Стеклянные жидкостные термометры

Термометры расширения

Средства измерения температур

Термометр – средство для измерения температуры, предназначенное для выработки сигнала в форме, удобной для восприятия наблюдателем, автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

Пирометр – средство для измерения температуры по тепловому электромагнитному излучению, применяется для бесконтактного измерения температуры.

В настоящее время применяются десятки различных способов измерения температуры (ГОСТ 13417–76). В табл. 6.2 приведены наиболее распространенные в промышленности средства измерения температуры и указаны пределы применения серийных средств измерения. В скобках указаны пределы применения средств измерения для специальных целей.

Таблица 6.2

Диапазоны применения промышленных средств измерения температуры

Тип средства измерения	Разновидность средства измерения	Предел длительного применения, °C
нижний	верхний
Термометры расширения	Жидкостные стеклянные термометры	-200
Манометрические термометры	-200 (-272)
Термометры сопротивления	Металлические (проводниковые) термометры сопротивления	-260
Полупроводниковые термометры сопротивления	-272
Термоэлектрические термометры	Термоэлектрические термометры	-200 (-270)	(2800)
Пирометры	Квазимонохроматические пирометры		6 000 (100 000)
Пирометры спектрального отношения
Пирометры полного излучения	-50

Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре, в зависимости от температуры.

Стеклянные термометры по своей конструкции бывают палочные и с вложенной шкалой. Термометр с вложенной шкалой состоит из стеклянного резервуара и припаянного к нему стеклянного капилляра 2 (рис. 6.1, а). 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 изготавливаются из толстостенных капилляров, к которым припаивается резервуар 2. Шкала термометра 3 наносится на наружной поверхности капилляра (рис. 6.1, б).

Среди жидкостных термометров наибольшее распространение получили ртутные стеклянные термометры.

Химически чистая ртуть как термометрическое вещество имеет ряд достоинств:

- остается в жидком состоянии в широком интервале температур;

- не смачивает стекло;

- легко получается в чистом виде.

Рис. 6.1. Лабораторные ртутные термометры:

а – с вложенной шкалой; б – палочный

Таблица 6.3. Термометрические жидкости

Жидкость	Пределы применения, °C
нижний	верхний
Ртуть	-35
Толуол	-90
Этиловый спирт	-80
Керосин	-60
Петролейный эфир	-120
Пентан	-200

К недостаткам ртути как термометрического вещества относится малый температурный коэффициент объемного расширения, что требует изготовления термометров с тонкими капиллярами.

Нижний предел измерения ртутных термометров -35 °C определяется температурой затвердевания ртути. Верхний предел измерения +600 °C определяется прочностными характеристиками стекла. Для термометров с верхним пределом измерения 600 °C давление газа над ртутью превышает 3 МПа (30 кгс/см²).

Стеклянные термометры с органическими термометрическими жидкостями применяются в интервале температур от -200 до +200 °C. Эти жидкости смачивают стекло и поэтому требуют применения капилляров с относительно большим диаметром канала.

Достоинства стеклянных жидкостных термометров:

- высокая точность измерения;

- простота;

- дешевизна.

Недостатки стеклянных термометров:

- относительно плохая видимость шкалы;

- практическая невозможность передачи показаний на расстояние;

- невозможность автоматической регистрации показаний;

- невозможность ремонта термометров.

По методике градуировки термометры делятся на две группы:

1) термометры, градуируемые при полном погружении;

2) термометры, градуируемые при неполном погружении (как правило, при определенной длине погружения нижней части).

Термометры первой группы применяются в лабораторных условиях и позволяют обеспечить более высокую точность. Глубина их погружения должна изменяться при изменении температуры.

Термометры второй группы - технические, которые применяются для измерения температур в промышленности; глубина их погружения должна быть постоянной.

Допускаемые погрешности технических термометров не должны превышать деления шкалы. Например, при цене деления 0,5 °C предел допускаемой погрешности составляет ±0,5 °C, а при цене деления 10 °C предел составляет ±10 °C.

Технические электроконтактные термометры

Технические электроконтактные термометры применяют для сигнализации и регулирования температуры в интервале от –30 °С до +300 °С. Эти термометры изготовляют с заданной температурой контактирования (ТЗК) или с подвижным контактом (ТПК).

Технические электроконтактные термометры могут работать в цепях переменного и постоянного тока. Коммутируемая мощность ≤ 1 В×А, ток коммутации ≤ 0,04 А, напряжение ≤ 200 В.

Замыкание электрической цепи между контактами в контактных термометрах происходит вследствие расширения ртути при нагревании нижней части термометра.

Термометры типа ТЗК (рис. 6.2) выпускают с постоянными впаянными в капилляр 1 металлическими контактами 2, к которым припаяны медные провода, присоединенные к зажимам 3, Термометры могут иметь одну, две или три точки контактирования. Контакты впаивают в капилляр термометра в местах, соответствующих определенным значениям температуры контактирования.

Минимальные интервалы между двумя соседними контактами обычно составляют не менее 5, 10, 20 и 30 °С для температуры контактирования соответственно до 50, 100, 160 и 300 °С.

Термометр типа ТПК показан на рис. 6.3. Он имеет один неподвижный контакт 11, соединенный с термометрической жидкостью и один подвижный контакт 10, выполненный из тонкой вольфрамовой проволоки, верхний конец которой соединен с гайкой 9. Нижний конец вольфрамовой проволоки, находящейся в измерительном капилляре, является подвижным контактом термометра. Вверху термометра расположена вспомогательная шкала 4, указателем которой при настройке термометра является гайка 9, последняя может перемещаться по винту 5 вверх и вниз. Вращение винта 5, а следовательно, и перемещение гайки 9, осуществляют с помощью подковообразного магнита 3 с ручкой 2. Внизу термометра расположена основная шкала 6. При перемещении гайки 9 по винту 5 на определенную отметку верхней шкалы нижний конец подвижного контакта установится против соответствующей отметки основной шкалы. Неподвижный контакт 11 и подвижный контакт 10 соединены с зажимами 1.

Рис. 6.2. Термометры тип ТЗК: 1 – капилляр; 2 – металлические контакты; 3 – зажимы	Рис. 6.3. Термометры типа ТПК: 1 – зажимы для подключения; 2 – ручка для вращения магнита; 3 – подковообразный магнит; 4 – вспомогательная шкала; 5 – подвижный винт; 6 – основная шкала; 7 – капилляр; 8 – баллон с ртутью; 9 – гайка; 10 – подвижный контакт; 11 – неподвижный контакт

При нагревании нижней части термометра до заданной температуры ртуть в капилляре 7 соединит неподвижный контакт с подвижным контактом. В результате происходит переключение внешней электрической цепи, соединенной с зажимами 1.

Стеклянные термометры являются одним из наиболее точных средств измерения температуры.

Дата добавления: 2014-01-04