Жидкостные термометры. 
Жидкостные и манометрические термометры

Термометры стеклянные жидкостные применяют для измерения температуры в пределах от 200 до +750 °С. Термометры используют исключительно при контактных измерениях. Благодаря простоте в обращения и высокой точности измерения жидкостные термометры находят широкое применение во всех областях народного хозяйства.

Основными элементами конструкции термометра являются: стеклянный резервуар 1, соединительный капилляр 2, измерительный капилляр 3, шкальная пластинка 4. В термометрах, на шкальную пластинку которых нанесены дополнительная (нулевая) и основная шкалы, имеется утолщение соединительного капилляра — промежуточный резервуар.

Действие жидкостных термометров основано на тепловом расширении термометрической жидкости, заключенной в резервуаре. При изменении температуры объем жидкости изменяется, вследствие чего мениск жидкостного столбика в капилляре поднимается или опускается на величину, пропорциональную изменению температуры.

В зависимости от предела измерения температур для заполнения термометров, применяют жидкости.

Наибольшее распространение получили ртутные термометры, так как ртуть не смачивает стекло, ее сравнительно легко получить в химически чистом виде (она остается жидкой в широком интервале температур). Недостаток ртути — малый коэффициент объемного расширения, что определяет необходимость изготовления термометров с тонкими капиллярами. Нижний предел измерения ограничивается температурой затвердевания ртути и равен -35 °С. Верхний предел измерения ртутными термометрами определяется допустимыми температурами для стекла: 600 °C для образцовых термометров и 500 °C для технических. При замене стекла кварцем верхний предел измерения несколько увеличивается.

Предел измерения для ртутных термометров, в которых над ртутью удален воздух, составляет 300 °С‚ так как при 357 °C ртуть кипит. Для того, чтобы повысить температуру кипения ртути, пространство в капилляре над ртутью заполняют инертным газом под давлением, в результате чего верхний предел измерения увеличивается.

Таблица 1.

Термометры с органическими жидкостями предназначаются в основном для измерения низких температур в пределах от -200 да +200 °С. Основным достоинством их является высокий коэффициент объёмного расширения жидкости, в среднем в почти в 6 раз больше, чем у ртути. Недостаток у этих термометров — смачивание органическими жидкостями стекла, в результате точность измерений понижается. Поэтому необходимо применение капилляров с относительно большим диаметром.

Достоинства стеклянных жидкостных термометров — простота употребления и достаточно высокая точность измерения.

Недостатки — малая механическая прочность (хрупкие); плохая видимость шкалы и видимость отсчета, невозможность автоматической записи показаний и передачи их на расстояние; невозможность ремонта; большая инерционность; плохая видимость ртути в капилляре. Поэтому стеклянные жидкостные термометры применяют в основном для местного контроля и лабораторных измерений. В зависимости от назначения и области применения стеклянные жидкостные термометры подразделяют на лабораторные и технические.

Термометры лабораторные используются в качестве образцовых и рабочих для измерения температур в производственных и лабораторных условиях. В них термометрическим веществом является ртуть. Применяют лабораторные термометры для измерения температуры в диапазоне от 30 до +600°С. Конструктивно они выполняются палочными и с вложенной шкальной пластиной. Градуируют лабораторные термометры, как правило, при полном погружении или при указанной глубине погружения в зависимости от назначения термометра.

К лабораторным термометрам относятся палочные термометры, у которых расстояние между штрихами по всей шкале одинаково (равноделенные термометры). Их используют в качестве образцовых. Переход от делений равноделенной шкалы к температуре производится по таблицам, составленных индивидуально для каждого термометра в процессе его аттестации.

Лабораторные термометры специального назначения имеют более узкую область применения — измерение небольших разностей температур или небольших ее изменений, что необходимо при калориметрических измерениях теплотворной способности топлив или теплоемкости тел, при определении изменения точки замерзания растворов или точки кипения жидкостей. термометр конденсационный манометрический температурный Рабочие стеклянные жидкостные термометры широко используются в промышленности и других областях народного хозяйства. Они имеют различное конструктивное оформление, соответствующее их назначению. Рабочие термометры делятся на термометры общего применения, лабораторные (для точных измерений) предназначенные для работы в определенной области науки и техники (метеорологические, для измерения температуры химических и нефтепродуктов, сельскохозяйственные и т. д.). Кроме того, изготавливаются рабочие термометры специальных конструкций — максимальные, минимальные, электроконтактные, метастатические, калориметрические, для измерения вязкости, атмосферного давления, влажности.

Промышленными стеклянными жидкостными термометра контролируют температуру жидкостей, газов, пара в трубопроводах, резервуарах, машинах.

Это термометры частичного погружения, с прямой и угловой формой нижней части, измеряют температуру в интервале от -90 до +600 °С, цена деления шкалы от 0,5 до 10 °C.

Для защиты от механических повреждений их вставляют в защитную арматуру. Верхнюю часть термометра помещают в металлическую оправу так, что в ее вырезе видна шкала. Нижняя часть термометра находится в защитной гильзе. Гильза может быть снизу открыта или иметь радиальные отверстия в стенках для лучшего контакта с объектом измерения. Защитная гильза и защитная арматура верхней части соединены между собой. Благодаря такой конструкции стеклянный термометр может быть заменен в любое время без остановки агрегатов.

Если необходимо измерить температуру при высоких давлениях, защитные гильзы монтируют герметично в конструкциях объекта измерения.

Термометры стеклянные жидкостные метеорологические и гидрологические применяются для измерения температуры воздуха, грунта, воды в реках, морях и т. д. К ним относятся максимальные, минимальные, психpометрические, почвенно-глубинные и глубоководные термометры.

Максимальные (щелевые и стержневые) термометры имеют специальное устройство, препятствующее возвращению ртути в резервуар при охлаждении. В щелевой конструкции делают капилляр с небольшим сужением в его нижней части. В стержневых — к резервуару припаивают стержень, который находится в его сечения. При снижении температуры резервуара ртутный столбик разрывается в месте сужения капилляра и фиксирует максимальное значение температуры за определенный промежуток времени. Чтобы вернуть ртуть в резервуар, термометр встряхивают или вращают на центрифуге.

Минимальный термометр предназначен для измерения минимальной температуры за определенный промежуток времени. В качестве термометрического вещества в нем используются неокрашенные органические жидкости. Внутри капилляра с термометрической жидкостью свободно перемещается штифт. До начала измерения термометр необходимо повернуть вверх резервуаром, чтобы штифт переместился до мениска (силы поверхностного натяжения остановят штифт). Измерения производят при горизонтальном положении термометра. При охлаждении среды, температура которой измеряется, мениск начнет перемещать штифт. Верхний край штифта указывает минимальное значение температуры, так как при нагревании термометрическая жидкость буде обтекать штифт, и он не изменит своего положения.

Психрометрический термометр предназначен для измерения температуры и определения влажности воздуха путем сравнения показаний двух термометров, укрепленных на одном основании. Резервуар одного термометра сухой, а у другого смачивается водой. Влажность определяют по таблице, прикрепленной к основанию, рядом с термометрами.