Рідинні скляні термометри (стр. 2 из 9)
Збільшення об`єму термометричної рідини при нагріванні термометра від t до t, що витісняється у вимірювальний капіляр, повинен дорівнювати об`єму каналу капіляра між поділками tп і tк,
(3)Із формул (2) і (3) витікає
(4)Таким чином, довжина градусного інтервалу шкали термометра прямо пропорційна об`єму термометричної рідини (приблизно об`єму резервуара), видимому коефіцієнтові розширення рідини β і обернено пропорційна поперечному перерізу каналу капіляра S) Чим більша довжина градусного інтервалу, тим на більше число поділок може бути розділений градус і тим менша ціна розподілу і відповідно вища чутливість термометра і його точність. Як випливає з формули (2), при фіксованій довжині шкали L збільшення довжини градусного інтервалу може бути досягнуто лише при відповідному зменшенні діапазону шкали tк – tп термометра. Найбільш точні і високочутливі скляні ртутні термометри виготовляються з ціною розподілу 0,01-0,02 град і діапазоном шкали від 4-5 до 8-10оС. Для цих термометрів характерний великий об`єм резервуара і малий діаметр каналу капіляра. Однак мінімальна величина перетину каналу і максимальний обсяг резервуара обмежені певними межами.
Зі зменшенням перетину каналу капіляра зростає відносна величина сили тертя ртуті об його стінки, що діє на ртутний стовпчик при його русі по капіляру. Унаслідок цього у вузьких капілярах стовпчик ртуті рухається нерівномірно, стрибкоподібно, а при зниженні вимірюваної температури може розірватися. Тому при виготовленні ртутних термометрів використовують капіляри з діаметром каналу не менш 0,1 мм. При перевірці й експлуатації термометрів з вузьким каналом капіляра варто уникати вимірів при досить низьких температурах.
Щоб поліпшити видимість стовпчика термометричної рідини і полегшити відлік показників, у термометрах з малим поперечним перерізом каналу капіляра (наприклад, медичних) застосовують капіляри з овальним перерізом каналу або призматичні капіляри, що збільшують видиму ширину ртутного стовпчика.
Резервуари термометрів у більшості випадків виготовляють циліндричної або кулястої форми. При однаковому об`ємі резервуар циліндричної форми має велику поверхню, що знижує теплову інерційність термометра. Резервуари термометрів звичайно не виготовляють більше 2,5 см3. Лише у великогабаритних термометрів, які призначені для вимірювання температуру зовнішнього повітря, резервуари значно перевищують зазначену величину. Термометри ж, що мають широкий діапазон шкали, наприклад 0-600° С, характеризуються малим значенням l і великою ціною поділок шкали.
Скляні рідинні термометри по своїй конструкції поділяються на три види: термометри з вкладеною шкалою; паличкові і термометри з зовнішньою шкалою.
У термометрах із вкладеною шкалою прямокутна шкальна пластина і капіляр вкладені в скляну циліндричну (або овального перетину) оболонку, припаяну до резервуара. Шкальні пластини виготовляються переважно зі скла молочного кольору або алюмінію (у медичних термометрів). Кріплення шкальної пластини до оболонки і капіляра повинне забезпечити незмінне положення шкали та капіляра і його безпосереднє прилягання до шкальної пластини. Термометри з вкладеною шкалою найбільш поширені, тому що більш зручні для застосування.
У паличкових термометрах застосовують масивні товстостінні капілярні трубки і резервуар. Шкалу термометра наносять безпосередньо на зовнішній стінці капіляра травленням або іншим способом. Паличкові термометри в більшості випадків виготовляються з капілярів з білою емалевою смужкою, що служить фоном при відліку показників термометра, поліпшуючи видимість шкали і стовпчика термометричної рідини.
У термометрах із зовнішньою (прикладною) шкалою всі основні елементи термометра - шкальна пластина і капіляр з резервуаром, заповненим термометричною рідиною, жорстко закріплені на пластмасовій, дерев'яній або металевій основі. В окремих різновидах термометрів шкалу наносять безпосередньо на металеву основу, як, наприклад, у термометрів, що вимірюють температуру зовнішнього повітря. Один з найбільш розповсюджених термометрів із зовнішньою шкалою - кімнатний термометр.
На скляні рідинні термометри існує два загальних державних стандарти: ГОСТ 2045-43 „Термометри скляні ртутні” і ГОСТ 9177-59 „Термометри скляні рідинні (не ртутні)”, до яких установлені технічні вимоги: до матеріалів для виготовлення термометрів; до якості виготовлення окремих елементів термометра і всього термометра в цілому; до способу нанесення поділок і числових позначень шкали термометра і його маркірування: до величин відхилень показників у залежності від ціни поділки і температурного інтервалу.
Крім того, на скляні рідинні термометри встановлені спеціальні стандарти, що регламентують конструкцію і розміри, межі виміру, ціну поділок й інші технічні характеристики термометрів.
Відповідно до вимог ГОСТ 2045-43 ртутні термометри з верхньою межею виміру не вище 200° С можуть бути вакуумними або газонаповненими, а з верхньою межею виміру вище 200° С - тільки газонаповненими. У газонаповнених ртутних термометрів простір над ртутним стовпчиком у капілярі заповнюється інертним газом, наприклад азотом. При цьому тиск газу повинен бути тим більше, чим вища верхня межа виміру, це викликано необхідністю виключити паротворення ртуті в резервуарі при високих температурах. Наприклад, у ртутних термометрів з верхньою межею виміру 700°С тиск газу над ртутним стовпчиком повинен бути не менш 70 кгс/см2.
Високоградусні термометри виготовляються звичайно в двох конструктивних варіантах: з розширенням і без розширення у верхній частині капіляра. Термометри, що мають розширення, при виготовленні заповнюють інертним газом під високим тиском, на відміну від термометрів, що не має розширення, які заповнюють інертним газом під нормальним атмосферним тиском при температурі термометра 20°С. У таких термометрів унаслідок стиску газу ртутним стовпчиком, який піднімається, при підвищенні температури тиск над ртутним стовпчиком збільшується до необхідної величини.
За методом градуювання і застосування скляні рідинні термометри поділяються на дві груп: термометри, градуйовані при повному зануренні, і термометри, градуйовані при неповному (робочому) зануренні. До перших термометрів відносяться ті, у яких у вимірюване середовище занурюється резервуар і частина капіляра, заповнена термометричною рідиною. Таким чином, у міру підвищення температури глибина занурення термометра повинна збільшуватися. У цих термометрах уся термометрична рідина в резервуарі і капілярі має температуру вимірюваного середовища. До термометрів, градуйованих при неповному зануренні, відносяться ті, які і при градуюванні, і при вимірюванні повинні мати фіксовану глибину занурення, зазначену на шкалі термометра. Таким чином, у цих термометрах завжди частина капіляра, заповнена термометричною рідиною і не занурена у вимірюване середовище, отже, має температуру, відмінну від вимірюваної і близьку до температури навколишнього повітря.
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.