2.3. Дилатометрические термометры

Принцип действия дилатометрического термометра основан на свойстве твердого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры. В ограниченном температурном диапазоне эта зависимость может быть выражена линейным уравнением

где l_T – длина тела при температуре t; l₀ – длина тела при температуре 0 °С; α – средний коэффициент температурного расширения тела в диапазоне температур от 0 °С до t.

Схема дилатометрического термометра показана на рис.3,а. Основу конструкции составляет металлическая трубка 1, внутри которой находится стержень 2. Трубка имеет коэффициент линейного расширения больше, чем стержень. Верхний конец трубки закреплен в штуцере 3. В головке 4 находится электроконтактное устройство, состоящее из рычага 5, соединенного со стержнем и электрическими контактами. Нижняя часть термометра погружается в среду, температура которой измеряется. При увеличении температуры из-за разницы коэффициентов линейного расширения трубка удлиняется больше, чем стержень, вследствие чего стержень перемещается вниз. При перемещении стержня одновременно приводится в движение рычаг, который при заданной температуре размыкает контакты. Если предположить, что при температуре 0 °С длины трубки и стержня одинаковы и равны величине l₀, то при изменении измеряемой температуры на величину Δt, величину взаимного перемещения свободных концов трубки и стержня Δl можно определить из уравнения

где l₀ – длина тела при температуре 0 °С; α_T – средний коэффициент температурного расширения трубки в диапазоне температур от 0 °С до t; α_С – средний коэффициент температурного расширения стержня в диапазоне температур от 0 °С до t.

Трубка прибора обычно изготавливается из латуни или нержавеющей стали, а стержень – из кварца или сплава инвар.

Рис. 3. Схемы дилатометрического (а) и биметаллического (б) термометров

2.4. Биметаллические термометры

Биметалл представляет собой две пластинки из металлов с разными коэффициентами температурного расширения, сваренные между собой по всей плоскости соприкосновения. При увеличении температуры биметалл изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом температурного расширения. В термометрах биметаллы чаще всего применяют в виде плоских или цилиндрических спиралей. Это обеспечивает компактность конструкции и позволяет преобразовывать линейное перемещение во вращательное, удобное для конструкции показывающих приборов.

Угол закручивания спирали при изменении температуры от t₁ до t₂ определяется по формуле

где l – длина биметаллической пластинки, м; s – толщина биметаллической пластинки, м; α₁, α₂ – коэффициенты температурного расширения составляющих биметалла K⁻¹.

Следует иметь ввиду, что линейная зависимость между температурой и углом поворота биметаллической пластины наблюдается в ограниченном диапазоне температур.

На рисунке 3,б показана конструкция биметаллического термометра с плоской спиралью. В промышленности чаще применяются термометры с цилиндрической спиралью. Биметалл, свернутый в цилиндрическую спираль вставляют в защитную арматуру, соединенную с головкой термометра, в которой размещается передаточный механизм, шкальная пластина и указательная стрелка термометра.

Диапазоны показаний биметаллических термометров могут находиться в пределах от – 70 °С до 600 °С .