1 Контактні термометри

К ласифікація контактних термометрів представлена у вигляді структурної схеми на рисунку Л1.1

1.1 Дилатометричні термометри

Принципова схема дилатометра зображена на рисунку Л1.2.

Т ермометр виконується в вигляді металевої трубки 1 з великим коефіцієнтом лінійного розширення та стержня 2 (наприклад, фарфорового) з малим коефіцієнтом розширення. Стержень 2 розміщується по осі трубки 1 і одним кінцем жорстко з’єднується з вільним її торцем. Другий кінець трубки 1 кріпиться до корпусу приладу, а вільний кінець стержня 2 з’єднується з відліковим пристроєм 3 (наприклад, важеле-зубчастим).

Градуювання термометра проводиться при початковій температурі t_о=0°С, тоді при відомих коефіцієнтах лінійного розширення трубки α₁ та стержня α₂, вимірювана температура t(°С) визначається за формулою [1]

(Л1.9)

де Δα=α₁- α₂, (^оС)^-1; Δl=l₁-l₂ (l₁ та l₂ - довжини трубки 1 та стержня 2 при температурі t), м; Δl₀=l₀₁ - l₀₂ (l₀₁ та l₀₂ - довжини трубки 1 та стержня 2 при (0°С), м.

Дилатометричні термометри дешеві, надійні, швидкодійні, а також можуть створювати великі перестановні зусилля. Вади цих приладів - мала точність (похибка ±5%) та велика інерційність. Основна область застосування - температурні вимикачі і перемикачі (побутові прилади, машини для випробовування на повзучість та довготривалу міцність [1] тощо). Дилатометричні прилади (дилатометри) можуть працювати в діапазоні температур 0...1000°С.

1 .2 Біметалеві термометри

Біметалевий термометр (рисунок Л1.3) складається з двошарової металевої стрічки 1, утвореної з металів, які мають різний коефіцієнт лінійного розширення. Один кінець стрічки 1 закріплюється нерухомо, а вільний з’єднується з відліковим пристроєм 2.

При зміні температури на величину Δt=t₁-t₀ (t₀, t₁ - відповідно, початкова і кінцева температури) стрічка 1 деформується (деформація згину) на величину Δх, пропорційну Δt. Приймаючи t₀=0°С, біметалеві термометри градуюють у відповідності з залежністю (для схеми, зображеної на рисунку Л1.3)

,

(Л1.10)

де l - довжина біметалевої стрічки 1, м; δ - товщина стрічки 1, м; Δα=α₁-α₂ (α₁ та α₂ коефіцієнти лінійного теплового розширення компонентів біметалу 1/°С).

Для ефективної дії біметалевих приладів для вимірювання температури необхідно, щоб α₁≥10α₂ [1].

Біметалеві термометри надійні, дешеві, дають великі перестановні зусилля та працездатні в діапазоні температур 0...500°С. Недоліки приладів - низька точність (похибка ±5%) та велика інерційність. Найбільш широко застосовуються біметалеві термометри для оціночного контролю температури (побутові термометри) та як температурні перемикачі і вимикачі. Найбільш розповсюджений матеріал для виготовлення біметалевих термометрів - біметалеві стрічки з сплавів латуні та інвару (залізонікелевий сплав).

1.3 Рідинні скляні термометри

З а призначенням рідинні скляні термометри ділять на лабораторні, технічні, медичні та метеорологічні. Основний елемент термометрів (рисунок Л1.4) скляний балон 1 з капіляром 2, заповнений термометричною рідиною. Шкала 3 може бути вкладена в оболонку 4, або нанесена на її зовнішню поверхню (паличні термометри). Термометри з вкладеною шкалою випускаються прямого виконання (див. рисунок Л1.4) та кутового (термобалон 1 зігнутий під кутом 90° відносно шкали 3). Скляні рідинні термометри розраховані або на часткове занурення в середовище, температура якого вимірюється (термометри неповного занурення), або на занурення до відлікової температури (термометри повного занурення). На термометрах повного занурення є вказання про глибину занурення та температуру градуювання.

Як термометричну рідину в скляних термометрах використовують ртуть за ГОСТ 4658-73, толуол, спирт, гас за ГОСТ 4753-68, поліетилсілоксан за ГОСТ 1З004-67, петролійний ефір та інш. Термометрична рідина не ртутних термометрів підфарбовується фарбниками, які не знебарвлюються в процесі експлуатації.

Можливість вимірювання температури рідинним термометром витікає з різниці в коефіцієнтах об'ємного розширення скляного балона з капіляром та термометричної рідини. Приймаючи початкову температуру t₀=0°С, скляні термометри градуюють у відповідності з залежністю [1]

,

(Л1.11)

де t₁ - вимірювана температура, °С; ΔV=ΔV_P–ΔV_c - сумарна зміна об'ємів рідини та скла (ΔV_P=V_P1–V_P0; ΔV_C=V_c1–V_c0; V_P1 та V_c1 відповідно об'єми рідини та скла при температурі t₁), м³; V_P0 та V_c0 - початкові об'єми рідини та скла при температурі 0°С, м³; β_P та β_с - коефіцієнти теплового об'ємного розширення рідини та скла, 1/°С. Коефіцієнт об'ємного розширення скла β_с≈3α_с (α_с=8,1 · 10^-6 °С^-1 - коефіцієнт лінійного розширення скла).

Скляні термометри виготовляють: лабораторні ртутні - за ГОСТ 2І5-73; технічні - за ГОСТ 2823-73; не ртутні - за ГОСТ 9І77-74; для випробовувань нафтопродуктів - за ГОСТ 400-80Е. Діапазон вимірювання ртутних термометрів -30...+600°С, не ртутних від -200°С до +200°С при допустимій похибці не більше ціни поділки (1%). Скляні рідинні термометри дешеві, але мають невелику механічну міцність та інерційність.

Якщо термометри неповного занурення застосовують при температурі навколишнього середовища відмінній від 20°С, то вимірювану температуру визначають з урахуванням поправки [4]

Δt=0,00016K(20-tn),

(Л1.12)

де K - коефіцієнт, який залежить від типу термометричної рідини (K=1 - ртуть; K=6,5 - спирт; K=7,5 - толуол; K=5,6 - гас; K=9,3 – ефір); t_n - температура навколишнього середовища, °С. Дійсна температура

tд=tт+Δt,

(Л1.13)

де t_т - значення температури за термометром, °С.

Приклад позначення технічного термометра прямого виконання №5 з ціною поділки 2°С, з довжиною верхньої частини 160 мм та нижньої частини 66 мм:

Термометр П 52 160 66 ГОСТ2823-73.