Краткая теория. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на зависимости объёма

Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на зависимости объёма жидкости от температуры. Тепловое расширение жидкости используют в качестве термометрического свойства, а саму жидкость при этом называют термометрической.

Изменение объёма термометрической жидкости при изменении её температуры характеризуется температурным коэффициентом объёмного расширения β.

В качестве термометрических жидкостей чаще всего применяют ртуть. Ртуть обладает рядом достоинств по сравнению с другими термометрическими жидкостями, в частности:

– зависимость объёма ртути от температуры стабильна, достаточно линейна и хорошо воспроизводима;

– ртуть не смачивает стекло а, следовательно, не прилипает к капилляру термометра;

– ртуть при нормальном атмосферном давлении остаётся в жидком состоянии в достаточно широком интервале температур от – 38,9 до 356,6 ^оС;

– давление насыщенных паров ртути при температуре выше 356,6 ^оС невелико по сравнению с другими жидкостями, а, следовательно, возможно достаточно просто увеличить верхний предел измерений термометров путём создания дополнительного давления в их капилляре

К недостаткам ртути можно отнести её токсичность и сравнительно небольшой температурный коэффициент расширения, который равен β = 0,00018 К^-1. Для расширения диапазона измерений ниже – 38 ^оС в ртуть добавляют таллий.

Кроме ртути в стеклянных термометрах применяют органические жидкости, такие, как этиловый спирт, толуол, эфир, керосин, пентан и другие.

При работе с жидкостными термометрами необходимо учитывать, что под влиянием температуры расширяется не только термометрическая жидкость, но и её стеклянные резервуар и капилляр, в которых находится жидкость. Поэтому при повышении температуры наблюдатель видит изменение объёма жидкости, уменьшенное на величину изменения объёма резервуара и капилляра.

В таблице 1 приведены некоторые характеристики основных термометрических жидкостей.

Таблица 1.1

Характеристики термометрических жидкостей

Жидкость	Пределы измерений	Средние значения коэффициента β, К ^–1
Нижний	Верхний
Ртуть	– 35		0,00018
Этиловый спирт	– 80		0,00105
Толуол	– 90		0,00109
Эфир	– 120		0,00152
Пентан	– 200		0,00092

По конструктивному исполнению стеклянные жидкостные термометры бывают: палочные – тип А; с вложенной шкалой – тип Б; с наружной шкалой – тип В. Шкала термометров типа А наносится непосредственно на наружную поверхность капиллярной трубки. Шкала термометров типов Б и В наносится на прямоугольную однородную и контрастную по цвету пластину.

Стеклянные термометры могут применяться в качестве эталонов (палочные и с вложенной шкалой) и средств измерений общего назначения.

В зависимости от условий эксплуатации термометры могут быть полного и частичного погружения.

Значения предела основной допускаемой погрешности стеклянных жидкостных термометров устанавливают в зависимости от диапазона измерений, цены деления и класса точности. В качестве примера в таблице 1.2 приведены эти значения для термометров общего назначения, измеряющих температуру в диапазоне от 0 до 100 ^оС.

Таблица 1.2

Значения предела основной допускаемой погрешности

стеклянных жидкостных термометров общего назначения (ГОСТ 28498 -- 90)

Тип термометров	Цена деления, ^оС	Класс точности	Предел допускаемой основной погрешности, ^оС
Лабораторные термометры полного погружения	0,1	I класс	± 0,2
II класс	± 0,3
0,2	I класс	± 0,3
II класс	± 0,4
0,5	I класс	± 0,5
	I класс	± 1
	I класс	± 2
Лабораторные термометры частичного погружения	0,1	I класс	± 0,2
II класс	± 0,6
0,2	I класс	± 0,3
II класс	± 0,6
0,5	I класс	± 1
	I класс	± 2
Технические термометры	0,5	I класс	± 1
	I класс	± 1
	I класс	± 2
	I класс	± 5
	I класс	± 5
II класс	± 10

Поверку стеклянных жидкостных термометров проводят в соответствии с ГОСТ 8.279-78 методом прямых измерений в нулевом термостате (температура таяния льда), в ампуле тройной точки воды или методом непосредственного сличения в термостатах и криостатах.

В качестве эталонов применяют платиновые термометры сопротивления и ртутные стеклянные термометры 2-го и 3-го разрядов, которые выбирают в соответствии с ГОСТ 8.558- 2012.

Контрольные вопросы

1. На чём основан принцип действия жидкостных стеклянных термометров?

2. Какие термометрические жидкости используют для заполнения термометров и их характеристика?

3. Чем ограничены пределы измеряемых значений температуры для термометров с различными жидкостями?

4. Какие метрологические характеристики приписывают жидкостным термостатам, используемым при поверке термометров?

5. Какие методы передачи единицы температуры используют при поверке жидкостных стеклянных термометров?

Описание поверочной установки

1 – Жидкостный термостат, 2 – Поверяемый термометр, 3 – Эталонный термопреобразователь, 4 – Вторичный прибор – измеритель сигналов термопреобразователей, 5 – Компьютер

Рисунок 1.1 – Схема поверочной установки

Установка для поверки жидкостных стеклянных термометровсостоит из жидкостного термостата 1, в рабочей камере которого размещают поверяемый термометр 1 и эталонный 2 термопреобразователь. Для измерений сопротивления (температуры) чувствительного элемента термопреобразователя используют вторичный прибор 4, выход которого соединён с компьютером 5, отображающим и регистрирующим измеренные значения температуры.

Дата добавления: 2015-08-13