Термометры расширения. Методы измерения температур достаточно подробно изложены в работе [1,2]. В жидкостных стеклянных термометрах для определения температуры используется тепловое расширение специальной термометрической жидкости.
Термометрическая жидкость заключена в тонкостенный стеклянный резервуар, соединенный с капилляром, с которым связана температурная шкала.
Вследствие различия теплового расширения жидкости и стеклянного резервуара при изменении температуры изменяется длина столбика жидкости, находящейся в капилляре. Смачивающие или несмачивающие термометрические жидкости должны обладать достаточной объемной стабильностью в условиях работы термометра. В качестве несмачивающей металлической жидкости служит чаще всего чистая и осушенная ртуть. Она используется для измерения температур в диапазоне от -38,5º С до 630º С. Термометры из кварцевого стекла для измерения температур до 800º С наполнены ртутью.
Для измерения температур до -200º С применяют термометры, наполненные смачивающей органической жидкостью. Для удобства наблюдений и облегчения отсчетов в термометрическую жидкость добавляют голубое или красное красящее вещество. Красящее вещество ни в коем случае не должно выделяться из жидкости и сужать сечение капилляра из-за осаждения на стенках. Неправильно выбранное красящее вещество может вызвать погрешность до 2 К. жидкость должна иметь малую вязкость, чтобы время установления показания из-за медленного протекания жидкости при охлаждении термометра было возможно меньшим. В качестве смачивающих термометрических жидкостей пригодны: толуол (от -90º С до 100º С), спирт (от 110º С до 210º С), пентановая смесь (от -200º С до 30º С). Из-за худшей теплопроводности и большей вязкости этих жидкостей инерционность таких термометров больше, чем ртутных.
Во всех термометрах не допускается наличие в жидкости пузырьков газа или пара, которые могут разорвать столбик.
Следует также следить за тем, чтобы не происходило испарения и конденсации жидкости в свободном пространстве капилляра. У термометров со смачивающей жидкостью это может приводить к погрешности в несколько десятых градуса уже при сравнительно низких температурах. Поэтому свободное пространство капилляра часто заполняют осушенным и очищенным от кислорода инертным газом под давлением, повышая тем самым точку кипения жидкости (избыточное давление в 1 бар для температур до 350º С. 20 бар до 600º С, 70 бар до 750º С). Только у ртутных термометров для измерений ниже 200º С можно использовать вакуумированный капилляр.
Это облегчает устранение разрыва столбика, но и возникают они в этом случае значительно чаще. Поскольку большее сечение капилляра и быстрое изменение температуры вдоль столбика способствует возникновению разрывов в вакуумированных термометрах, обычно ртутные термометры для низких температур также наполняют защитным газом. 1.1.2. Термоэлектрические термометры (термопары). 1.1.2.1.