ТЕРМОМЕТРИ, прилади для вимірювання т-ри за допомогою контакту з досліджуваної середовищем. Перші термометри з'явилися в кін. 16-поч. 17 ст. (Напр., Термоскоп Галілея, 1597), сам термін "термометр" -в 1636. Дія термометрів засноване на змінах однозначно залежать від т-ри і легко піддаються визначенню різних фіз. св-в тел (геом. розміри, тиск в замкнутому просторі, електричні. опір, термо, магн. сприйнятливість і ін.). Соотв. розрізняють наступні наиб, поширені типи термометрів: розширення, манометричні, опору, термоелектричні, магнітні (див. також термометрія ).
Термометри розширення побудовані за принципом зміни обсягів рідин (Рідинні термометри) або лінійних розмірів твердих тіл (Деформаційні термометри).
Дія рідинних термометрів засноване на відмінностях коеф. теплового розширення робочого, або термометріч., в-ва ( ртуть , етанол , пентан , гас , Інші орг. рідини ) І матеріалу оболонки, в якій воно знаходиться (термометріч. Скло або кварц ). Незважаючи на велику різноманітність конструкцій, ці термометри відносяться до одного з двох осн. типів: паличні (рис. 1, а) і з вкладеною шкалою (рис. 1, б). Особливо поширені ртутні скляні термометри, що підрозділяються на зразкові (1-го розряду-тільки паличні, 2-го розряду-обидва типи), лабораторні (обидва типи), технічні (тільки з вкладеною шкалою). Серед приладів, заповнених орг. рідинами і використовуваних лише для вимірювання т-р нижче - 30 ° С, частіше за інших застосовують спиртові термометри. Всі рідинні термометри використовують зазвичай для локальних вимірів т-ри (від - 200 до 600 ° С) з точністю, яка визначається ціною ділення шкали. Для зразкових скляних термометрів з вузьким діапазоном шкали ціна ділення може досягати 0,01 ° С. Точність вимірювань залежить від глибини занурення термометра в досліджувану середу: прилад слід занурювати на глибину, при якій проводилася його градуювання. Переваги цих термометрів-простота конструкції і висока точність вимірювань. Недоліки: неможливість реєстрації та передачі свідчень на відстань; залежність показань від вимірювання обсягів рідини і резервуара, в к-ром вона знаходиться; теплова інерційність; неможливість ремонту.
Різновид рідинних при-борів-електроконтактні ртутні термометри, що застосовуються для регулиро-вання т-ри або сигналізації про порушення заданого температурного режиму в межах від - 30 до 300 ° С. Платинові контакти, впаяні в ниж. частина капіляра, з'єднані з мідними провідниками, к-які через реле включені в ланцюг електричні. нагрівача або сигналізації. У момент з'єднання контактів стовпчиком ртуті замикається ланцюг реле, вимикає нагрівач або включає сигналізацію.
Деформаційні термометри (дилатометрические і біметалічні) ОС-РІС. 1. Термометри розширення: а-паличної; б-з вкладеною шкалою.
манометричні термометри . Їх дія заснована на зміні тиску Ар робочого в-ва, укладеного в ємність посто-янного обсягу, при зміні його т-ри D t. за конструкцією манометрические термометри всіх типів практично однакові І складаються з термобаллона, манометріч. трубчастої пружини (одно- або многовитковой, у вигляді сильфона) і з'єднує їх капілярів (рис. 2). При нагр. термобаллона, поміщений-ного в зону вимірювання т-ри, тиск в-ва всередині замкнутої системи зростає. це збільшення тиску сприймається пружиною, к-раю через передавальний механізм впливає на стрілку приладу. Залежно від того, чим заповнені термобаллон, розрізняють газові, рідинні і конденсаційні термометри.
У газових термометрах (зазвичай постійного обсягу) зміна т-ри ідеального газу пропорційно зміні тиску , Під яким робоче в-во (N2, He, Аг) повністю заповнює термосістем приладу. В діапазоні вимірюваних т-р (від - 120 до 600 ° С) відмінності св-в ідеальних і реальних газів З огляду на ються під час градуювання термометрів.
Рис.2. Манометріч. термометр: 1 - термобаллон; 2-капіляр; 3-трубчаста пружина; 4-тримач; 5-поводок; 6-сектор (4-6-передавальний механізм).
В основу роботи рідинних термометрів, термобаллон яких брало повністю заповнені кремнийорган. рідинами , Покладена залежність: D p = (bp / bc) Dt, де bp і b з-коеф. об'ємного розширення і стисливості робочої рідини . Зміна її обсягу, як випливає з цього ур-ня, лінійна ф-ція т-ри, що визначає рівномірність шкал даних приладів. Межі вимірювань від - 50 до 300 ° С.
У конденсаційних (парорідинних) термометрах вимірюють тиск насичений. пара над пов-стю низкокипящей рідини ( ацетон , метилхлорид , Нек-риє хладони ), Що заповнює термосістем на 2/3 її обсягу. зміна цього тиску непропорційно зміні т-ри, тому такі прилади мають нерівномірні шкали. Межі вимірювань від -25 до 300 ° С.
манометричні термометри надійні в експлуатації (хоча і відрізняються запізненням показань) і використовуються як показують, самописні та контактні техн. прилади; при великій довжині капіляра (до 60 м) можуть служити дистанційними термометри. Похибка вимірювань b 1,5% від максимального значення шкали при нормальному тиску . У разі відхилень від них виникають додаткові похибки, к-які визначаються розрахунком або компенсуються.
Т ермометри опору. Вимірювання (з високою точністю) т-ри засноване на св-ве провідників ( метали і сплави ) і напівпровідників (Напр., оксиди деяких металів , Легов. монокристали Si або Ge) змінювати електричні. опір при зміні т-ри. З її підвищенням для провідників опір збільшується, для напівпровідників-зменшується. Кількісно така залежність виражається температурним коеф. елект. опору (ТКЕС, ° С-1) ·
Ці термометри складаються з чувствит. елемента (термоелемента) і захисної арматури. Наїб. поширені термометри з термоелементами з чистих металів , Особливо Pt (ТКЕС = 3,9 · 10-3) і Сu (4,26 · 10-3). Конструктивно чувствит. елемент являє собою металеві. дріт, намотаний на жорсткий каркас з електроізолюючого матеріалу (напр., слюда , кварц ) Або згорнуту в спіраль, к-раю герметично поміщена в заповнені керамич. порошком канали каркаса (рис. 3). Платинові термометри застосовують для вимірювання т-р в межах від - 260 до 1100 ° С, мідні-від - 200 до 200 ° С. Платиновий або мідний чувствит. елемент, вставлений в гільзу (з бронзи , латуні або нержавіючої сталі), на кінці к-рій є висновки (клеми) для приєднання до голівки термометра, наз. термометріч. вставкою. Остання може входити до складу приладу або використовуватися окремо як датчик т-ри.
Напівпровідникові термометри, або терморезистори (рис. 4), випускають у вигляді стрижнів, трубок, дисків , Шайб або бусинок (розміри від дек. Мкмдо дек. См). Вони володіють високим ТКЕС [(3-4) · 10-2 ° С-1] і соотв. великим початковим електричні. опором, що дозволяє знизити похибку вимірювань. Осн. недоліки, що обмежують широке впровадження даних приладів в термометрію , -Погана відтворюваність їх характеристик (виключається взаємозамінність) і порівняно невисока макс. робоча т-ра (від - 60 до 180 ° С). Терморезистор використовують для реєстрації змін т-ри в системах теплового контролю, пожежної сигналізації та ін.
Мал. 3. Платиновий термометр опору: а-загальний вигляд; б-чувствит. елемент; 1-металеві. чохол; 2 - термоелемент; 3-інсталяційний штуцер; 4-головка для приєднання до вторинного приладу; 5-слюдяною каркас; 6-обмотка з платинового дроту; 7-висновки.
Мал. 4. Терморезистор: а-стрижневий (1-емалюють. Циліндр; 2-контактні ковпачки ; 3-висновки; 4-скляний ізолятор; 5-металеві. фольга; 6-металеві. чохол); б-бусінковий (1-чувствит. елемент; 2-електроди; 3-висновки; 4-скляна оболонка).
Технічні термометри опору працюють в комплекті з вимірюють електричні. опір вторинними приладами (напр., автоматичним. урівноважені мости, лого-метри), шкали яких брало градуйовані безпосередньо в ° С.
Термоелектричні термометри складаються з термоелектріч. перетворювача і вторинного приладу. Термоелектріч. перетворювач (ТЕП, термопара-застаріле) -ланцюг з двох (рис. 5, а) або дек. з'єднаних між собою різнорідних електропровідних елементів (зазвичай металеві. провідників, рідше напівпровідників ). Дія ТЕП ґрунтується на ефекті Зеєбека: якщо контакти (як правило, спаи) провідників, або термоелектродів, знаходяться при різних т-рах, в ланцюзі виникає термоелектрорушійна сила (термо), значення к-рій однозначно визначається т-рами "гарячого", або робітника (t), і "холодного", або вільного (t0), контактів і природою матеріалів, з яких брало виготовлені термоелектроди.
Дротові термоелектроди ТЕП поміщають в сталевій або керамич. чохол, підключаючи своб. кінці до виводамс кришкою; ізолюють один від іншого по всій довжині від гарячого спаю керамич. ізоляторами (рис. 5,6). Робочий спай ізолюють від чохла керамич. наконечником . Гарячу частина ТЕП (з боку робочого спаю) занурюють в об'єкт вимірювання т-ри. Стандартні ТЕП мають разл. конструкт тивні виконання і можуть відрізнятися слід. ознаками: способами контакту з досліджуваної середовищем (заглибні і поверхневі) і захисту від хутро. пошкоджень і хім. впливу контрольованого середовища; інерційністю; числом зон контролю т-ри в об'єкті (одно- і багатозонні); числом робочих спаїв (одинарні, подвійні); довжиною занурюваної частини і т. д. Осн. характеристики наиб. поширених ТЕП приведені в таблиці. Все більше застосування знаходять перетворювачі, виготовлені з спец. кабелю , -Бронірованние оболонкові, або кабельні. Для вимірювань термо ТЕП працюють в комплекті з вторинними приладами (мілівольтметри, потенціометри та ін.). ТЕП широко використовують в пристроях для вимірювання т-ри в разл. автоматизир. системах управління і контролю.
Мал. 5. Термоелектріч. перетворювач: а-ланцюг з термоелектродів А і В; б-пристрій; 1-робочий спай; 2-ізолятор; 3-чохол; 4-висновки.
Менш поширені акустич., Магн. та деякі інші термометри. Існують термометри спец. призначення, напр. гіпсотермометри (для вимірювання атм. тиску по т-ре киплячій рідини ), Метеорологічні (для вимірювань гл. Обр. На метеостанціях), глибоководні (для вимірювань т-ри води в водоймах на разл. глибинах).
Літ .: Воскресенський П.І., Техніка лабораторних робіт, 10 вид., М., 1973; Кулаков М.В., Технологічні вимірювання і прилади для хімічних виробництв, М., 1983, с. 41-81; Шкатов EF, Технологічні вимірювання і КВП на підприємствах хімічної промисловості , М., 1986, с. 158-203; Промислові прилади і засоби автоматизації. Довідник, під ред. В. В. Черенкова, Л., 1987, с. 36-46. Див. Також літ. при ст. термометрія .
E. F. Шкатов.
Ще по темі: