению температуры. На рисунке 1 показаны наиболее распространенные конструктивные исполнения чувствительных биметаллических элементов. Варианты а) и б) используются главным образом в качестве реле температуры, виг — для непосредственного отсчета показаний термометров. Для этого один конец чувствительного элемента закрепляется, а второй соединяется с передаточным или непосредственно показывающим устройством. Диапазон измерения биметаллических термометров лежит в интервале от – 50 до+600◦С, причем, от 500 до 600 °С термометр можно использовать только кратковременно. Погрешность измерения - ±1 до ±3.

Рисунок 1 - Биметаллические измерительные преобразователи температуры

В жидкостных термометрах измеряемой величиной, характеризующей температуру, является изменение объема термометрической жидкости. Термобаллон, в котором находится основная часть жидкости, изготавливается из стекла или стали.

К термобаллону подключен капилляр диаметром 0,1 - мм. У стеклянного термометра капилляр находится рядом со шкалой непосредственного наблюдения.

У жидкостных манометрических термометров капилляр подключен к манометру, показания которого пропорциональны температуре.

Длина капилляра в таких термометрах может достигать 60 м. Чувствительный элемент, капилляр и указатель в них образуют замкнутую, неделимую, герметичную термосистему, которая монтируется и демонтируется только целиком. Диапазон измерения термометров зависит от свойств термометрической жидкости:

Таблица 1 – Свойства термометрической жидкости

этиловый спирт	-110… +210 С;
ртуть в вакууме	-30... +150 ◦С;
ртуть под давлением	-30... +630 ◦С;
толуол	-90... +110 ◦С;
толуол под давлением	-90... +230 ◦С.

Погрешности измерения температуры при помощи жидкостных механических термометров обусловлены различием температур жидкости в термобаллоне и в капилляре и зависят также от длины капилляра.

Для повышения точности в жидкостных манометрических термометрах применяют компенсационный капилляр.

Погрешность в таком случае уменьшается с±2 до ±0,5 %.

Основными недостатками механических термометров являются значительная инерционность и невозможность объединения с другими информационными сигналами для дальнейшей обработки.

Поэтому в машиностроении температуру измеряют в основном термометрами, принцип действия которых основан изменении электрических свойств веществ при изменении температуры.