термометры

ТЕРМОМЕТРЫ

приборы для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой. Первые Т. появились в кон. 16-нач. 17 вв. (напр., термоскоп Галилея, 1597), сам термин "Т." — в 1636. Действие Т. основано на изменениях однозначно зависящих от температуры и легко поддающихся определению разных физ. свойств тел (геом. размеры, давление в замкнутом объеме, электрич. сопротивление, термоэдс, магн. восприимчивость и др.). Соотв. различают следующие наиб. распространенные типы Т.: расширения, манометрические, сопротивления, термоэлектрические, магнитные (см. также термометрия).

Т. расширения построены по принципу изменения объемов жидкостей (жидкостные Т.) или линейных размеров твердых тел (деформационные Т.).

Действие жидкостных Т. основано на различиях коэф. теплового расширения рабочего, или термометрич., вещества (ртуть, этанол, пентан, керосин, иные орг. жидкости) и материала оболочки, в которой оно находится (термометрич. стекло либо кварц). Несмотря на большое разнообразие конструкций, эти Т. относятся к одному из двух осн. типов: палочные (рис. 1, а) и с вложенной шкалой (рис. 1, б). Особенно распространены ртутные стеклянные Т., подразделяемые на образцовые (1-го разряда-только палочные, 2-го разряда-оба типа), лабораторные (оба типа), технические (только с вложенной шкалой). Среди приборов, заполненных орг. жидкостями и используемых лишь для измерения температур ниже −30 °C, чаще других применяют спиртовые Т. Все жидкостные Т. используют обычно для локальных измерений температуры (от −200 до 600 °C) с точностью, определяемой ценой деления шкалы. Для образцовых стеклянных Т. с узким диапазоном шкалы цена деления может достигать 0,01 °C. Точность измерений зависит от глубины погружения Т. в исследуемую среду: прибор следует погружать на глубину, при которой проводилась его градуировка. Достоинства этих Т. — простота конструкции и высокая точность измерений. Недостатки: невозможность регистрации и передачи показаний на расстояние; зависимость показаний от измерения объемов жидкости и резервуара, в котором она находится; тепловая инерционность; невозможность ремонта.

Разновидность жидкостных приборов — злектроконтактные ртутные Т., применяемые для регулирования температуры или сигнализации о нарушении заданного температурного режима в пределах от −30 до 300 °C. Платиновые контакты, впаянные в ниж. часть капилляра, соединены с медными проводниками, которые через реле включены в цепь электрич. нагревателя либо сигнализации. В момент соединения контактов столбиком ртути замыкается цепь реле, выключающего нагреватель или включающего сигнализацию.

термометры

Деформационные Т. (дилатометрические и биметаллические) ОС-РИС. 1. Термометры расширения: а-палочный; б-с вложенной шкалой.

Манометрические Т. Их действие основано на изменении давления Ар рабочего вещества, заключенного в емкость посто-янного объема, при изменении его температуры Δt. По конструкции манометрические Т. всех типов практически одинаковы И состоят из термобаллона, манометрич. трубчатой пружины (одно- или многовитковой, в виде сильфона) и соединяющего их Капилляра (рис. 2). При нагр. термобаллона, помещен-ного в зону измерения температуры, давление вещества внутри замкнутой системы возрастает. Это увеличение давления воспринимается пружиной, которая через передаточный механизм воздействует на стрелку прибора. В зависимости от того, чем заполнены термобаллоны, различают газовые, жидкостные и конденсационные Т.

В газовых Т. (обычно постоянного объема) изменение температуры идеального газа пропорционально изменению давления, под которым рабочее вещество (N2, He, Ar) полностью заполняет термосистему прибора. В диапазоне измеряемых температур (от −120 до 600 °C) различия свойств идеальных и реальных газов учитыва ются при градуировке Т.

термометры. Рис. 2

Рис. 2. Манометрич. термометр: 1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — трубчатая пружина; 4 — держатель; 5 — поводок; 6 — сектор (4–6 — передаточный механизм).

В основу работы жидкостных Т., термобаллоны которых полностью заполнены кремнийорг. жидкостями, положена зависимость: Δp = (βpct, где βp и βс-коэф. объемного расширения и сжимаемости рабочей жидкости. Изменение ее объема, как следует из этого уравнения,-линейная функция температуры, что определяет равномерность шкал данных приборов. Пределы измерений от −50 до 300 °C.

В конденсационных (парожидкостных) Т. измеряют давление насыщ. пара над поверхностью низкокипящей жидкости (ацетон, метилхлорид, некоторые хладоны), заполняющей термосистему на 2/3 ее объема. Изменение этого давления непропорционально изменению температуры, поэтому такие приборы имеют неравномерные шкалы. Пределы измерений от −25 до 300 °C.

Манометрические Т. надежны в эксплуатации (хотя и отличаются запаздыванием показаний) и используются как показывающие, самопишущие и контактные техн. приборы; при большой длине капилляра (до 60 м) могут служить дистанционными Т. Погрешность измерений b 1,5% от максимального значения шкалы при нормальном давлении. В случае отклонений от них возникают дополнительные погрешности, которые определяются расчетом или компенсируются.

Т. сопротивления. Измерение (с высокой точностью) температуры основано на свойстве проводников (металлы и сплавы) и полупроводников (напр., оксиды некоторых металлов, легиров. монокристаллы Si или Ge) изменять электрич. сопротивление при изменении температуры. С ее повышением для проводников сопротивление увеличивается, для полупроводников-уменьшается. Количественно такая зависимость выражается температурным коэф. электрич. сопротивления (ТКЭС, °C−1)∙

Эти Т. состоят из чувствит. элемента (термоэлемента) и защитной арматуры. Наиб. распространены Т. с термоэлементами из чистых металлов, особенно Pt (ТКЭС = 3,9∙10−3) и Cu(4,26∙10−3). Конструктивно чувствит. элемент представляет собой металлич. проволоку, намотанную на жесткий каркас из электроизолирующего материала (напр., слюда, кварц) или свернутую в спираль, которая герметично помещена в заполненные керамич. порошком каналы каркаса (рис. 3). Платиновые Т. применяют для измерения температур в пределах от −260 до 1100 °C, медные — от −200 до 200 °C. Платиновый либо медный чувствит. элемент, вставленный в гильзу (из бронзы, латуни или нержавеющей стали), на конце которой имеются выводы (клеммы) для присоединения к головке Т., наз. термометрич. вставкой. Последняя может входить в состав прибора либо использоваться отдельно как датчик температуры.

Полупроводниковые Т., или терморезисторы (рис. 4), выпускают в виде стержней, трубок, дисков, шайб или бусинок (размеры от неск. мкм до неск. см). Они обладают высоким ТКЭС [(3–4)∙10−2 °C−1] и соотв. большим начальным электрич. сопротивлением, что позволяет снизить погрешность измерений. Осн. недостатки, ограничивающие широкое внедрение данных приборов в термометрию,-плохая воспроизводимость их характеристик (исключается взаимозаменяемость) и сравнительно невысокая макс. рабочая температура (от −60 до 180 °C). Терморезисторы используют для регистрации изменений температуры в системах теплового контроля, пожарной сигнализации и др.

термометры. Рис. 3

Рис. 3. Платиновый термометр сопротивления: а — общий вид; б — чувствит. элемент; 1 — металлич. чехол; 2 — термоэлемент; 3 — установочный штуцер; 4 — головка для присоединения к вторичному прибору; 5 — слюдяной каркас; 6 — обмотка из платиновой проволоки; 7 — выводы.

термометры. Рис. 4

Рис. 4. Терморезисторы: а — стержневой (1 — эмалир. цилиндр; 2 — контактные колпачки; 3 — выводы; 4 — стеклянный изолятор; 5 — металлич. фольга; 6 — металлич. чехол); б — бусинковый (1 — чувствит. элемент; 2 — электроды; 3 — выводы; 4 — стеклянная оболочка).

Технические Т. сопротивления работают в комплекте с измеряющими электрич. сопротивление вторичными приборами (напр., автоматич. уравновешенные мосты, лого-метры), шкалы которых градуированы непосредственно в °C.

Термоэлектрические Т. состоят из термоэлектрич. преобразователя и вторичного прибора. Термоэлектрич. преобразователь (ТЭП, термопара-устаревшее)-цепь из двух (рис. 5, а) или неск. соединенных между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно металлич. проводников, реже полупроводников). Действие ТЭП основано на эффекте Зеебека: если контакты (как правило, спаи) проводников, или термоэлектродов, находятся при разных температурах, в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (термоэдс), значение которой однозначно определяется температурами "горячего", или рабочего (t), и "холодного", или свободного (t0), контактов и природой материалов, из которых изготовлены термоэлектроды.

Проволочные термоэлектроды ТЭП помещают в стальной или керамич. чехол, подключая своб. концы к выводамс крышкой; изолируют один от другого по всей длине от горячего спая керамич. изоляторами (рис. 5,6). Рабочий спай изолируют от чехла керамич. наконечником. Горячую часть ТЭП (со стороны рабочего спая) погружают в объект измерения температуры. Стандартные ТЭП имеют разл. конструкт тивные исполнения и могут отличаться след. признаками: способами контакта с исследуемой средой (погружные и поверхностные) и защиты от мех. повреждений и хим. воздействия контролируемой среды; инерционностью; числом зон контроля температуры в объекте (одно- и многозонные); числом рабочих спаев (одинарные, двойные); длиной погружаемой части и т. д. Осн. характеристики наиболее распространенных ТЭП приведены в таблице. Все большее применение находят преобразователи, изготовленные из спец. кабеля,-бронированные оболочковые, или кабельные. Для измерений термоэдс ТЭП работают в комплекте с вторичными приборами (милливольтметры, потенциометры и др.). ТЭП широко используют в устройствах для измерений температуры в разл. автоматизир. системах управления и контроля.

термометры. Рис. 5

Рис. 5. Термоэлектрич. преобразователь: а — цепь из термоэлектродов А и В; б-устройство; 1 — рабочий спай; 2 — изолятор; 3 — чехол; 4 — выводы.

термометры. Рис. 6

Менее распространены акустич., магн. и некоторые иные Т. Существуют Т. спец. назначения, напр. гипсотермометры (для измерения атм. давления по температуре кипящей жидкости), метеорологические (для измерений гл. обр. на метеостанциях), глубоководные (для измерений температуры воды в водоемах на разл. глубинах).

Лит.: Воскресенский П.И., Техника лабораторных работ, 10 изд., М., 1973; Кулаков М.В., Технологические измерения и приборы для химических производств, М., 1983, с. 41–81; Шкатов E.Ф.,Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, М., 1986, с. 158–203; Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник, под ред. В. В. Черенкова, Л., 1987, с. 36–46. См. также лит. при ст. термометрия.

Е. Ф. Шкатов

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. ТЕРМОМЕТРЫ — (от греч. therme — тепло и metreo — измеряю), приборы для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой. Первые Т. появились в кон. 16 — нач. 17 вв. (термоскоп Г. Галилея, 1597; спиртовые флорентийские Т. и др.), сам термин «Т. Физический энциклопедический словарь
  2. ТЕРМОМЕТРЫ — ТЕРМОМЕТРЫ — приборы для измерения температуры, см. Газовый термометр, Жидкостный термометр, Термометр сопротивления. Большой энциклопедический словарь