Диапазоны использования термометров различных типов

Измерительный прибор	Диапазон измерений, ^оС
Спиртовой термометр	–100…+50
Обычный ртутный термометр, из простого стекла	– 35 … +300
Ртутный термометр из стекла с газовым наполнением	– 35 … +500
Ртутный термометр из кварцевого стекла	– 35 … +800
Термометр с биметаллической пластиной	До +300
Термометр с твердым стержнем, меняющим длину	До + 600
Термометр с жидкостью, меняющей объем (плотность)	– 25 … +500
Термометр с никелевым сопротивлением	– 100 … +150
Термометр с платиновым сопротивлением	– 200 … +500
Термометр медь/констант	– 200 … +500
Термометр железо/констант	– 200 … +800
Термометр никель/никель-хром	– 200 … +1100
Термометр платина/ платина-родий	– 200 … +1600
Оптический пирометр	+ 600 и выше без ограничений

Измерение температуры всегда является довольно тонкой операцией, которая требует большой тщательности и аккуратности при своем осуществлении во избежание погрешностей, например, за счет подвода тепла излечением. Расчет относительной ошибки измерения, если необходимо его выполнять, нужно производить достаточно строго, чтобы не повлиять на точность измерения.

Эксперименты показывают, что большая часть возможных ошибок измерения очень часто являются следствием плохо управляемых экспериментальных условий и субъективной переоценки значимости некоторых факторов, влияющих на результаты измерений. Следовательно, перед тем как предпринять расчет, который будет внушать доверие, необходимо полностью осознать общие условия измерения.

В технике находит применение контактное измерение температуры тела (газообразного, жидкого или твердого), которое основано на теплообмене между ним и чувствительным элементом измерительного прибора и последующем преобразовании температуры чувствительного элемента в другие величины, удобные для восприятия.

 

Преобразователи стеклянных жидкостных термометров (рис.1.2)

Преобразователи стеклянных термометров, применяемых в технике, служат для лабораторных и технических измерений в области температур от —90 до +300 ⁰С.

Действие этих преобразователей основано на объемном расширении жидкости при постоянном давлении. Выходной величиной является изменение длины столбика жидкости. Термометры различают по виду термометрической жидкости. В холодильной технике применяют следующие термометрические жидкости: ртуть в области температур – 35 ÷ +300 ^оС (т.к. температура затвердевания ртути – 39 ^оС), спирт — 50 ÷ +50°С, толуол —80 ÷  +60°С. Если заполнить ртутный термометр азотом то он будет пригоден для измерения температур до + 500 ^оС, а при выполнении шарика и трубки из кварцевого стекла до +800 ^оС.

Рис.1.2. Схемы преобразователей стеклянных жидкостных термометров: а) обычный; б) с укороченным диапазоном температур; в) метастатический Векмана

Схема простейшего преобразователя приведена на рис.2. Термометрическая жидкость заполняет резервуар Р при температуре ниже нижнего предела измерений. При повышении температуры в результате расширения жидкость заполняет капилляр К.. Его размеры выбираются так, чтобы при температуре, равной верхнему пределу измерений, жидкость заполнила капилляр на длине L.

Поскольку, как правило, столбик жидкости термометра всегда выступает над средой, температуру которой хотят измерить, при точных измерениях необходимо проводить корректировку результатов измерений, вводя так называемую поправку на выступающий столбик. В случае ртути эта поправка рассчитывается по следующей формуле:

 

 

где n – число градусов термометра, соответствующей высоте выступающего столбика;

t_el – эффективная температура, равная показанию термометра, ^оС;

t_ce – средняя температура выступающего столбика, измеренная на половине его высоты, ^оС.

Поправка на выступающий столбик добавляется к показаниям термометра, если только отсутствуют четко выраженные противоположные рекомендации. На практике термометры снабжаются защитной оболочкой, что еще больше снижает точность измерений.

Манометрические термопреобразователи

Рис.1.3. Упрощенная схема манометрического преобразователя температуры: 1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – манометр

(пружинные термометры с расширением жидкости (рис.1.3))

 

 

Манометрические термопреобразователи, в которых температура преобразуется в давление, а затем в механическое перемещение, применяются в технических- приборах для измерений в диапазоне от —150 до +600°С с основной допускаемой погрешностью от ±1 до ±2,5%. Такие термометры снабжены капсулой (термобаллоном), которая заполнена расширяющейся жидкостью (ртуть или нефть) и вставлена в цилиндрическую оболочку датчика погружного типа.               

Термобаллон с помощью гибкой капиллярной трубки связан со спиралеобразной трубкой (пружиной), которая через передаточный механизм сообщается со стрелкой указателя. Расширение жидкости при нагреве приводит к повышению давления взависимости от температуры. В термометрах такого типа циферблат может находиться и на достаточном удалении от объекта измерения температуры (до 50 м). Время от времени необходимо производить поверку с помощью обычного стеклянного термометра. При долговременных измерениях такие термометры снабжаются самописцами на промежуточных (передающих) преобразователях для дистанционной передачи информации.

Упрощенная схема манометрического преобразователя представлена на рис. 3. Измеряемая температура воспринимается термобаллоном 1 и преобразуется в давление рабочего вещества (заполнителя). Через капилляр 2 это давление передается в манометр (пружину) 3, где вторично преобразуется в перемещение упругого элемента.

В зависимости от используемого термометрического вещества (заполнителя) манометрические преобразователи подразделяются на газовые, жидкостные и парожидкостные, или конденсационные.

Термометры с паровым заполнением имеют меньшую погрешность в измерениях, чем жидкостные. Жидкость, заполняющая гибкую трубку, служит только для передачи изменения давления и, следовательно, не требует наличия компенсатора. В то же самое время, работа парового термометра основана на строгом соответствии между температурой и давлением насыщенных паров. Поскольку при нагревании давление насыщенных паров жидкости повышается гораздо быстрее, чем давление идеального газа, такой термометр обеспечивает высокую точность, составляющую ±(1…2%) от диапазона измерения. В качестве наполнителя термобаллона обычно используются эфир, хлористый этил, ртуть.