Прилади для вимірювання температури

Загальні відомості. Для вимірювання температури в лабораторіях будівельних матеріалів застосовують головним чином рідинні термометри, рідше манометрические, термоелектричні і термометри опору.

В СІ прийнята температурна шкала Кельвіна, в якій температура відраховується від абсолютного нуля температур. Точка плавлення льоду за шкалою Кельвіна дорівнює 273,15 К, точка кипіння води - 373,15 К. Так само як в шкалою Цельсія, ці температури відрізняються на 100 °, тому фактично одиниця шкали Цельсія дорівнює одиниці шкали Кельвіна. Перераховують температури з однієї шкали в іншу за формулою t ° C = T К-273,15. При випробуванні будівельних матеріалів застосовують зазвичай шкалу Цельсія.

Рідинні термометри. Термометри, дія яких заснована на тепловому розширенні рідини (ртуті, спирту, пен-тана і ін.), Служать для вимірювання температур в інтервалі від -200 до +750 ° С.

Рідинні термометри є скляний резервуар з припаяним до нього скляним капіляром. Рідина повністю заповнює резервуар і частина капіляра. При зміні температури об'єм рідини змінюється, внаслідок чого її рівень в капілярі піднімається або опускається на величину, пропорційну зміні температури. Завдяки малому діаметру капіляра навіть невелика зміна обсягу рідини помітно змінює її рівень в капілярі.

Як термометрического речовини, що заповнює термометр, для вимірювання температур вище 30 ° С найчастіше застосовують ртуть, яка знаходиться в рідкому стані в великому інтервалі температур (від -39 до +357 ° С). Для вимірювання температур нижче -30 ° С зазвичай використовують підфарбований спирт.

За конструкцією рідинні термометри бувають трьох типів: паличні, з вкладеною шкалою і з прикладної зовнішньої шкалою.

Паличні термометри (рис. 2.8, а) - це масивні капілярні трубки, на зовнішній поверхні яких нанесена шкала.

Мал. 2.8. Рідинні термометри:
а - паличної; б - з вкладеною шкалою; в - з прикладної шкалою

Мал. 2.9. Технічні скляні ртутні термометри:
а - прямі; б - кутові

У термометрів з вкладеною шкалою (рис. 2.8, б) всередині скляної оболонки укладена капілярна трубка, а за нею - шкальна пластина з непрозорого скла білого кольору. Шкальна пластина в нижній частині спирається на звуження оболонки, а у верхній - припаяна до внутрішній стороні оболонки. Пластина може бути закріплена і в інший спосіб. Капілярна трубка кріпиться до шкальної пластині тонким дротом з нержавіючого металу.

Термометри з прикладної зовнішньої шкалою (рис. 2.8, в) являють собою масивну пластину з пластмаси, дерева або металу, з нанесеною на неї шкалою, до якої прикріплений капіляр з резервуаром. Щоб уберегти рідинні термометри від руйнування при випадковому перегрів, у верхньому кінці капіляра передбачено розширення (запасний резервуар) або виступає за межі градуйованою шкали частина капіляра, яка припускає перегрів не менше ніж на 20 СС.

Позначки шкали нанесені у вигляді штрихів, перпендикулярних осі капіляра. Ціна поділки шкали термометра від 10 до 0,01 ° С. Для зручності користування та забезпечення високої точності вимірювання термометри виготовляють з укороченою шкалою. Найбільш точні термометри мають на шкалі точку О ° С незалежно від нанесеного на неї температурного інтервалу.

Загальний недолік рідинних термометрів - значна теплова інерція і не завжди зручні для роботи габарити.

За призначенням рідинні термометри бувають різних видів. У будівельних лабораторіях найчастіше застосовують скляні лабораторні та технічні ртутні термометри і рідинні (нертутние) термометри.

Скляні ртутні лабораторні термометри, застосовувані для вимірювання температур в інтервалі від -30 до +500 ° С, бувають паличні і з вкладеною шкалою. Промисловість випускає 30 видів лабораторних термометрів з інтервалом температур 100 і 50 ° С і ціною поділки шкали від 2 до 0,1 ° С.

Скляні ртутні термометри для точних вимірювань розраховані на вузькі межі вимірювань. Виготовляють їх зазвичай кийовими. Залежно від точності вимірювань термометри випускають чотирьох груп: 1, І, III. IV з ціною поділки шкали відповідно 0,01; 0,02; 0,05; 0,1 ° С.

Скляні технічні термометри призначені для вимірювання температур в інтервалі від -90 до 600 ° С. За формою ці термометри (рис. 2.9) можуть бути прямі (П) і кутові (У). У термометри вкладена шкальна пластина, що закріплюється зверху пробкою. Промисловість випускає 12 видів технічних термометрів, що відрізняються межами вимірювання. Термометри використовують для вимірювання температури в сушильних шафах, термостатах, холодильних камерах та інших установках. Для цього термометр занурюють вузької нижньої частиною на необхідну глибину, а верхня частина знаходиться зовні.

Скляні рідинні (нертутние) термометри служать для вимірювання температур в інтервалі від -200 до +200 ° С. Як термометрической рідини в них використовують органічні речовини: етиловий спирт, пропан, гас і т. П. Рідинні термометри випускають паличні, з вкладеною і прикладної шкалами.

Правила користування рідинними термометрами. Термометри зберігають в футлярах, уникаючи різких поштовхів і змін температури. Обов'язкові умови правильної роботи рідинних термометрів - безперервність і рівномірність руху термометрической рідини в капілярі. Вона не повинна залишати слідів на стінках капілярів і її стовпчик не повинен рватися.

Для вимірювання температури вибирають термометр з відповідними межами вимірів. Наприклад, температуру від 10 до 40 ° С можна визначити термометром з межами вимірювань від 0 до 50 ° С. При вимірюванні температури в теплових приладах (сушильних шафах, термостатах) верхня межа шкали термометра повинен перевищувати температуру, яка може бути створена в приладі. В іншому випадку розширюється ртуть може розірвати капіляр, і термометр прийде в непридатність.

Відлік по шкалі термометра знімають в той момент, коли припиняється переміщення стовпчика рідини щодо шкали. Термометр при зчитуванні показань не можна витягати з середовища, в якій вимірюється температура, так як його свідчення при цьому змінюються.

Для спостереження за температурою повітря в приміщенні термометр поміщають на внутрішній стіні або перегородці приміщення так, щоб на нього не діяли прямі сонячні промені, нагрівальні або охолоджуючі прилади. При вимірюванні температури повітря термометр завжди повинен бути сухим. Вологий термометр за рахунок випаровування з його поверхні води охолоджується і показує меншу температуру.

Термоелектричні термометри. Такі термометри включають в себе термоелектричний перетворювач (термопару), що перетворює теплову енергію в електричну, і електровимірювальні прилади (мілівольтметр, потенціометр).

Мал. 2.10. Схема термоелектричного термометра:
1,2- гарячий і холодним спаи термоелемента; 3 - мілівольтметр

Термоелектричний перетворювач складається з двох послідовно з'єднаних (спаяних) між собою різнорідних електропровідних елементів (металів або напівпровідників). Якщо спаї термоелектричного перетворювача (рис. 2.10) мають різні температури (Г, Ф 7 * 2), то в ланцюзі термоелемента виникає термоелектрорушійна сила (ЕРС), значення якої залежить від різниці температур гарячого і холодного спаїв. Тому при постійній температурі одного спаю ЕРС може служити показником температури іншого спаю. ЕРС термоелектричних перетворювачів невелика і складає декілька мілівольт. Лінійна (або близька до неї) залежність ЕРС від різниці температур спаїв дозволяє виконувати шкалу приладу електровимірювання, що застосовується в комплекті з ним, не в мілівольтах, а безпосередньо в градусах. Точність вимірювання температури термоелектричним термометром залежить від сталості температури холодного спаю під час вимірювань. Тому холодний спай поміщають в тане лід, який має стабільну температуру Про ° С.

При вимірюванні температури термоелектричними термометрами, широко вживаними в промисловості, можна вести автоматичну запис температури за допомогою електронного самописця (потенціометра); крім того, ЕРС термоелектричного перетворювача можна використовувати для автоматичного регулювання температури. У лабораторіях термоелектричні термометри застосовують для вимірювання та регулювання температури в печах, в пропарювальних і холодильних камерах.

Для термоелектричних термометрів застосовують термоелектричні перетворювачі (термопари) з різних металів з певними градуювальними характеристиками.

Для ізоляції провідників термопари застосовують порцелянові трубки (соломку) або намиста, які повинні зберігати свої ізоляційні властивості при високих температурах. Промислові термопари захищені від шкідливого впливу зовнішнього середовища керамічними або металевими (при температурах нижче 1000 ° С) чохлами.

Термометри опору. Дії цих приладів засновані на зміні електричного опору металів, сплавів і напівпровідників при зміні температури. Найчастіше застосовують платинові термометри, що дозволяють вимірювати температуру в межах від -260 до +1060 ° С; для більш вузького інтервалу температур (від -50 до + 180 ° С) використовують мідні термометри опору.

Мал. 2.11. Термометр опору:
1 - каркас; 2 - обмотка: 3 - зашитий-пач оболонка; 4 миіодмие кінці

Мал. 2.12. Схема манометричного термометра:
1 - термометрический балон; 2 - капіляр; 3 пружина; 4 - шкала

Термометри опору (рис. 2.11) виконані у вигляді каркаса з порцеляни, кварцу або слюди з обмоткою з платинової, мідної або будь-якої іншої дроту діаметром 0,05 ... 0,2 мм, закритою порцелянової, скляної або металевої оболонкою термометри опору так само , як і термоелектричні, самостійно не застосовують - їх використовують в комплекті з вторинними вимірювальними пристроями, для підключення до яких термометр забезпечений вивідними кінцями.

Манометричні термометри. Дія цих термометрів засноване на зміні тиску газу в замкнутому просторі при зміні його температури. При приміщенні термометрического балона манометричного термометра (рис. 2.12) в вимірювану середу тиск газу в балоні змінюється. Відповідно воно змінюється і в порожнистої манометричної пружині, сполученої з балоном капілярів. При цьому пружина закручується або розкручується, рухаючи стрілку уздовж температурної шкали.

Прилади для вимірювання температури - вимірювальні інструменти і апаратура