2. Измерение температуры

Температурой называют величину, характеризующую степень нагретости вещества (уровень его теплового состояния). В системе СИ единицей температуры является Кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (⁰С). Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t температурами имеет вид:

T = t + 273,15.

2.1. Жидкостно-стеклянные термометры

Жидкостно-стеклянные термометры являются широко распространенными приборами для измерения температуры вследствие их дешевизны, достаточно высокой точности и простоты измерений. Недостатком этих приборов является их чрезмерная хрупкость.

Жидкостно-стеклянными термометрами можно измерять температуру от –190⁰ до + 700 ⁰С.

В качестве рабочей жидкости применяются: ртуть, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир, метан. Принцип действия их основан на тепловом расширении термометрического вещества в стекле. При повышении температуры, например, термометрическое вещество увеличивается в объеме больше, чем стекло или кварц, и мы наблюдаем видимое изменение объема по увеличению высоты столбика термометрического вещества в капилляре.

Конструктивные формы жидкостно-стеклянных термометров весьма разнообразны, однако среди них можно выделить два основных типа: палочные (рис. 1) и с вложенной шкалой (рис. 2).

Наибольшее распространение в технике получили ртутные стеклянные термометры. Они изготавливаются для измерения температур от – 30 до + 700 ⁰С. Допустимая погрешность колеблется от ± 0,2 ⁰С до ± 10 ⁰С в зависимости от цены деления и интервала измеряемой температуры.

Для измерения температур до + 550 ⁰С ртутные термометры изготавливаются из специального термометрического стекла, а для измерения температур до + 700 ⁰С – из кварца. Внутренняя полость капилляра заполняется газом (обычно азотом). У высокоградусных термометров газ в капилляре находится под давлением для предотвращения возгонки ртути (например, в термометре со шкалой до + 500 ⁰С давление в капилляре выше 20 атм).

Правила установки и эксплуатации ртутных

стеклянных термометров

1. Ртутные стеклянные термометры не следует помещать на

солнце.

2. При установке технических термометров с вложенной шкалой нужно погружать в измеряемую среду только хвостовую часть. Остальные термометры погружаются в измеряемую среду до отсчитываемого деления.

В случае, когда термометр не может быть погружен в среду до отсчитываемого деления, следует при точных измерениях вводить поправку на выступающий столбик ртути.

2.2. Манометрические термометры

Манометрические термометры являются техническими приборами. Данные приборы применяются для измерения температуры в пределах от – 50 ⁰С до + 550 ⁰С с точностью ± 1,5 %.

Достоинством манометрических термометров является возможность передачи показаний на сравнительно большое расстояние (до 40 – 60 м).

Недостатки: трудность поддержания герметичности в системе; необходимость сравнительно частых поверок и относительная сложность ремонта.

На рис. 3 представлена принципиальная схема манометрического термометра.

Рис. 3. Схема манометрического термометра:

1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – трубчатая пружина Бурдона;

4 – стрелка

Внутренняя полость системы манометрического термометра, состоящая из термобаллона 1, капиллярной трубки 2 и трубчатой пружины 3, заполняется рабочим веществом и является абсолютно герметичной.

Принцип действия манометрического термометра основан на том, что с изменением температуры термобаллона при погружении в среду с измеряемой температурой изменяется давление рабочего вещества внутри системы, вследствие чего пружина раскручивается или скручивается, перемещая стрелку.

В зависимости от заполнителя (рабочего вещества) манометрические термометры разделяются на 3 группы: 1) жидкостные; 2) паровые; 3) газовые.

Для жидкостных манометрических термометров в качестве рабочего вещества применяются высококипящие жидкости: метиловый спирт, ксилол, ртуть. У таких термометров рабочее вещество целиком заполняет внутреннюю полость системы (термобаллон, капилляр, трубчатая пружина).

Для паровых манометрических термометров в качестве рабочего вещества применяются низкокипящие жидкости: хлорметил, хлорэтил, эфир этиловый, ацетон, бензол. У таких термометров рабочее вещество заполняет примерно 2/3 термобаллона, в оставшейся части над низкокипящей жидкостью находятся ее пары и воздух удален.

Капиллярная трубка и трубчатая пружина заполняется другой жидкостью (глицерин с водой или спиртом), служащей только для передачи давления паров рабочей жидкости.

Для газовых манометрических термометров в качестве рабочего вещества применяется газ: азот, реже гелий. У таких термометров вся внутренняя полость системы также целиком заполняется рабочим веществом-газом.

Правила установки и эксплуатации

1. При монтаже манометрического термометра не следует перегибать капиллярную трубку под чрезмерно острыми углами.

2. Нельзя допускать частых повторных перегибов капиллярной трубки под острыми углами в одном и том же месте.