Дипломная работа: Рідинні скляні термометри
Усі розглянуті термометри за призначенням й областю застосування можуть бути розділені на наступні групи: лабораторні загального і спеціального призначення; технічні загального і спеціального призначення; термометри для сільського господарства (зернові, буртові, кагатні, інкубаторні, ветеринарні й ін.); метеорологічні, що вимірюють: а) температуру повітря, б) максимальну і мінімальну температуру протягом доби, в) температуру ґрунту, г) відносну вологість повітря, а також термометри, застосовувані при інших метеорологічних спостереженнях; побутові (кімнатні, ванні, термометри, що вимірюють температуру зовнішнього повітря, психометричні, медичні максимальні, виготовлені за ГОСТ 302-68).
1.2 Класифікація рідинних термометрів розширення
1.2.1 Лабораторні термометри
Існує чотири види лабораторних термометрів загального застосування, передбачені ГОСТ 215-57. Кожний має кілька модифікацій у залежності від меж виміру і відрізняється за розмірами, ціною поділки і діапазону шкали, точності виміру.
Найбільш важливими для метрологічної практики є лабораторні термометри з ціною поділу 0,1° С і температурним інтepвaлoм шкали 50° С, виготовлені у восьми варіантах в межах виміру для температур від -30 до +350° С і використовувані, зокрема, як зразкові термометри 2-го і 3-го розрядів.
Точні лабораторні скляні ртутні термометри виготовляються з великою довжиною градусного інтервалу і малою ціною поділу: 0,01; 0,02; 0,05 і 0,1° С. Природно, що при цьому звужується діапазон шкали термометра і збільшується число термометрів, необхідне для вимірів у широкому температурному інтервалі. Найбільш точними лабораторними термометрами є ртутні рівноподілкові паличкові термометри, розроблені В.П. Простяковим і, що випускаються в даний час приладобудівними заводами.
По новому ГОСТ 13646-68 рівноподілкові термометри повинні виготовлятися в чотирьох варіантах, що відрізняються один від одного ціною поділки температурним інтервалом шкал і іншими технічними характеристиками, наведеними в табл. 1.
Таблиця 1 – Деякі технічні характеристики термометрів
| Варіант | Температурна область застосування,° С | Кількість термометрів в комплекті | Температурний інтервал шкали, ° С | Ціна поділу шкали, °С | Допустима похибка вимірювань, ° С |
| І | 0-60 | 15 | 4 | 0,01 | ±0,05 |
| І | 55-155 | 10 | 10 | 0,02 | ±0,1 |
| ІІІ | 140-300 | 8 | 20 | 0,05 | ±0,3 |
| ІV | 300-500 | 4 | 50 | 0,1 | ±1,2 |
Примітка: зазначені значення допустимих похибок дійсні при вертикальному положенні термометра і нормальному тиску.
Відмінною рисою методики виміру температури лабораторними і зразковими термометрами є введення поправок у їх показання для виключення систематичних похибок.
Градуювальні систематичні похибки визначають заздалегідь при перевірці термометра, складаючи таблиці поправок до показників термометра. Систематичні зміни показників термометра внаслідок його старіння повинні періодично контролюватися за положенням нульової точки, тобто за показниками термометра, зануреного в лід, який тане. Тому на шкалі лабораторного термометра повинна бути нульова поділка. Якщо нижня межа виміру термометра вище 0°С, то нульову точку наносять на додаткову шкалу, що має кілька відміток нижче і вище нульової. (Положення нульової точки, визначене в результаті перевірки, зазначено у паспорті на термометр.) На капілярі, розміщеному між додатковою й основною шкалою, роблять розширення. Об`єм цього розширення дорівнює збільшенню об`єму ртуті при нагріванні термометра від 0°С до температури, що відповідає нижній межі основної шкали. Термометри такої конструкції називаються термометрами з укороченою шкалою.
Лабораторні термометри спеціального застосування призначені для роботи в лабораторних і виробничих умовах при вимірюванні температур в одній області. До цієї групи відносяться термометри калориметричні, метастатичні, що вимірюють температуру при дослідженнях нафтопродуктів, і деякі інші.
У багатьох дослідах часто виникає необхідність точного (до тисячних часток градуса) виміру невеликих різниць температур або незначних змін температури. Це необхідно, наприклад, при калориметричних вимірах теплотворної здатності палива або теплоємності тіла, а також при визначеннях зниження точки замерзання розчинів і підвищення точки кипіння рідин. Для таких вимірів використовують високочутливі термометри з ціною поділу шкали 0,02-0,01°С і менше - калориметричні і метастатичні.
Калориметричні термометри застосовують в основному при вимірі кількості теплоти і теплоємності тіл. Для цих термометрів характерний невеликий градусний інтервал шкали, переважно 15-25°С, градуйованої при неповному зануренні.
Метастатичні термометри призначені тільки для виміру малих різниць температур від 0,001 до 5°С (але не для виміру абсолютного значення температури). Вони мають умовну шкалу, що градуйована від 0 до 5 або 6°С. Ціна найменшої поділки 0,01°С.
Метастатичні термометри - це термометри змінного наповнення, тому що особливістю їх конструкції є наявність додаткового, запасного, резервуара у верхній частині капіляра. Переливаючи частину ртуті з основного резервуара в запасний або назад, можна змінювати межі виміру термометра в досить широкому температурному інтервалі від -20 або від 0 до +150° С. Такі межі має додаткова шкала, розташована уздовж запасного резервуара. Ця шкала служить для орієнтованого визначення кількості ртуті, яка повинна бути перелите в запасний резервуар, щоб одержати необхідні межі виміру термометра. Наприклад, якщо необхідно замість межі виміру 10-15° С налагодити термометр на межу 35-40° С, то термометр перевертають резервуаром вгору, злегка струшують, щоб ртуть почала перетікати з основного резервуара в запасний. Коли меніск ртуті в запасному резервуарі дійде до оцінки 35° С, термометр повертають у нормальне положення і легким поштовхом відриваються ртутний стовпчик від ртуті, що знаходиться в запасному резервуарі. Нижня межа виміру при цьому буде ~35°С, а верхня 40° С. Для більш точного вимірювання і визначення меж виміру показників метастатичного термометра порівнюють з показниками термометра-зразка.
При переході до вимірів більш низьких температур роблять зворотну операцію: частину ртуті з запасного резервуара переливають в основний. При зміні кількості ртуті в основному резервуарі змінюється і значення градусного поділу шкали термометра, а саме: при зменшенні кількості ртуті в основному резервуарі значення градусного поділу збільшується і навпаки. Наприклад, якщо при межах виміру термометра від 0 до 5° С середнє значення градусного поділу шкали дорівнює 1,000° С, то при межах виміру від 145 до 150°С це значення буде ~ 1,050°С, тобто збільшиться на ~5%. Зміна порівняно невелика, але при точних вимірах повинна бути врахована, тому при перевірці метастатичних термометрів визначають середнє значення градусного поділу для різних температур і результати приводять у свідоцтві у вигляді таблиці.
Джерелами похибок показників метастатичних термометрів є також нерівномірність перетину каналу капіляра і похибки в нанесенні поділок шкали. Для виключення зазначених неточностей у показниках термометрів вносять виправлення на калібр, установлені при перевірці і занесені у свідоцтво. Таким чином, для одержання правильного значення вимірюваної різниці температур спочатку вносять виправлення на калібр на перший і другий показники термометра, потім знаходять різницю виправлених показань, що множать на значення градусного поділу термометра (для даного діапазону температур).
1.2.2 Технічні термометри
Технічні термометри загального застосування (рис. 1) є найбільш розповсюдженими термометрами загально-промислового призначення. У залежності від меж виміру їх виготовляють у 11 модифікаціях для температурного діапазону 0-500° С. За формою нижньої частини технічні термометри поділяються на прямим і кутові - з кутом 90 і 135 град. У залежності від довжини нижньої частини в межах 80-2000 мм технічні термометри мають 16 різновидів, у залежності від довжини верхньої частини - три.
Технічні термометри градуюють при зануренні всієї, нижньої частини, тому в експлуатаційних умовах показники їх будуть правильними тільки в тому випадку, якщо резервуар і вся нижня частина термометра мають температуру вимірюваного середовища, а верхня частина - таку ж, як і при градуюванні термометра.
Якщо технічні термометри служать як стаціонарні для контролю температури в різних технологічних процесах, то їх встановлюють у спеціальні металеві оправи. Похибки показників, які допускається, для технічних термометрів дорівнює ціні поділки.
Рис. 1 - Технічний термометр (прямий)
Більш докладно варто зупинитися на характеристиці електроконтактних термометрів.
Скляні ртутні електроконтактні термометри застосовуються в схемах сигналізації або регулювання температури як первинні прибори-контактори, які замикають і розмикають електричні ланцюги при певних температурах.
По конструкції електроконтактні термометри поділяються на два типи:
1) ТЗК, що замикають і розмикають електричні ланцюги при одній, двох або трьох заданих і визначених для кожного даного термометра температурах;
2) ТПК із магнітним регулюванням контакту, що замикають і розмикають електричні ланцюги при будь-якій температурі в межах шкали термометра.
Термометри ТЗК мають у нижній частині капіляра й у точках, що відповідають заданим температурам контактування (одне, два або три), упаяні металеві дротики, до зовнішніх кінців яких припаяні вивідні проводи, які йдуть до затискачів голівки термометра. При підвищенні температури термометра до заданої меніск ртутного стовпчика доходить до відповідного контакту і замикає електричний ланцюг.
Схема пристрою термометра ТПК із змінною точкою контактування і магнітним регулюванням контакту показана на рис. 5. Один контактний дріт упаюють у нижню частину капіляра, а інший - у верхню і через контактну спіраль електрично з'єднують з тонким пружним вольфрамовим дротом 5, прикріпленим до гайки 3. На верхньому кінці гвинта 4 знаходиться маленький магніт 2, який можна разом із гвинтом повертати за допомогою магніту 1, насадженого зовні на голівку термометра. При обертанні магніту 1 і гвинта 4 по годинній стрілці гайка піднімається, а при зворотному обертанні опускається. Одночасно піднімається або опускається дріт 5 (доти поки нижній кінець його не буде встановлений на необхідну температуру контактування). Верхня шкала термометра ТПК є допоміжною і служить для установки необхідної температури контактування при контакті нижнього обрізу гайки 3 з відповідною поділкою допоміжної шкали. Як видно з поперечного розрізу капіляра і гайки, форма їх перетину овальна, і тому гайка 3 не може повертатися при обертанні гвинта 4.
Щоб запобігти забрудненню й окислюванню контакти і меніск ртутного стовпчика електроконтактних термометрів, простір над ртутними стовпчиками заповнюють воднем і обмежують потужність, яка включається за допомогою контакту (струм не більш 0,5 мА, напруга до 0,3 В).