6.1. Измерение температуры.

Дилатометрические и биметаллические термометры основаны на свойстве твердого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры. Если температурный интервал невелик, зависимость длины твердого тела может быть выражена уравнением l_t = l₀(1+t), где l_t - длина твердого тела при температуре t, l₀ - длина того же тела при температуре 0⁰С, -средний коэффициент линейного расширения от 0⁰С до t, ⁰С^-1.Чувствительность термометра расширения S = = l_н(₁- ₂), где l_н - протяженность двух тел, составляющих термометр, при некоторой начальной температуре t; ₁ и ₂ - коэффициенты их расширения.

6.1.1 Металлические термометры расширения. Дилатометрический термометр выполняется в виде металлической трубки с большим температурным коэффициентом расширения и стержня (например, фарфорового) с малым коэффициентом расширения, расположенного по оси трубки, и закрепленного жестко на одном из ее концов. Разность перемещений концов трубки и стержня, вызванная изменением температуры передается приемным механизмом на отсчетное устройство. Среднее значение коэффициента линейного расширения _l = l₂ -l₁/ l₁(t₁-t₂) = l/tl, где l₂ ,l₁- длина трубки(стержня) при температурах t₂., t₁. Если t₁= 0⁰С, _l = l/t₂ l₀ . Измеряемая температура t₂ при известных коэффициентах линейного расширения определяется в зависимости от относительного удлинения l/ l₀ по формуле t₂ = (l/ _l l₀)_R - (l/ _l l₀)_St Здесь индекс R относится к расширению трубки, а St - к стержню. Биметаллические термометры состоят из двухслойных металлических лент, образованных материалами с различными коэффициентами линейного расширения. Наибольшее распространение получили латунь (сплав меди с цинком) и инвар (железо и никель). При изменении температуры на t зажатая на одном конце лента претерпевает деформацию изгиба x = _l t, здесь l - длина биметаллической ленты, S - ее толщина,_l - разность коэффициентов линейного расширения биметалла, причем _l1 10_l2. Так, биметаллическая лента при l = 5см, S =1мм- ее толщина, _l = 1510^-6 К^-1 при изменении температуры на 100 К изгибается на x = 2 мм. Эта деформация на два порядка превышает перемещение, создаваемое дилатометрическим термометром.

6. 1.2 Жидкостные стеклянные термометры. Основным элементом жидкостных стеклянных термометров является стеклянный баллон с капилляром, заполненным термометрической жидкостью. Возможность измерения температуры вытекает из различия в коэффициентах объемного расширения баллона и жидкости. Коэффициент объемного расширения _V = = , где - объемы жидкости и сосуда при температурах t₁, t₂ . Для исходной температуры t₁= 0⁰С _V = Разность коэффициентов объемного расширения (индекс L) и стекла (G) _V = _V (L,t₁,t₂)- _V (G,t₁,t₂) определяет зависимость показаний термометра от измеряемой температуры: t₂ = -.

Для точных измерений используются стеклянные термометры с заполнением несмачивающими жидкостями, например ртутью. Преимущество ртути как термометрической жидкости заключается в том, что она почти не окисляется , сравнительно просто получается в химически чистом виде, и остается жидкой в широком интервале температур (t_z -38,8⁰С, t_кип +356,6⁰С). недостатком по сравнению со смачивающими жидкостями является относительно малый коэффициент объемного расширения.

6. 1.3 Жидкостные манометрические термометры. Жидкостный манометрический термометр состоит из термобаллона , погружаемого в среду, температура которой подлежит измерению, соединительного металлического капилляра и упругого чувствительного элемента. Система заполняется термометрической жидкостью. Различие в коэффициентах объемного расширения термобаллона и заполняющей жидкости приводит к перетеканию жидкости по капилляру к упругому элементу. Жидкостные манометрические термометры очень просты в изготовлении и эксплуатации, надежны, работают без дополнительных

	Металлические термометры расширения		Жидкостные термометры			Газовые
Тип	дилатоме-трические	биметал- лические	жидкост-ные стеклянные	жидкост-ные манометри-ческие	конденса-ционные	термо-метр с азотом
пределы изм. ^0С	0-1000	0-500	-55...+600	-30...+600	0-400	-
погр. изм. %	5	5	1	1	1	-
инерционность	большая	большая	большая	большая	малая	-
преиму-щества	дешевые, надежныебольшие переста-новочные усилия	дешевые, надежныебольшие переста-новочные усилия	очень надежные	дешевые, надежныебольшие перест. усилия, до 50м	дешевые, надежныебольшие перест. усилия, до 50м	принцип измере-ния соотв. термоди-намичес-кой Т
недостат-ки	малая точность, высокая инерционность	малая точность	малая проч-ность,	Т. капилляра влияет на измере-ния	нелиней-ная характерис-тика	малая проч-ность, трудоемкость процесса
Обл. применения	темп. выключа-тели	оценка Т, выключа-тели	лаб., бытовые терм.	промтермометры, термореле	промтермометры, термореле	поверка СИ

источников энергии и позволяют передавать измерительный сигнал на расстояния до 50 м. Недостатком является некоторая зависимость показаний от атмосферного давления и температуры соединительного капилляра. У конденсационных термометров нет этого недостатка.

6.1.3.1 Конденсационные манометрические термометры отличается от предыдущего лишь тем, что термобаллон частично заполняется низкокипящей жидкостью. Давление насыщенных паров над жидкостью, являющееся мерой температуры, преобразуется в перемещение упругого чувствительного элемента. Эти приборы сложнее, дороже, а шкала неравномерна.