Термометры расширения

Термометры расширения бывают двух типов: стеклянные жидкостные и манометрические. Принцип действия основан на расширен среды, заключенной в этих приборах.

Стеклянные жидкостные термометры делятся на две группы.

Стеклянный термометр с вложенной шкалой (рис.7. а) состоит из стеклянного резервуара 1 и припаянного к нему стеклянного капилляра 2. Вдоль капилляра расположена шкала 3, которая, как правило, наносится на пластине молочного стекла. Резервуар, капилляр и шкала помещаются в стеклянную оболочку 4, которая припаивается к резервуару.

Палочные стеклянные термометры (рис. 7.б) изготавливаются из толстостенных капилляров 1, к которым припаивается резервуар 2. Шкала термометра 3 наносится на наружной поверхности капилляра.

Капилляр заполнен термометрической жидкостью: ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан др.

Рис.7. Стеклянные жидкостные термометры: а – с вложенной шкалой, б – палочный.

Т.к. одновременно с расширением жидкости расширяется резервуар и капилляр, то фактически мы судим о температуре не по изменению объема жидкости, а по видимому изменению жидкости в стекле. Поэтому видимое расширения жидкости несколько меньше действительного.

По способу применения термометры рассчитаны либо на частичное погружение (имеется указание о глубине погружения), либо на погружение до считываемой температуры (полное погружение). На термометрах частичного погружения имеется указание о глубине погружения.

Если термометр полного погружения погружен неполностью, то надо вводить поправку на выступающий столбик термометрической жидкости.

Наиболее распространены ртутные термометры. Ртуть имеет ряд достоинств: остается жидкостью в широком диапазоне, не смачивает стекло и т.д. Но она ядовита. Нижний предел ртутных термометров - 35 С (температура затвердевания). Верхний- +600 С (определяется прочностными характеристиками стекла). В ртутных термометрах для высоких температур, капилляр над ртутью заполняется инертным газом (до 30 ат.)

Диапазон термометров с органическими жидкостями -200…+200 С.

Достоинства стеклянных жидкостных термометров - высокая точность, простота, дешевизна.

Недостатки - плохая видимость шкалы, невозможность автоматической записи показаний и дистанционной передачи, хрупкость и невозможность ремонта.

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления термометрического вещества в герметически замкнутом объеме от температуры. Манометрический термометр изображен на рисунке 8.

Термобаллон 1 погружается в измеряемую среду и рабочее вещество, находящееся в термобаллоне, принимает температуру среды. При повышении температуры давление растет, при понижении падает. Давление через гибкий капилляр 2 передается манометру 3, который является частью всего прибора. Манометр проградуирован в градусах (в единицах температуры, а не давления).

Рис.8. Манометрический термометр.

В зависимости от рабочего вещества, бывают:

- Газовые манометрические термометры. Рабочее вещество - азот (но может быть и другой газ). Диапазон измерений - от – 200 до+600 С. Шкала практически равномерная. Длина капилляра 0.6…60 метров. На показания влияет атмосферное давление и температура воздуха.

- Жидкостные манометрические термометры. Рабочее вещество – ртуть, пропиловый спирт, метаксилол, силиконовые жидкости (кремнийорганические). Диапазон -150…+300 С. Шкала равномерная. Атмосферное давление на показания не влияет. Температура воздуха влияет. Имеет место гидростатическая погрешность (взаимное положение термобаллона и манометра). Длина капилляра до 10м.

- Конденсационные манометрические термометры (парожидкостные). Рабочее вещество - на ¾ низкокипящая жидкость, остальное – ее насыщенные пары. Это может быть фреон 22, пропилен, хлористый метил, ацетон и этилбензол. Капилляр и манометрическая пружина заполнены, как правило, другой жидкостью. Их диапазон – от -50 до +300 С.Шкала неравномерна. Давление в термосистеме равно давлению насыщенных паров жидкости, зависящему от температуры, при которой находится жидкость в термобаллоне (эта зависимость от температуры нелинейна). Таким образом, температура воздуха (капилляра и измерительного механизма манометра) не будут влиять на показания. Атмосферное давление влияет. Длина капилляра до 25м.

Обратите внимание, что манометрический термометр осуществляет дистанционное измерение температуры (в пределах установленной длинны капилляра). В термобаллоне измеряемая величина (температура) преобразовывается в величину другой физической природы (в данном случае это не электрическая величина, а давление). Таким образом, манометрический термометр можно в какой то мере рассматривать как измерительный комплект, состоящий из термобаллона (первичный преобразователь) и манометра (вторичный преобразователь). Следует, однако, отметить, что этот «измерительный комплект» выпускается как единое целое и не может подвергаться свободной сборке-разборке из-за возможной потери герметичности и рабочего вещества.

Манометрические термометры особенно часто используются во взрывоопасных и пожароопасных помещениях, когда нельзя использовать электрические методы дистанционного измерения.

Допустимые расстояния по высоте между термобаллоном и манометром указываются конкретно в монтажных инструкциях к приборам.