Введение поправок к показаниям термометра.

Термометры расширения.

Термометры

К термометрам расширения относятся жидкостно-стеклянные, стержневые, биметаллические, манометрические.

Стеклянные жидкостные термометры получили широкое распространение в практике измерения температуры вследствие достаточно высокой точности и простоты измерений. Для заполнения термометров в зависимости от области их применения используют ртуть, толуол, этиловый спирт и т. д. (рис.1).

Стеклянные жидкостные термометры, применяемые в технике, подразделяются на:

термометры широкого применения, без введения поправок к их показаниям: ртутные (—35...600^СС), жидкостные (—185... 300°С);

термометры повышенной точности, к показаниям которых вводятся поправки согласно свидетельству: ртутные (—35... 600°С), ртутные для точных измерений (0...500°С), жидкост­ные (—80...100°С).

В основном изготовляют термометры двух типов: палочные и с вложенной шкалой. Термометры с вложенной шкалой более инерционны, но более удобны для наблюдений.

В зависимости от метода градуировки стеклянные термометры должны быть погружены в измеряемую среду либо до отсчитываемого деления, либо до определенной отметки.

В теплотехнических исследованиях используют, как правило, лабораторные термометры ТР с вложенной шкалой (табл. 1); предназначенные для точных измерений температуры в диапазоне от 0 до 500°С.

Таблица 1

Тип термометра	Количество термометров в комплекте	Диапазон измерения, °С	Цена деления шкалы, °С	Погреш-ность измерения, °С
комплекта термометров	одного термометра
TP-I ТР-Н ТР-Ш TP-IV		00...60 55... 155 140...300 300... 500		0,01 0,02 0,05 0,1	±0,01 ±0,02 ±0,05 ±0,1

Лабораторные термометры снабжаются свидетельством, в котором указаны поправки к показаниям термометра на смещение нулевой точки и калибр, а также коэффициент внешнего давления в °С/мм рт. ст. (для введения поправки к показанию термометра при изменении внешнего атмосферного давления) и коэффициент внутреннего давления в °С/мм рт. ст. (для введения поправки к термометрам, измеряющим температуру в горизонтальном положении).

Смещение нулевой точки может возникнуть в результате естественного старения стекла. Например, в свидетельстве указано, что поправка, относящаяся к 300 ⁰С равна -0,2°С, а положение нулевой точки смещено на -0,1 ⁰С. Вновь найденное положение нулевой точки (лежащее в пределах допустимой погрешности -0,2°С) равно +0,1⁰С. Тогда поправка к показанию термометра в точке 300⁰С равна:

(3)

Если при измерении температуры лабораторный термометр, тарированный при полном погружении, имеет выступающий столбик, то необходимо ввести поправку

, (4)

где п — высота выступающего столбика в делениях шкалы;

= 0,00018 - коэффициент видимого объемного расширения рту­ти,

К^-1; t — температура, показываемая термометром, °С;

t_вс — средняя температура выступающего столбика, °С.

Следует заметить, что поправка на выступающий столбик, вследствие того, что температуру выступающего столбика невозможно точно определить, может быть определена с погрешностью не ниже ±10%. Таким образом, если необходимо определить в эксперименте точное значение температуры, то следует использовать более точный метод измерения.

Ртутные термометры применяются для измерения температур от - 35 до ±650 ⁰С. Конечный предел измерения достигается путем искусственного повышения точки кипения ртути. С этой целью у термометров для измерения высоких температур пространство капилляра над ртутью, из которого предварительно удален воздух, заполняется инертным газом (азотом) под давлением. Для 600⁰С и выше трубки изготавливаются из кварца.

Рис. 1. Термометры жидкостно-стеклянные

Ртутные термометры бывают с вложенной шкалой и палочные. По назначению ртутные термометры разделяются на технические, лабораторные и образцовые.

В зависимости от места установки термометров их хвостовая часть может быть прямая или изогнутая и иметь разную длину. При измерении температуры ртутным термометром необходимо учитывать поправку на температуру выступающего столбика ртути, так как при градуировке термометр полностью погружается в среду с постоянной температурой.

Спиртовые термометры применяются для измерения невысоких температур до +100⁰С.

Достоинства: широкий интервал измерения температур, дешевизна, простота изготовления и применения, большая точность измерения.

Недостатками жидкостно-стекляных термометров являются их хрупкость, невозможность дистанционной передачи и автоматической записи показаний, большая инерционность, необходимость учета поправки на выступающий столбик ртути.

Дилатометрические термометры. Принцип действия дилатометрического термометра основан на различии коэффициентов теплового расширения двух твердых тел.

Зависимость длины твердого тела от его температуры определяется выражением:

, (5)

Где - длина тела при температуре 0⁰С;

- средний температурный коэффициент линейного расширения тела, град^-1.

Различают стержневые и пластинчатые (биметаллические) дилатометрические термометры.

Стержневой термометр имеет закрытую с одного конца трубку, изготовленную из материала с большим коэффициентом линейного расширения, которую помещают в измеряемую среду. В трубку вставлен стержень, изготовленный из материала с малым коэффициентом линейного расширения и жестко закрепленный с закрытым концом трубки другой конец стержня при помощи рычагов соединен со стрелкой или электрическим контактом. При изменении температуры трубка изменяет свою длину больше, чем стержень, за счет чего стержень перемещается и перемещает связанную с ним стрелку или электрические контакты.

Пластинчатый термометр состоит из двух изогнутых и спаянных между собой по краям металлических полосок с различными коэффициентами линейного расширения. Внутренняя полоска имеет большой коэффициент линейного расширения, а внешняя- малый. Один конец пластинок жестко крепится к корпусу, а другой конец при помощи рычагов соединен со стрелкой.

При увеличении температуры пластинки изгибаются в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения.

Биметаллические термометры не получили распространения как самостоятельные приборы и используются, главным образом, в качестве чувствительных элементов (датчиков) в сигнализаторах температуры.

Манометрические термометры основаны на использовании зависимости давления жидкости, паров или газов, заключенных в замкнутом объеме, от температуры (рис.2). диапазон измеряемых температур составляет -130 +550⁰С.

Манометрический термометр состоит из термобаллона (1), погружаемого в измеряемую среду, капилляра (2) и трубчатой пружины Бурдона овального или эллиптического сечения (3). При нагревании термобаллона, внутри которого находится рабочее вещество, пропорционально температуре повышается давление. Давление преобразуется манометрической пружиной в перемещение стрелки (4) указателя прибора.

Манометрические приборы, в зависимости от рабочего вещества, делятся на три типа: жидкостные (метиловый спирт, ртуть), паровые (бензол, хлор-этил, ацетон) и газовые (азот, гелий).

Достоинства: манометрические термометры могут быть снабжены сигнальными контактами, устройствами для дистанционной передачи показаний и устройствами для регистрации. Отсутствие электрических цепей позволяет применять их во взрывоопасной среде.

Рис. 2. Cхема манометрического термометра

Недостатки: невысокая точность измерений, малая механическая прочность капиллярных трубок, инерционность, сложность ремонта и монтажа.

Дата добавления: 2017-02-01