Термометры расширения – основаны на свойстве тел изменять под действием температуры свой объем. На этом свойстве основано действие жидкостных стеклянных и дилатометрических термометров.
Жидкостный термометр – это резервуар, выполненный из стекла, наполненный ртутью или другой термометрической жидкостью. Это местный показывающий прибор с равномерной ценой деления. Принцип действия жидкостных стеклянных термометров основан на тепловом расширении жидкости в стеклянном резервуаре. При нагревании изменяется объем жидкости, соответственно изменяется уровень жидкости в капилляре, по которому производится отсчет температуры. В качестве термометрической жидкости используется ртуть, этиловый спирт, толуол и т.д. Наиболее распространена ртуть.
Преимущество ртути – она не смачивает стекло, легко можно получить химически чистую ртуть, ртутные термометры имеют широкий диапазон измерения, в котором ртуть остается жидкой (-39 - +357°С). Конечный предел может быть повышен до 650 благодаря искусственному повышению точки кипения ртути (пространство над ртутью заполняют инертным газом под давлением 2МПа). Выше происходит размягчение стекла. Стекло применяют специальное с небольшим температурным коэффициентом.
Нертутные термометры применяются в диапазоне только -190-(-100), но при этом коэффициент температурного расширения у них в 6 раз больше, чем у ртути.
Ртутные термометры дешевые, простые, точные, несложные в обращении. Рассмотрим ртутный термометр (рис.9)
Ртутные термометры изготавливаются двух видов:
· термометры с вложенной шкалой, у которых шкала нанесена на пластину, вставленную внутрь оболочки и жестко скреплена с капилляром.
· Термометры палочные – шкала нанесена непосредственно на внешнюю поверхность толстостенного капилляра в виде насечки на стекле. Они более точные.
Обычно прибор имеет запасный объем выше верхней отметки шкалы, чтобы предупредить повреждение при перегреве.
По способу применения термометры рассчитаны либо на полное погружение в измеряемую среду, либо на неполное. Если термометр полного погружения погружается не полностью, то учитывается поправка на выступающий столбик.
По назначению жидкостные термометры делят на:
1.лабораторные – используются для научных исследований, градуируются при полном погружении
2. технические – для промышленных измерений, градуируются при погружении хвостовой части, которая может быть прямой и угловой (рис.10).
3. эталоны – имеют небольшой диапазон измерения, но обязательно имеют 0, погружаются на всю высоту столба.
Чувствительность ртутных термометров зависит от размеров резервуара и капилляра. Чем больше резервуар и меньше внутреннее сечение капилляра, тем более чувствителен термометр и меньше цена деления его шкалы (так как заметнее изменение высоты столба ртути). Но большой резервуар увеличивает инерционность прибора, что сказывается при измерении переменной температуры. С увеличением цены деления и диапазона показаний растет основная погрешность.
Точность показаний жидкостного термометра зависит от способа его установки (рис.11). Для обеспечения точности необходимо обеспечить условия для передачи тепла от измеряемой среды к термометру и уменьшить передачу тепла от термометра к окружающей среде. Применяют два типа установки термометров:
· в защитных оправах (гильзах) (рис. 12)
· без них
При установке в гильзах для улучшения теплопередачи от гильзы к резервуару термометра гильзу заполняют машинным маслом (при температуре до 150 ) или медными опилками ( выше 150). Заполнить гильзу необходимо так, чтобы в среду был погружен только резервуар термометра, иначе инерционность прибора увеличивается, точность понижается (так как увеличивается отток тепла).
При установке в трубопроводе ось трубы должна проходить посередине резервуара. При такой установке термометр помещается в поток с мах скоростью, улучшается теплообмен. Наиболее правильной является установке вдоль оси трубы на колене с восходящим потоком. В горизонтальном трубопроводе диаметром до 200 мм – наклонно к оси под 45, навстречу потоку. При большом диаметре возможно устанавливать нормально к оси трубы. На прямом вертикальном участке с восходящим потоком наклонно навстречу потоку. На участках с нисходящим потоком не устанавливают.
Гильзы изготавливают из металлов, плохо проводящих тепло (например, нержавеющая сталь). Выступающие части защитной гильзы (над трубопроводом) покрывают теплоизоляцией. Технические ртутные термометры устанавливают в защитных оправах, которые защищают также и выступающую часть термометра.
Установка термометра без гильзы повышает точность измерений, но такая установка возможна только в области небольших давлений (ввиду непрочности термометра).