Биметаллические термометры

Измерение температуры.

Термометры.

Методическая разработка для выполнения

семинарских и практических занятий

Самара 2013.

Термометры: методическая разработка для выполнения семинарских и практических занятий/сост. В.Г.Уланов. Самара: Изд-во Самар. гос. эконом. универс. 2013. – 21с.

Методическая разработка предназначена для студентов направлений: «Торговое дело» по курсу «Стандартизация, метрология, подтверждение соответствия» и «Сервис» по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация» - с целью освоения знаний, приобретения умений и формирования компетенций в метрологии при подготовке их для профессиональной деятельности бакалавров. Может использоваться студентами других специальностей всех форм обучения.

Контроль температуры составляет основу многих технологических процессов. Как известно, температура является важнейшим технологическим параметром в пищевой промышленности. От нее зависят основные потребительские параметры, такие как вкус, цвет, вид, а также и производственные параметры, такие как время изготовления, сохранность, а в итоге объемы готовой продукции. Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных устройств, применяемых при научных исследованиях, в процессах производства разнообразной продукции, в медицине, а также для специальных целей.
Самые старые устройства для измерения температуры – жидкостные стеклянные термометры. Принцип действия их основан на тепловом расширении материалов: точнее – на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой оно находится.

Жидкостный термометр представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала), и нанесенной на толстостенный капилляр или жестко закрепленную пластину измерительной шкалой. Термометрическое вещество заполняет баллон и частично капиллярную трубку. Свободное пространство в капиллярной трубке и в запасном резервуаре заполняется инертным газом или может находиться под вакуумом. Запасной резервуар или выступающая за верхним делением шкалы часть капиллярной трубки служит для предохранения термометра от порчи при чрезмерном перегреве.

В зависимости от конструктивных форм различают 2 основных типа конструкция жидкостных термометров: палочные и с вложенной шкалой.

Палочные термометры имеют массивный (толстостенный) капилляр с внешним диаметром 6—8 мм, почти равным диаметру резервуара. Шкала у этих термометров наносится непосредственно на внешнюю поверхность капилляра.

Термометры с вложенной шкалой обладают большей инерционностью, чем палочные, но они более удобны для наблюдения при измерении температур в лабораторных и производственных условиях.

В качестве термометрического вещества чаще всего применяют химически чистую ртуть. Она не смачивает стекла, сравнительно легко получается в химически чистом виде и остается жидкой в широком интервале температур (от —38,87 до +356,58° С). К числу недостатков ртути следует отнести сравнительно малый коэффициент расширения и экологическую опасность в случае нарушения целостности стеклянного термометра.

Кроме ртути в качестве термометрического вещества в стеклянных термометрах применяются и другие жидкости, преимущественно органического происхождения. Например: метиловый и этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан, толуол, галлий и др. При измерении температуры термометрами, заполненными органическими жидкостями, необходимо иметь в виду, что они смачивают стекло, а вследствие этого понижается точность отсчета показаний.

а б

Рис.1. Термометры

а – палочный; б – с вложенной шкалой;

1 - резервуар; 2 - капилляр; 3 - шкала; 4- оболочка;

Жидкостные термометры применяются для измерения температур в области от -200°С до +750°С (табл.)

Таблица

Диапазоны измерения температур

Основные достоинства стеклянных жидкостных термометров – простота употребления и достаточно высокая точность измерения даже для термометров серийного изготовления. К недостаткам стеклянных термометров можно отнести: плохую видимость шкалы (если не применять специальной увеличительной оптики), определенную инерционность и невозможность автоматической записи показаний, передачи показаний на расстояние и ремонта.
У лабораторных и других термометров, градуируемых и предназначенных для измерения при погружении в измеряемую среду до отсчитываемого деления, могут возникать систематические погрешности за счет выступающего столбика термометра. Если капиллярная трубка будет погружена в измеряемую среду не полностью, то температура выступающей части капиллярной трубки будет отличаться от температуры измеряемой среды, в результате возникнет погрешность измерения

Рис.2. Жидкостные термометры:
а — комнатный термометр с наружной шкалой;
б — лабораторный термометр с вложенной шкалой, имеющий на шкале точку 0°С

Термометры стеклянные жидкостные по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы:

• образцовые;
• лабораторные и специального назначения (ГОСТ 215-57, ГОСТ 13646-68 и ГОСТ 5.1851-73);
• технические (ГОСТ 2823-73);
• метеорологические;
• термометры для сельского хозяйства;
• термометры бытовые.

Стеклянные жидкостные термометры, применяемые в технике, бывают следующих разновидностей:

• Термометры, применяющиеся без введения поправок к их показаниям (термометры широкого применения):
• ртутные термометры (от —35 до +600°С);
• жидкостные термометры с органическим наполнителем (от —185 до +300°С).
• Термометры, к показаниям которых вводятся поправки согласно свидетельству:
• ртутные термометры повышенной точности (от —35 до +600°С);
• ртутные термометры для точных измерений (от 0 до 500°С);
• жидкостные термометры с органическим наполнителем (от —80 до +100°С).

В качестве образцовых применяются следующие термометры:

• ртутные равноделенные 1-го разряда с диапазоном измерений 0—600°С;
• ртутные переменного наполнения 2-го разряда с диапазоном измерений 0—150°С;
• ртутные 2-го разряда с диапазоном измерений 0—600°С;
• ртутные 3-го разряда с диапазоном измерений 0—600°С.

Для повышения точности измерения температуры применяются термометры с укороченной шкалой. Термометры такого типа выпускаются в основном со вложенной шкалой с ценой деления от 0,01°С до 0,1°С в зависимости от температурного диапазона шкалы. В зависимости от схем установки производят термометры технические прямые и угловые (рис.).

Рис.3. Термометры – прямой и угловой.

Рис.4. Защитные оправы для стеклянных термометров.

Для монтажа и защиты от механических повреждений корпуса технических стеклянных термометров применяется защитные прямые и угловые оправы.

Корпус оправы, имеющий смотровое окно, с помощью двух винтов монтируется в нижнюю часть оправы. Нижняя часть оправы имеет метрическую резьбу. Детали оправы взаимозаменяемы.

Специальные термометры СП применяют для измерения температуры в установках или оборудовании специального назначения (для измерения температуры в условиях повышенной вибрации от 0 до +600°С: СП-1,СП-1А). Помещены в защитные металлические оправы.

Термометры лабораторные ТЛ, ТР предназначены для использования при выполнении различных лабораторных измерений и научных исследований. Диапазон измеряемых температур от -30 до +450°С. В эту группу входят приборы как лабораторного, так и общепромышленного назначения, включая позволяющие проводить измерения с повышенной точностью.

Термометры бытовые (ТБ-37, ТБ-37-1,ТБ-51) и сувенирные используют для измерения температуры воздуха в жилых помещениях, бытовых помещениях промышленных предприятий, офисах, банях, саунах, температуры воды в бассейнах, ваннах и других водоемах, а также температуры наружного воздуха. Термометры в сувенирном исполнении являются одновременно хорошим дополнением интерьера.

Термометры для испытания нефтепродуктов ТИН применяют для измерения температуры при испытаниях нефтепродуктов в процессе их производства и использования.

Стеклянный ртутный термометр медицинский максимальный типа ТБ-1Б применяют для измерения температуры человеческого тела. Конструкция с вложенной внутрь овальной оболочки шкальной пластиной из алюминия снабжена максимальным приспособлением в виде специального щелевого пережима в нижней части капилляра, не допускающего перетекания ртути в резервуар после измерения температуры.

Группа термометров специальной конструкции, предназначенных для метеорологических измерений главным образом на метеорологических станциях. Различные термометры в зависимости от назначения отличаются размерами, устройством, пределами измерений и ценой деления шкалы. ТМ-1 — для измерения максимальной температуры за определенный промежуток вре­мени в диапазоне от -35 до +50...

Термометры промышленные применяют для измерения температуры в промышленных установках или оборудовании. ТП-1 — для измерения температуры в пекарных камерах хлебопекарных печей в диапазоне от +100 до +350°С. ТП-6 — для измерения температуры окружающего воздуха в условиях полета летательных аппаратов и для стационарных измерений температуры воздуха в аэродромных службах и др.

Термометры сельскохозяйственные ТС разработаны для измерения температуры в лабораторных и производственных условиях различных отраслей сельского хозяйства и агропромышленного комплекса. Термометр ТС-2 - предназначен для искусственного осеменения и протравливания семян, определения температуры воздуха в лаборатории, а также для определения температуры при охлаждении, хранении и т.д.

Биметаллические термометры

Термометры биметаллические БТ предназначены для измерения температуры жидкостей и газов в отопительных и санитарных установках, в системах кондиционирования и вентиляции, а также для измерения температуры сыпучих и вязких сред в пищевой промышленности.

Принцип действия термометров БТ основан на зависимости деформации чувствительного элемента от измеряемой температуры. В качестве чувствительного элемента используется биметаллическая пружина. Биметаллическая пружина изготавливается из двух прочно соединенных металлических пластин, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. При изменении температуры биметаллическая пружина изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом линейного расширения, изгиб с помощью кинематического узла преобразуется во вращательное движение стрелки, показывающей измеряемое значение температуры по шкале термометра.

Биметаллические термометры состоят из круглого корпуса, в котором размещены циферблат и кинематический механизм со стрелкой, и биметаллического термочувствительного элемента в защитной трубке (термобаллона). Диапазоны показаний биметаллических термометров находятся в пределах от -70°С до +600°С.

Термометры биметаллические изготовляют: осевые и радиальные. Термометры биметаллические являются хорошей альтернативой широко распространенным жидкостным термометрам.

Относительным недостатком термометров биметаллических является их относительно более высокая, чем у жидкостных термометров стоимость и более длительное время срабатывания.

Термометры БТ нельзя использовать при вибрациях, которые вызывают колебания стрелки более 0,1 величины предела допускаемой основной погрешности.

Рис.5. Термометры биметаллические: осевой и радиальный

Термометры БТ имеют модификации, отличающиеся по конструктивному исполнению: общетехнические серий 111/211, коррозионностойкие серии
220 и общетехнические специальные.

Поиск по сайту: