Расширительные термометры. По своим свойствам они изготавливаются и используются точными лекарствами

Термометры расширения

Термометры расширения – это приборы основаны на свойстве тел увеличивать свой объем при нагревании. Среди них различают: биметаллические, стержневые (дилатометрические), жидкостные (стеклянные).

9.4.1.1 Принцип действия биметаллического термометра показан на рис. 1.20. Биметаллическая пластина под действием температуры изгибается, что определяется различными коэффициентами теплового расширения двух металлов, из которых изготовлена пластина. Один конец пластины закреплен жестко, а второй соединен со стрелкой показывающего устройства.

9.4.1.2 Стержневые термометры используют линейное расширение стержня под действием температуры. Устройство такого термометра поясняет рис. 9.21.

Стержень погружен в тело контролируемого объекта и одним концом жестко закреплен в нем. При изменении температуры свободный конец стержня перемещается и через систему рычагов воздействует на стрелку показывающего устройства.

Дилатометрические термометры чаще применяют в качестве сигнализаторов или регуляторов. Для этого вместо стрелки в них встраивают реостатные датчики или контакты.

Дилатометрические термометры удобно применять для измерения температуры в шкафах и прилавках, где не требуется высокая точность измерения и применение жидкостных термометров нежелательно.

Дилатометрические термометры для измерений используются сравнительно редко. Обычно они изготовляются в виде температурных реле и применяются для электрической сигнализации предельных значений температуры, а также в схемах автоматического регулирования температуры. Дилатометрические термометры выпускают на пределы измерения до 500 0С.

К преимуществам дилатометрических термометров относятся высокая надежность и большие усилия, развиваемые чувствительным элементом. Последнее позволяет встраивать в дилатометры контактные устройства и использовать их в качестве термосигнализаторов и термодатчиков в системах автоматического регулирования и контроля температуры.

Дилатометрический термометр, например типа ТУДЭ, состоит из инварного стержня, латунной трубки и показывающей стрелки. Один конец инварного стержня жестко соединен с дном латунной трубки, а другой свободно перемещается. В зависимости от изменения температуры окружающей среды латунная трубка удлиняется или укорачивается. При этом свободный конец инварного стержня отклоняет стрелку прибора. Шкала прибора градуируется в 0С.

9.4.1.3 Жидкостные термометры – приборы для измерения температуры, основанные на тепловом расширении жидкости. Применяется в диапазоне температур от –200 до 750 0С. Жидкостные термометры представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в 0С наносится либо на толстостенный капилляр (т.н. палочный жидкостный термометр), либо на пластинку, жёстко соединённую с ним (жидкостный термометр с наружной шкалой). Жидкостный термометр с вложенной шкалой (например, медицинский) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Шкалы имеют цену деления от 10 до 0,01 0С. Термометрическая жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений жидкостный термометр заполняют пентаном (для измерения температуры от –200 до 35 0С), этиловым спиртом (от –80 до 70 0С), керосином (от –20 до 300 0С), ртутью (от –35 до 750 0С) и др. Наиболее распространены ртутные жидкостные термометры, т.к. ртуть остаётся жидкой в диапазоне температур от –38 до 356 0С при нормальном давлении и до 750 0С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Галлиевый жидкостный термометр позволяет измерять температуру в диапазоне от 30 до 1200 0С. Жидкостные термометры изготавливают из определенных сортов стекла и подвергают специальной термической обработке (старению), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, связанное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (поправку на смещение нуля шкалы необходимо вводить при точных измерениях). Точность жидкостного термометра определяется ценой делений его шкалы. Для обеспечения требуемой точности и удобства применения пользуются жидкостные термометры с укороченной шкалой; наиболее точные из них имеют на шкале точку 0 0С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погружения жидкостного термометра в измеряемую среду. Погружать жидкостный термометр следует до отсчитываемого деления шкалы или до специально нанесённой на шкале черты (хвостовые жидкостные термометры). Если это невозможно, следует вводить температурную поправку на выступающий столбик.

Ртутные контактные термометры имеют дополнительные функциональные возможности и служат для измерения температуры и одновременно для преобразования отклонения температуры от заданного значения в электрическую величину.

Ртутные контактные термометры могут иметь постоянно впаянные или передвижные контакты. Термометр с магнитной перестановкой контактов ТКМП имеет две шкалы: верхняя – для настройки прибора на заданную температуру, нижняя – для измерения температуры.

Применяемые ртутные контактные термометры имеют ряд недостатков, главными из которых являются невысокая точность измерений при нестабильности показаний и термическая инерционность.

Ртутный контактный термометр ТПК является двухпозиционным датчиком температуры. Его применяют как регулятор температуры и как сигнализатор в схемах защиты отдельных узлов холодильных установок.

Ртутные контактные термометры ГЯ-104 с постоянными впаянными контактами имеют от одного до трех рабочих контактов и один нулевой. Рабочие контакты впаяны на высоте, при которой обеспечиваются заданные температуры размыкания и замыкания. Провода от контактов выведены к головке контактного термометра.

В стеклянных ртутных контактных термометрах, которые часто применяются в автоматизированных схемах, в капиллярную трубку впаяны два вольфрамовых проводника, а ртуть, перемещаясь в трубке, соединяет их, замыкает электрическую цепь и дает импульс.

При эксплуатации ртутных контактных термометров особое внимание обращают на состояние ртутного столбика. Так как замыкание электрической цепи в термометре происходит через ртуть, то для сохранения длительной работоспособности контактные термометры включают в схему исполнительных механизмов обязательно через промежуточное реле.

Термометры расширения (жидкостные, манометрические)

Понятие о температуре. Методы измерения температуры.

Температура – это степень нагретости тел

Измеряется °К, °С, °F

Термометры расширения Т—V

Манометрические термометры Т—-V (жидкостные, газовые, парожидкостные)

Датчики : термосопротивления Т—R, термопара Т—E

Пирометры Т— интенсивность излучения.

Температурой называется физическая величина, характеризую­щая степень нагретости тела. Это понятие связано со способностью тела с более высокой температурой передавать свою теплоту телу с более низкой температурой до тех пор, пока их температуры не сравняются. Одновременно с изменением температуры тел меняют­ся и их физические свойства.

Приборы для измерения температуры классифицируют в зави­симости от того, какой метод измерения положен в основу их кон­струкции: контактный (метод непосредственного соприкосновения измерительного прибора с измеряемой средой) и неконтактный (метод, основанный на расположении измерительного прибора на расстоянии от измеряемой среды).

К приборам, основанным на контактном методе измерений, от­носятся жидкостные стеклянные термометры, термометры расши­рения твердых тел, манометрические термометры, термоэлектриче­ские термометры (термопары), термопреобразователи (термомет­ры) сопротивления. Термометры расширения твердых тел применя­ют реже других приборов.

К приборам, основанным на неконтактном методе измерений, относятся пирометры излучения.

Термометры расширения (жидкостные, манометрические)

Жидкостные стеклянные термометры (рис. 5) состоят из двух основных частей: резервуара 1 с тер­мометрической жидкостью и соеди­ненной с ним капиллярной трубки 2 (капилляра). Сзади капилляра рас­положена пластинка 3 из молочного стекла, на которой нанесены деле­ния шкалы.

Термометрическая жидкость за­полняет резервуар и часть капилля­ра, представляющего собой тонкую стеклянную трубку.

При измерении температуры объем жидкости изме­няется, вследствие чего столбик жидкости в капилляре поднимается или опускается пропорционально изменению температуры. Положе­ние верхней части (мениска) стол­бика жидкости определяет измеря­емую температуру.

Для технических стеклянных тер­мометров (ГОСТ 9177— 74) в качестве термометрической жидкости используют толуол (для изме­рения темпера­тур от —90 до 30°С), ртуть (от —30 до 500°С), полиэтилсилоксан, керосин или другие органические жидкости (от —60до200°С).

В промышленных условиях стеклянные термометры с ртутным заполнением устанавливают в оправах для предохранения их от механических повреждений. Промышленность выпускает оправы нескольких видов: допускающие непосред­ственное соприкосновение резервуара термометра с измеряемой средой (их применяют при давлениях измеряемой среды, близких к атмосферному) и изо­лиру­ющие резервуар термометра от непосредственного соприкосновения с из­меряемой средой.

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

Недостатки – малая механическая прочность (хрупкие); плохая видимость шкалы и трудность отсчета, невозможность автоматической записи показаний и передачи их на расстояние; невозможность ремонта; большая инерционность; плохая видимость ртути в капилляре.

В зависимости от назначения и области применения стеклянные жидкостные термометры подразде­ляют на лабораторные и технические.

Манометрические термометры (рис. 7, а) под­разделяют на жидкостные, парожидкостные и газовые. Чувствитель­ным элементом у них служит пру­жина, упругая деформация которой зависит от измерения объема (в жидкостных термометрах) или давления (в парожидкостных и газовых термометрах) рабочего вещества в замкнутой системе под действием температуры.

В жидкостном термометре термобаллон 7 цилиндрической фор­мы, металлическая капиллярная трубка 2 и трубчатая манометри­ческая пружина 3 образуют замкнутую систему. В измеряемую сре­ду помещают термобаллон, полностью заполненный термометриче­ской жидкостью. При повышении температуры измеряемой среды в термобаллоне образуется избыточный объем жидкости, который поступает в манометрическую пружину. Увеличение объема в замк­нутой системе приводит к росту давления, отчего манометрическая пружина стремится выпрямиться, ее свободный конец перемещается и через систему рычагов и зубчатых колес перемещает стрелку 4 по шкале 5. По положению стрелки судят о измеряемой температуре.

В парожидкостных термометрах термобаллон частично заполнен термометрической жидкостью с низкой температурой кипения (аце­тон, метил-хлорид). Остальная часть системы заполнена насыщен­ными парами этой жидкости. Давление насыщенного пара изменя­ется в зависимости от температуры и передается на трубчатую пружину по капилляру посредством сконденсировавшейся жидкос­ти. Давление насыщенных паров изменяется не пропорционально температуре, поэтому у парожидкостных термометров шкала нерав­номерная.

В газовых термометрах вся система заполнена инертным газом (азотом, гелием). Изменение температуры вызывает в таком термометре изменение давления инертного га­за при постоянном его объеме в замкну­той системе (термобаллон—капилляр— трубчатая пружина). Чем выше темпе­ратура, тем большим будет давление га­за в системе, вследствие чего трубчатая пружина, стремясь выпрямиться, будет поворачивать через систему рычагов стрелку по шкале.

Давление жидкости и инертных газов возрастает пропорционально увеличению температуры, поэтому шкалы жидкост­ных и газовых термометров равномерные.

Достоинством манометрических термометров являются: возможность дистанционного измерения температуры без использования допол­нительной энергии, сравнительная простота конструкции, возможность автоматической записи показаний, взрывобезопасность, нечувствитель­ность к внешним магнитным полям.

К недостаткам относятся: относительно невысокая точность изме­рения, трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы, низкая механическая прочность капилляра, небольшое расстояние дистанционной передачи показаний, значительная инерционность.

Действие – термометр – расширение

2-2. ТЕРМОМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ

Физическое свойство тел изменять свой объем в зависи­мости от нагрева широко используется для измерения температуры. На этом принципе основано устройство жидкостных стеклянных и дилатометрических термомет­ров, которые появились очень давно и послужили для создания первых температурных шкал.

а) Основные свойства жидкостных термометров

В жидкостных термометрах, построенных на принципе теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре, в качестве рабочих веществ используются ртуть и органи­ческие жидкости – этиловый спирт, толуол и др. Наибо­лее широкое применение получили ртутные термометры, имеющие по сравнению с термометрами, заполненными органическими жидкостями, существенные преимущества: большой диапазон измерения температуры, при котором ртуть остается жидкой, несмачиваемость стекла ртутью, возможность заполнения термометра химически чистой ртутью из-за легкости ее получения и пр. При нормальном атмосферном давлении ртуть находится в жидком состоя­нии при температурах от -39 °С (точка замерзания) до 357 °С (точка кипения) и имеет средний температурный коэффициент объемного расширения 0.18·10-3K-1 .

Термометры с органическими жидкостями1 (1 ГОСТ 9177-59. Термометры стеклянные жидкостные (нертутные).) в боль­шинстве своем пригодны лишь для измерения низких тем­ператур в пределах -190 -100 °С. Основным достоин­ством их является высокий коэффициент объемного расши­рения жидкости, равный в среднем 1.13·10-3K-1 , т.е. почти в 6 раз больший, чем у ртути.

Жидкостные термометры, изготовляемые из стекла, являются местными показывающими приборами. Они состоят из резервуара с жидкостью, капиллярной трубки, присоединенной к резервуару и закрытой с противополож­ного конца, шкалы и защитной оболочки. Приращение в капилляре термометра столбика жидкости ∆h (мм) при нагреве резервуара от температуры t1 до t2 определяется по формуле:

где V1 – объем жидкости в резервуаре при температуре t1 мм3;

αж и αс – средние температурные коэффициенты объ­емного расширения жидкости и стекла, K-1 ;

d – внутренний диаметр капилляра, мм.

Разность средних температурных коэффициентов αж и αс в уравнении (2-3) называется средним температурным коэффициентом видимого расширения αв жидкости в стекле, т. е.

б) Устройство ртутных термометров

Ртутные термометры благодаря своей про­стоте, сравнительно высокой точности измерения, неслож­ности обращения и дешевизне имеют весьма большое распространение и применяются для измерения температур в пределах от -35 °С до +650 °С 1. (1 ГОСТ 2045-71. Термометры ртутные стеклянные .)

Конечный предел измерения, ограничиваемый темпе­ратурой размягчения стеклянной оболочки термометра, достигается при помощи 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 при давлении свыше 2 МПа. Термометры с верхним пределом шкалы до 100 °С иногда газом не запол­няются, и капилляр их находится под вакуумметрическим давлением.

Для изготовления термометров применяется специаль­ное термометрическое стекло, обладающее небольшим тем­пературным коэффициентом, примерно равным 0,02 · 10-3K-1 , что дает коэффициент видимого расширения ртути в стекле около 0.18·10-3K-1 .

Согласно выражению (2-3) чувствительность ртутных термометров зависит от размеров резервуара и капилляра. Чем больше резервуар и меньше внутреннее сечение капил­ляра, тем заметнее изменение высоты ртутного столбика, т. е. тем более чувствителен термометр и меньше цена деления его шкалы. Однако большой размер резервуара увеличивает инерционность прибора, что снижает качество последнего при измерении переменной температуры.

Основная погрешность ртутных термометров зависит от диапазона показаний и цены деления шкалы, с увеличе­нием которых она возрастает.

Вследствие небольшого отклонения видимого коэффи­циента расширения ртути в стекле при изменении темпе­ратуры ртутные термометры имеют почти равномерную шкалу.

Ртутные термометры изготовляются двух видов: с вло­женной шкалой и палочные (рис. 2-1)

Термометр с вложенной шкалой имеет заполненный ртутью резервуар 1, капиллярную трубку 2, циферблат 3 из молочного стекла со шкалой и наружную цилиндрическую оболочку 4, в которой укреплены капил­ляр и циферблат. Наружная оболочка с одного конца плотно закрыта, а с другого – припаяна к резервуару.

Палочный термометр состоит из резерву­ара 1, соединенного с толстостенным капилляром 2 наружным диаметром 6-8 мм. Шкала термометра нанесена непосредственно на поверхности капилляра в виде насечки по стеклу. Палочные термометры являются более точными по сравнению с термометрами с вложенной шкалой.

В обоих видах термометров капилляр за верхней отмет­кой шкалы имеет запасный объем, предохраняющий при­бор от повреждения при перегреве.

По назначению ртутные термометры разделяются на промышленные (технические), лабораторные и образ­цовые.

Технические ртутные термометры изготовляются с вложенной шкалой и по форме нижней (хвостовой) части с резервуаром бывают прямые типа А (рис. 2-2, а) и угловые типа Б, изогнутые под углом 90° в сторону, противоположную шкале1. (1 ГОСТ 2823-73. Термометры стеклянные технические. ).

При измерении температуры нижняя часть технических термометров полностью опускается в измеряемую среду, т. е. глубина погружения их является постоянной.

Нижняя часть термометров, в зависимости от условий измерения, имеет длину 60 -1600 мм (высокоградусных – 120 – 400 мм) – для типа А и 110 – 1050 мм (высокогра­дусных – 130 -370 мм) – для типа Б. Диаметр этой части термометров равен 8 – 9 мм. Оболочка термометров, в кото­рой заключен циферблат, выполняется длиной 110, 160 или 220 и диаметром 18 мм. Большой диаметр капилляра у этих приборов делает столбик ртути более заметным, что облегчает отсчет показаний. Основная погрешность термо­метров не превышает цены деления шкалы.

В зависимости от цены деления шкалы и габаритов они делятся на пять типов, причем каждый термометр опре­деленного типа имеет порядковый номер. Длина термомет­ров 160 – 530 и наружный диаметр 5 – 11 мм. Большинство их выпускается с безнулевой шкалой (рис. 2-2, б), начи­нающейся не с отметки 0 °С, которая наносится внизу на небольшой дополнительной шкале, предназначенной толь­ко для поверки прибора, а с более высокой температуры. В промежутке между нулевым делением и началом шкалы капилляр имеет расширение, в которое при измерении входит объем ртути, отвечающий изменению температуры от нуля до начального значения шкалы.

Образцовые ртутные термометры де­лятся на два разряда. Термометры 1-го разряда бывают только палочными, а 2-го – палочными и с вложенной шкалой. Образцовые термометры выполняются с нормаль­ной или безнулевой шкалой. Посредством термометров 1-го разряда производится поверка термометров 2-го разряда, которые применяются для поверки и градуировки технических и лабораторных термометров.

Недостатками ртутных термометров являются их хрупкость, невозможность дистанционной передачи и авто­матической записи показаний, большая инерционность и трудность отсчета из-за нечеткости шкалы и плохой види­мости ртути в капилляре. Все это в значительной мере ограничивает их применение, оставляя за ними главным образом область местного контроля и лабораторные изме­рения.

в) Установка ртутных термометров

Точность показаний ртутного термометра, как и любого прибора, измеряющего температуру, зависит от способа его установки, т. е. от правильного решения вопросов, связанных с теплообменом между измеряемым веществом, термометром и внешней средой. Эта задача сводится к двум основным требованиям: во-первых, к обеспечению наибо­лее благоприятных условий передачи тепла от измеряемой среды чувствительной части (резервуару) термометра и, во-вторых, к уменьшению по возможности отдачи тепла прибором окружающему воздуху.

Рассмотренные ниже способы установки ртутных термо­метров являются в основном общими для различных типов термометров.

Применяются два способа установки ртутных термо­метров: в защитных оправах (или гильзах) и без них, т. е. путем непосредственного погружения термометров в изме­ряемую среду.

Весьма распространенной является установка термо­метра в защитной гильзе (рис. 2-3),

предохраняющей его от поломки и обеспечивающей необходимую плотность соеди­нения в месте расположения прибора. Длина защитной гильзы выбирается в зависимости от требуемой глубины погружения термометра.

Для улучшения теплопередачи от гильзы к резервуару термометра образующийся в гильзе кольцевой зазор между резервуаром и ее стенкой заполняется при измере­нии температуры до 150 °С машинным маслом, а при более высокой температуре – медными опилками. Заполнение гильзы маслом или опилками производится так, чтобы в эту среду был погружен только резервуар термометра. Чрезмерное заполнение гильзы понижает точность изме­рения из-за возрастания оттока тепла и увеличивает инер­ционность прибора.

При измерении температуры в трубопроводе термометр устанавливается в положение, при котором ось трубы проходит посередине резервуара. Погружение конца тер­мометра до центра трубы, т. е. в зону наибольшей скорости потока, улучшает теплообмен между движущейся средой и прибором и уменьшает влияние на результаты измерения тепловых потерь защитной гильзы.

Наиболее правильной является установка термометра вдоль оси трубопровода на колене с восходящим потоком, так как при этом условия обтекания конца гильзы весьма благоприятны. На горизонтальном трубопроводе диамет­ром до 200 мм термометр устанавливается наклонно к оси трубы навстречу потоку. При диаметре трубопровода более 200 мм термометр может быть расположен нормально к оси трубы. На прямом вертикальном участке трубопровода с восходящим потоком термометр всегда устанавливается наклонно навстречу потоку. Устанавливать термометры на вертикальных трубопроводах с нисходящим потоком не рекомендуется.

На величину отвода тепла гильзой влияют средняя раз­ность температур между измеряемой средой и окружающим воздухом, а также конструкция и материал гильзы. Защит­ные гильзы изготовляются из металлов, плохо проводящих тепло (например, из нержавеющей стали), а размеры головки (выступающей наружу части), толщина стенки и внутренний диаметр гильзы выбираются по возможности небольшими. Выступающие части защитных гильз покрываются те­плоизоляцией.

Защитная оправа 1 состоит из гильзы и чехла, который имеет продольный вырез для отсчета по­казаний термометра 2. При точ­ных определениях температуры чехлы не применяются, так как значительно увеличивают погреш­ность измерения из-за оттока по ним тепла.

Установка ртутного термомет­ра без гильзы практически исклю­чает отвод тепла от резервуара. Однако из-за влияния, оказываемого на показания термометра давлением из­меряемой среды (сжатие резервуара с выдавливанием ртути в капилляр), а также вследствие недостаточной прочности термометра и трудности уплотнения места его установки использование этого способа ограничивается областью небольших давлений. Установка ртутных термо­метров без гильзы применяется главным образом при кратковременных точных измерениях температуры среды

г) Поверка ртутных термометров

Периодическая поверка технических и лабораторных ртутных термометров производится путем сравнения их показаний с показаниями образцовых термометров 2-го разряда, а также по реперным точкам плавления льда и кипения воды 1. (1 Инструкция 159-60 Госстандарта СССР по проверке стеклянных жидкостных термометров.) Термометры поверяются в трех – пяти отметках шкалы, расположенных через равные интервалы.

При поверке термометров методом сравнения применяются термостаты 2 (2 Термостатом называется устройство, служащее для поддержания постоянной температуры находящейся в нем среды.) с электрообогревом, заполняемые дистиллированной водой (с интервалом поверки до 99 °С), минеральным маслом (до 200 °С) или селитрой (до 550 °С). Поверка положения отметок 0 и 100 °С термометра про­изводится соответственно в термостатах плавления льда и кипения воды.

Для поверки термометров служат термостаты типов ТС-15 м (водяной) и ТС-24 (водяной и масляный). Устрой­ство термостата типа ТС-24 показано на рис. 2-5.

Латунный цилиндрический сосуд 1 вместимостью 24 л помещен в металлический кожух 2, покрытый изнутри теплоизо­ляцией 3. Сосуд накрыт крышкой 4, на которой установлен электродвигатель 5, соединенный муфтой 6 с осью, приво­дящей в движение насос 7 и мешалку 8. Последняя расположена в патрубке 9, имеющем вверху окна для прохода жидкости. Насос термостата используется лишь в случае, когда требуется поддерживать постоянной температуру в каком-либо внешнем аппарате. Тогда жидкость из термо­стата подается в аппарат через штуцер 10 и возвращается через штуцер 11. При отсутствии аппарата штуцера зако­рачиваются трубкой.

Нагрев жидкости в термостате производится электро­нагревателями 12 и 13 мощностью соответственно 700 и 1300 Вт. Нагреватели помещены в защитные чехлы, закрепленные на крышке 4. По достижении заданной тем­пературы нагреватель 12 переключают на второй предел мощности, равный 175 Вт, предназначенный для автомати­ческого поддержания в термостате постоянной темпера­туры посредством ртутного контактного термометра 14 с магнитной муфтой. После этого с помощью регулируемого автотрансформатора изменяют мощность нагревателя 13 так, чтобы температура в термостате не превышала задан­ной.

Для погружения в термостат образцового и поверяемых термометров в его крышке имеется ряд отверстий. Распо­ложенный в термостате трубчатый холодильник 15 с вход­ным 16 и выходным 17 штуцерами включают в работу лишь при поддержании в термостате температуры, близкой к температуре окружающего воздуха (30 – 50 °С). Расход через холодильник охлаждающей воды от внешнего источ­ника поддерживается постоянным.

Сосуд термостата заполняется жидкостью так, чтобы ее уровень находился на минимальном расстояний от крышки. Для опорожнения сосуда служит трубка 18 с пробкой. Кожух термостата заземляют при помощи эажима 19. Для переноски термостат снабжен ручками 20 и 21.

Блок управления термостата (выключатели, переклю­чатель, реле для контактного термометра и пр.) смонтиро­ван в коробке, закрепленной сбоку кожуха (на рис. 2-5 не показан).

Термостат питается от сети переменного тока напряже­нием 220 В. При заполнении сосуда водой поддержание заданной температуры производится в пределах 30 – 99 °С, а при заполнении маслом – в пределах 100 – 200 °С. Точность поддержания температуры ±0,05 °С. Время ра­зогрева термостата до максимальной температуры при за­полнении водой 90, маслом – 120 мин. Габариты устрой­ства 440·410·870 мм.

Технические термометры градуируются и поверяются в термостате при погружении в жидкость только хвостовой части, т. е. при постоянной глубине погружения, соответ­ствующей их положению при измерении. Лабораторные и образцовые термометры градуируются и поверяются при переменной глубине погружения с таким расчетом, чтобы при каждом очередном отсчете температуры ртутный стол­бик в капилляре не выступал более чем на 5 мм над крыш­кой термостата.

Для уменьшения погрешности, обусловленной инер­ционностью термометров, поверка их в термостате произ­водится при медленном повышении температуры до задан­ного значения. Показания образцового и поверяемых тер­мометров отсчитываются в порядке их установки, причем перед каждым измерением слегка постукивают по прибору. Отсчеты повторяют при одинаковой температуре не менее пяти раз, после чего находят среднее показание каждого прибора.

До и после поверки термометра в термостате опреде­ляется положение нулевой точки прибора, которое может изменяться из-за расширения капилляра и резервуара вследствие термического последействия стекла, появляю­щегося в результате нагрева и последующего охлаждения термометра. Указанное явление, вызываемое нарушением равновесной структуры стекла при нагревании, исчезает с течением времени. Термическое последействие стекла тем больше, чем выше температура нагрева термометра и чем длительнее он находился при этой температуре.

Поверка положения нулевой точки производится в термостате плавления льда (рис. 2-6 а),

представляющем собой два стеклянных сосуда, из которых внутренний сосуд 1 заполняется смесью из кусочков чистого льда и дистиллированной воды, а внешний сосуд 2 с замкнутым воздушным пространством служит в качестве теплоизоля­ции. В тающий лед погружается поверяемый термометр 3.

В нижней части термостата имеется дренажная трубка 4 с зажимом 5, предназначенная для выпуска воды, так как ири поверке смесь льда и воды должна иметь вид густой массы. Термостат устанавливается на подставке 6. Поло­жение нулевой точки до и после нагрева термометра отме­чается в протоколе поверки и свидетельстве прибора. Допускаемое смещение нулевой точки (депрессия нуля) не должно превышать 0,1 °С на каждые 100 °С шкалы поверяемого термометра, в противном случае термометр считается непригодным.

Для поверки у термометров точки 100 °С применяется термостат кипения воды (рис. 2-6, б). Термостат имеет сосуд 1, заполняемый на 2/3 высоты дистиллированной водой, уровень которой контролируется по указательному стеклу 2. Нагрев воды в сосуде до кипения нроизводится электронагревателем 3. Получаемый в сосуде 1 насыщен­ный пар поступает через отверстия в патрубок 4, откуда по кольцевому пространству между патрубком и корпу­сом 5, покрытым снаружи теплоизоляцией 6, направляется в водяной холодильник 7. Образующийся в холодильнике конденсат стекает обратно в сосуд по трубке 8. Вверху корпус снабжен крышкой 9 с отверстиями в центре и по краям для установки образцового 10 и поверяемых 11 ртутных термометров. Давление пара внутри патрубка находится по показаниям водяного манометра 12.

При поверке глубина погружения лабораторных и тех­нических термометров должна быть такой же, как и в термостате на рис. 2-5. Отсчеты показаний образцового и поверяемых термометров производятся через каждую минуту не менее пяти раз. Действительные показания определяются как средние из этих отсчетов. Для точного определения температуры tн (°С) насыщенного пара в тер­мостате пользуются формулой

где pн – абсолютное давление насыщенного водяного пара в термостате, определяемое как сумма показаний водяного манометра и ртутного барометра, МПа.

д) Поправки к показаниям ртутных термометров

При точных измерениях температур с помощью ртутных термометров к их показаниям вводятся следующие по­правки:

• основная Δt ;
• на температуру выступающего столбика ртути Δtв;
• на смещение положения нулевой точки Δtc.

Следовательно, в общем случае определение действи­тельной температуры среды t по показаниям tT ртутного термометра производится согласно равенству:

Основная поправка принимается из сви­детельства термометра.

Поправка на температуру высту­пающего столбика ртути вводится к пока­заниям только лабораторных и образцовых термометров в тех случаях, когда при измерении часть ртутного стол­бика намного выступает из защитной гильзы, а измеряемая температура значительно превышает температуру окру­жающего воздуха. Как отмечалось, указанные термометры градуируются и поверяются при условии, что ртутный столбик почти не выходит за пределы уровня жидкости в термостате, т. е. имеет ту же температуру, что и ртуть в резервуаре. При измерениях столбик, как правило, выступает наружу и имеет температуру, отличающуюся от температуры измеряемой среды. Это отступление от условий градуировки и поверки термометра требует^ вве­дения к его показаниям поправки, определяемой по формуле:

где n – число градусов в выступающей части ртутного столбика;

tв – средняя температура выступающего столбика рту­ти, °С.

Температурный коэффициент видимого расширения ртути в стекле зависит от сорта термометрического стекла и может быть в среднем принят равным 0.16·10-3K-1 .

Поправка на смещение положения нулевой точки термометра периодически опреде­ляется в процессе эксплуатации с помощью термостата плавления льда.

В случае отклонения положения нуля от указанного в свидетельстве (после нагрева в термостате) эта поправка вычисляется по формуле:

где t0 и t’0 – температуры, соответствующие положению нулевой точки термометра но свидетельству (после нагрева в термостате) и после очередной поверки нуля в эксплуата­ции, °С.

е) Дилатометрические термометры

К дилатометрическим термометрам относятся стержне­вой и пластинчатый (биметаллический) термометры, дей­ствие которых основано на относительном удлинений под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих раз­личные температурные коэффициенты линейного расшире­ния.

Зависимость длины l твердого тела от его температуры t выражается равенством

где l0 – длина тела при температуре 0 °С;

Значения средних коэффициентов линейного расширения некоторых материалов в интервале температур 0 – 200 °С приведены в табл 2-5.

Стержневой термометр ( рис.2-7,а)

имеет закрытую с одного конца трубку 1, помещаемую в измеряемую среду и изготовленную из материала с большим коэффициентом линейного расширения. В трубку вставлен стержень 2, прижимаемый к ее пну рычагом 3, скрепленным с пружиной 4. Стержень изготовлен из материала с малым коэффициентом расширения. При изменении температуры трубка изменяет свою длину, что приводит к перемеще­нию в ней стержня, сохраняющего почти постоянные размеры и свя­занного посредством рычага 3 с указательной стрелкой прибора.

Пластинчатый термометр (рис. 2-7, б) состоит из двух изогнутых и спаянных между собой по краям металлических полосок, из которых полоска 1 имеет большой коэффициент линей­ного расширения, а полоска 2 – малый. Полученная пластинка меняет в зависимости от температуры степень своего изгиба, величина которого при помощи тяги 3, рычага 4 и соединенной с ним стрелки указывается по шкале прибора. При увеличении температуры пластинка изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом’ линейного расширения.

Дилатометрические термометры не получили распро­странения как самостоятельные приборы, а используются главным образом в качестве чувствительных элементов в сигнализаторах температуры. Кроме того, пластинчатые термометры иногда применяются для компенсации влияния переменной температуры окружающего воздуха на пока­зания других приборов, в которые они встраиваются.