Жидкостный термометр схема: принцип действия, схема и т.д.

Термометры расширения

Термометры расширения – это приборы основаны на свойстве тел увеличивать свой объем при нагревании. Среди них различают: биметаллические, стержневые (дилатометрические), жидкостные (стеклянные).

9.4.1.1 Принцип действия биметаллического термометра показан на рис. 1.20. Биметаллическая пластина под действием температуры изгибается, что определяется различными коэффициентами теплового расширения двух металлов, из которых изготовлена пластина. Один конец пластины закреплен жестко, а второй соединен со стрелкой показывающего устройства.

Рисунок 9.20

 

9.4.1.2 Стержневые термометры используют линейное расширение стержня под действием температуры. Устройство такого термометра поясняет рис. 9.21.

 

Рисунок 9.21

 

Стержень погружен в тело контролируемого объекта и одним концом жестко закреплен в нем. При изменении температуры свободный конец стержня перемещается и через систему рычагов воздействует на стрелку показывающего устройства.

Дилатометрические термометры чаще применяют в качестве сигнализаторов или регуляторов. Для этого вместо стрелки в них встраивают реостатные датчики или контакты.

Дилатометрические термометры удобно применять для измерения температуры в шкафах и прилавках, где не требуется высокая точность измерения и применение жидкостных термометров нежелательно.

Дилатометрические термометры для измерений используются сравнительно редко. Обычно они изготовляются в виде температурных реле и применяются для электрической сигнализации предельных значений температуры, а также в схемах автоматического регулирования температуры. Дилатометрические термометры выпускают на пределы измерения до 500 0С.

К преимуществам дилатометрических термометров относятся высокая надежность и большие усилия, развиваемые чувствительным элементом. Последнее позволяет встраивать в дилатометры контактные устройства и использовать их в качестве термосигнализаторов и термодатчиков в системах автоматического регулирования и контроля температуры.

Дилатометрический термометр, например типа ТУДЭ, состоит из инварного стержня, латунной трубки и показывающей стрелки. Один конец инварного стержня жестко соединен с дном латунной трубки, а другой свободно перемещается. В зависимости от изменения температуры окружающей среды латунная трубка удлиняется или укорачивается. При этом свободный конец инварного стержня отклоняет стрелку прибора. Шкала прибора градуируется в 0С.

9.4.1.3 Жидкостные термометры – приборы для измерения температуры, основанные на тепловом расширении жидкости. Применяется в диапазоне температур от –200 до 750 0С. Жидкостные термометры представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в 0С наносится либо на толстостенный капилляр (т.н. палочный жидкостный термометр), либо на пластинку, жёстко соединённую с ним (жидкостный термометр с наружной шкалой). Жидкостный термометр с вложенной шкалой (например, медицинский) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Шкалы имеют цену деления от 10 до 0,01

0С. Термометрическая жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений жидкостный термометр заполняют пентаном (для измерения температуры от –200 до 35 0С), этиловым спиртом (от –80 до 70 0С), керосином (от –20 до 300 0С), ртутью (от –35 до 750 0С) и др. Наиболее распространены ртутные жидкостные термометры, т.к. ртуть остаётся жидкой в диапазоне температур от –38 до 356 0С при нормальном давлении и до 750 0С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Галлиевый жидкостный термометр позволяет измерять температуру в диапазоне от 30 до 1200 0С. Жидкостные термометры изготавливают из определенных сортов стекла и подвергают специальной термической обработке (старению), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, связанное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (поправку на смещение нуля шкалы необходимо вводить при точных измерениях). Точность жидкостного термометра определяется ценой делений его шкалы. Для обеспечения требуемой точности и удобства применения пользуются жидкостные термометры с укороченной шкалой; наиболее точные из них имеют на шкале точку 0
0
С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погружения жидкостного термометра в измеряемую среду. Погружать жидкостный термометр следует до отсчитываемого деления шкалы или до специально нанесённой на шкале черты (хвостовые жидкостные термометры). Если это невозможно, следует вводить температурную поправку на выступающий столбик.

Ртутные контактные термометры имеют дополнительные функциональные возможности и служат для измерения температуры и одновременно для преобразования отклонения температуры от заданного значения в электрическую величину.

Ртутные контактные термометры могут иметь постоянно впаянные или передвижные контакты. Термометр с магнитной перестановкой контактов ТКМП имеет две шкалы: верхняя – для настройки прибора на заданную температуру, нижняя – для измерения температуры.

Применяемые ртутные контактные термометры имеют ряд недостатков, главными из которых являются невысокая точность измерений при нестабильности показаний и термическая инерционность.

Ртутный контактный термометр ТПК является двухпозиционным датчиком температуры. Его применяют как регулятор температуры и как сигнализатор в схемах защиты отдельных узлов холодильных установок.

Ртутные контактные термометры ГЯ-104 с постоянными впаянными контактами имеют от одного до трех рабочих контактов и один нулевой. Рабочие контакты впаяны на высоте, при которой обеспечиваются заданные температуры размыкания и замыкания. Провода от контактов выведены к головке контактного термометра.

В стеклянных ртутных контактных термометрах, которые часто применяются в автоматизированных схемах, в капиллярную трубку впаяны два вольфрамовых проводника, а ртуть, перемещаясь в трубке, соединяет их, замыкает электрическую цепь и дает импульс.

При эксплуатации ртутных контактных термометров особое внимание обращают на состояние ртутного столбика. Так как замыкание электрической цепи в термометре происходит через ртуть, то для сохранения длительной работоспособности контактные термометры включают в схему исполнительных механизмов обязательно через промежуточное реле.


Узнать еще:

Энергетическое образование

2. Жидкостные и механические термометры

Одним из наиболее распространенных видов механических термометров являются жидкостные или жидкостные стеклянные термометры. В быту для измерения комнатной температуры и температуры человеческого тела часто встречаются жидкостные термометры.

Жидкостные термометры состоят из пяти принципиальных частей, это: шарик термометра, жидкость, капиллярная трубка, перепускная камера, и шкала.

Составные части жидкостного термометра.

Шарик термометра - это часть, где помещается жидкость. Жидкость реагирует на изменение температуры поднимаясь или опускаясь по капиллярной трубке. Капиллярная трубка представляет собой узкий цилиндр по которому перемещается жидкость. Часто капиллярная трубка снабжена перепускной камерой, которая представляет собой полость, куда поступает избыток жидкости. Если не будет перепускной камеры,то после того, как капиллярная трубка наполнится, создастся достаточное давление для того, чтобы разрушить трубку, если температура будет и дальше повышаться.

Шкала - это часть жидкостного термометра, с помощью которой снимаются показания. Шкала откалибрована в градусах. Шкала может быть закреплена на капиллярной трубке, либо она может быть подвижной. Подвижная шкала дает возможность ее регулировать.

Жидкостные термометры.

Принцип работы жидкостных термометров основан на свойстве жидкостей сжиматься и расширяться. Когда жидкость нагревается, то обычно она расширяется; жидкость в шарике термометра расширяется и двигается вверх по капиллярной трубке, тем самым показывая повышение температуры. И, наоборот, когда жидкость охлаждается, она обычно сжимается; жидкость в капиллярной трубке жидкостного термометра понижается и тем самым показывает понижение температуры. в случае, когда имеется изменение измеряемой температуры вещества, то происходит перенос теплоты - сначала от вещества, чья температура измеряется, к шарику термометра, а затем от шарика к жидкости. Жидкость реагирует на изменение температуры двигаясь вверх или вниз по капиллярной трубке.

Тип используемой жидкости в жидкостном термометре зависит от диапазона измеряемых термометром температур. В следующей таблице показан стандартный диапазон температур для трех наиболее распространенных жидкостей: ртути, сплава ртути и спирта.

Жидкость Диапазон по Цельсия
Ртуть от -39 до 600
Сплавы ртути от -60 до 120
Спирт от -80 до 100

Ртуть - это жидкость, которая используется во многих ртутных термометрах. Когда ртуть нагревается или охлаждается, то она расширяется или сжимается с устойчивым соотношением в широком диапазоне температур. Кроме того, уровень ртути легко считывается в стеклянных капиллярных трубках, так как ртуть не смачивает и не прилипает к трубке в отличие от других жидкостей.

Причина этого кроется в том, что молекулы ртути притягиваются к друг другу сильнее ,чем они прилипают к стеклу или другим материалам. Подобная несмачиваемость ртути вызывает образование выпуклого мениска

Ртуть, образующая выпуклый мениск.

Мениск - это искривленная поверхность столба жидкости. Выпуклый мениск закруглен, и его середина выше чем края. Когда показания снимаются с жидкостного ртутного термометра, то температура будет соответствовать линии на шкале, которая будет касаться вершины мениска.

Ртуть нельзя использовать для измерения температур ниже -39 градусов по Цельсию, так как это температура замерзания ртути. Однако, можно расширить диапазон измеряемых температур с использованием ртути и ниже - 39, если добавить в ртуть другую жидкость, например, таллий и создать ртутный сплав. Как и чистая ртуть, этот сплав ртути будет сжиматься и расширяться с устойчивым соотношением. Уровень сплава также легко виден в стеклянных капиллярных трубках ртутного термометра.

Единственным недостатком ртути является то, она опасна для здоровья и отравляет окружающую среду. Если ртутный термометр сломается, то необходимо строго следовать соответствующим процедурам, принятым на предприятии, в отношении утилизации и сбора разлившейся ртути.

В отличие от ртути, спирт образует вогнутый мениск. Молекулы спирта прилипают к стекляной капиллярной трубке сильнее, чем к друг другу. Показания с жидкостных термометров со спиртом необходимо снимать по линии, совмещенной с нижней частью мениска.

Вогнутый мениск, образуемый спиртом.

Механические термометры действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла.

У биметаллического термометра, как и у манометрических систем есть стрелка и шкала, с которой ведется отсчет показаний. Трубка биметаллического термометра служит в качестве контейнера , куда помещается для стержня и биметаллического элемента.

Части биметаллического термометра.

Биметаллический элемент биметаллического термометра изготовлен из двух различных металлов, которые сжимаются или расширяются с различной степенью при изменениях температуры. На рисунке ниже показан биметаллический элемент в виде стержня. Металл верхней части при нагревании расширяется больше, чем нижний, поэтому стержень изгибается. Металл наверху также сильнее сжимается при охлаждении и заставляет стержень изгибаться в противоположном направлении.

Биметаллический элемент реагирует на изменения температуры.

Часто биметаллические элементы биметаллических термометров имеют форму спирали. Большинство элементов биметаллических термометров должны раскручиваться при нагревании.

Однако это вовсе не обязательно. Некоторые, наоборот закручиваются при нагревании. Независимо от конструкции, направление движения элемента термометра будет известно и стрелка покажет изменения температуры. Элемент, показанный на рисунке ниже должен раскручиваться при нагревании. Когда этот спиральный элемент нагревается, то в ответ на повышение температуры он старается распрямиться. Подобное движение спирального элемента двигает стрелку в сторону более высоких показаний по шкале. Когда температура понижается, то спираль закручивается и стрелка двигается в сторону более низких показаний. Скручивание и распрямление спирального элемента пропорционально изменениям температуры.

Спиральный элемент реагирует на изменения температуры.

Спиральные элементы используются в биметаллических термометрах вместо элементов в виде стержня, так как спиральный элемент занимает меньше места, чем элемент прямой формы. Кроме того, спиральный элемент обеспечивает больший ход стрелки, что в свою очередь, означает большую чувствительность к изменениям температуры.

Иногда спиральные элементы оказываются слишком плоскими и широкими, чтобы их можно применять в промышленности. Например, измерение температуры технологической жидкости, проходящей по большой трубе достаточно затруднено, так как потребуется датчик достаточно большой длины, чтобы он сопроикасался с жидкостью. Для таких измерений температуры биметаллические термометры должны иметь удлиненный или длинный спиральный элемент. Удлиненный спиральный элемент носит название пространственной спирали или геликоида. Когда пронстранственная спираль нагревается, то она в результате раскручивается. Подобное раскручивание двигает ось, которая в свою очередь, передвигает стрелку по шкале в сторону более высоких показаний. При охлаждении пронстранственная спираль скручивается и двигает стрелку в сторону более низких показаний.

Геликоид реагирует на изменения температуры.

Элемент, показанный на рисунке ниже, представляет собой унифилярную спираль. Однако, некоторые биметаллические термометры используют многоступенчатые спирали. Многоступенчатые пространственные спирали состоят из двух или более концентрических витков (витков внутри других витков), но тем не менее, это один биметаллический элемент. Многоступенчатая пронстранственная спираль работает по такому же принципу, как и унифилярная спираль. Она раскручивается при увеличении температуры и скручивается при понижении температуры. Многоступенчатая пронстранственная спираль занимает меньше места чем унифилярная спираль, но она способна обеспечить больший ход стрелки, чем унифилярная спираль аналогичного размера. По этой причине многоступенчатые пространственные спирали используются вместо унифилярных спиралей для измерений температуры внутри очень узких труб, или там, где нет места для погружения биметаллического термометра с более длинной унифилярной спиралью.

Многоступенчатые пространственные спирали.

Такого типа термометры можно часто встретить в повседневной жизни.

Оконный механический термометр.

Жидкостный термометр - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Жидкостный термометр

Cтраница 1

Жидкостные термометры выполнены в виде стеклянного резервуара, наполненного жидкостью, в качестве которой используют ртуть и органические жидкости: этиловый спирт, толуол и др. Наиболее широко применяются ртутные термометры, ак как они имени широкий диапазон измерения температуры. Термометры с орыьическими жидкостями применяют лишь для измерения низких температур.  [1]

Жидкостные термометры применяются для измерения температур в пределах от - 100 до 500 С. Термометры, в которых в качестве термометрической жидкости используется ртуть, применяются для измерения температур от-35 до 500 С.  [3]

Жидкостные термометры построены на принципе теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре. В качестве рабочих веществ применяют ртуть и органические жидкости - этиловый спирт, толуол, пентан. В зависимости от вида рабочего вещества жидкостные термометры подразделяют на ртутные и нертутные.  [4]

Жидкостные термометры являются наиболее простыми приборами. Диапазон измерения температуры для жид-костно-стеклянных термометров составляет от - 200 до 1200 С.  [5]

Жидкостные термометры представляют собой устройство, в котором расширяющаяся под воздействием тепла жидкость поднимается по капиллярному столбику. По величине подъема жидкости судят о температуре среды, в которую погружен термометр.  [6]

Жидкостные термометры градуируются при определенных температуре капилляра и высоте расположения термопатрона над прибором, поэтому высота и температура, обычно указанные в паспорте прибора, должны сохраняться и при его установке.  [7]

Жидкостные термометры по своему назначению делятся на лабораторные и технические. Ртутные лабораторные стеклянные термометры конструктивно выпускают двух типов: А - палочные, представляющие собой массивную капиллярную трубку с награвированной на внешней поверхности шкалой; Б - с вложенной шкальной пластиной.  [8]

Жидкостные термометры очень чувствительны к температуре среды, окружающей соединительный капилляр и манометрическую пружину. Поэтому при длине капилляра свыше 7 м обычно включается специальное компенсационное устройство. Присущая жидкостным термометрам гидростатическая погрешность определяется указанным выше способом.  [9]

Жидкостные термометры очень чувствительны к изменению температуры.  [10]

Жидкостные термометры, так же как и газовые, имеют равномерную шкалу.  [11]

Жидкостные термометры бывают разных размере и форм, смотря по назначению. Цена деления на их шкале тоже различна: 1 С, 0 1 С, иногда даже 0 01 С.  [13]

Жидкостные термометры применяются для измерения температур в пределах от - 100 до 650 С.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

Как правильно выбрать термометр - Гиды по покупкам DirectIndustry

Переносной термометр производителя CHAUVIN ARNOUX

Электронные контактные термометры состоят из чувствительного элемента (датчика) и электронной схемы, которая преобразует электрический сигнал от чувствительного элемента в измерение температуры, которое отображается на дисплее.

Существует три типа электронных термометров:

Термометры сопротивления

Электрическое сопротивление металлического проводника изменяется в зависимости от его температуры.  Термометры сопротивления изготавливаются путем намотки проволоки с известным электрическим сопротивлением; измерение изменений их сопротивления позволяет определить их температуру.

Для изготовления датчиков используются различные металлы: медь, никель, платина и др. Каждый металл имеет свой диапазон применения. Наиболее известными являются платиновые датчики PT100 и PT1000, сопротивление которых при 0°C составляет 100 и 1000 Ом соответственно.

Преимущества:

  • Эти термометры очень точные и используются в качестве эталонных термометров.
  • Датчики сопротивления обеспечивают наиболее регулярный сигнал по сравнению с другими электронными датчиками.
  • У них широкий диапазон измерений (от -250 до 1100°C в случае платиновых датчиков).

Недостатки:

  • Время отклика медленнее по сравнению с термопарами.
  • Они обладают высокой стоимостью.
  • Датчики сопротивления более громоздкие.

Термисторные термометры

Термистор — это полупроводник (из спеченных оксидов металлов), электрическое сопротивление которого сильно изменяется в зависимости от температуры (в 10 раз больше, чем у платинового датчика).

Различают два типа термисторов:

  • NTC (с отрицательным температурным коэффициентом), сопротивление которых уменьшается с повышением температуры; они используются при температуре от -200 до 1000°C,
  • и PTC (с положительным температурным коэффициентом), сопротивление которых увеличивается с повышением температуры; они используются при температуре от 0 до 100°C.

Преимущества:

  • Термисторные термометры более чувствительны, чем датчики сопротивления.
  • Термисторные термометры более компактные, чем датчики сопротивления.

Термометры с термопарой

Термопара основана на эффекте Зеебека и состоит из двух проволок, точечносваренных между собой и изготовленных из различных металлов. Термопара позволяет измерить температуру в месте сварного соединения проволок.

Существуют различные виды термопар, каждая из которых обозначается специальной буквой и состоит из различных пар металлов с присущими им чувствительностью и диапазоном измерений.

Обозначение Сплав Диапазон температур
J Fe/Cu-Ni (константан) -210/1200°C
K  Ni-Cr (хромель)/Ni-Al (алюмель) -270/1372°C
T Cu/Cu-Ni (константан) -270/400°C
E Ni-Cr(хромель)/Cu-Ni (константан) -270/1000°C
N Ni-Cr-Si (нихросил)/Ni-Si (нисил) -270/1300°C
S Pt-10%Ro/Pt -50/1768°C
R Pt-13%Ro/Pt -50/1768°C
B Pt-30%Ro/Pt 0/1820°C
C Tu-Rhe 5%/Tu-Rhe 26% 0/2320°C

Преимущества:

  • Термометры с термопарой имеют быстрое время отклика
  • Разные пары покрывают широкий диапазон измерений от -270 до 2000°C.
  • Эта технология обладает невысокой стоимостью.

Главное достоинство электронных термометров заключается в большом разнообразии конфигураций: стационарные технологические термометры, переносные контрольные устройства, дистанционные датчики и т. д.

Манометрические термометры. Устройство. Принцип действия.

Манометрические термометры по принципу действия могут быть разделены на два типа: 1) газовые и жидкостные и 2) паровые.

Рис. 269. Схема устройства манометрического термометра: 1 - термометрический баллон; 2 — капиллярная трубка; 3 — полая манометрическая пружина; 4 — тяга; 5 — зубчатый сектор; 6— стрелка; 7—шкала.

Манометрические термометры предназначены для дистанционного измерения и регистрации температуры газов, паров и жидкостей. В некоторых случаях манометрические термометры изготавливаются со специальными устройствами, преобразующими сигнал в электрический и позволяющими производить регулирование температуры. 

В основу действия манометрических термометров положена зависимость давления рабочего вещества в замкнутом объеме от температуры. В зависимости от состояния рабочего вещества различают газовые, жидкостные и конденсационные термометры.  Конструктивно они представляют собой герметичную систему, состоящую из баллона, соединённого капилляром с манометром. Термобаллон погружается в объект измерения и при изменении температуры рабочего вещества происходит изменение давления в замкнутой системе, которое через капиллярную трубку передается на манометр. В зависимости от назначения манометрические термометры бывают самопишущими, показывающими, бесшкальными со встроенными преобразователями для дистанционной передачи измерений.  Достоинство данных термометров является возможность их применения на взрывоопасных объектах. К недостаткам относится невысокий класс точности измерения температуры (1,5, 2,5), необходимость частой периодической поверки, сложность ремонта, большие размеры термобаллона.

Термометрическим веществом для газовых манометрических термометров служит азот или гелий. Особенностью таких термометров является достаточно большой размер термобаллона и, как следствие, значительная инерционность измерений. Диапазон измерения температур составляет от -50 до +600°С, шкалы термометров равномерны.  Для жидкостных манометрических термометров термоэлектрическим веществом является ртуть, толуол, пропиловый спирт и т.д. Благодаря большой теплопроводности жидкости, такие термометры менее инерционны по сравнению с газовыми, но при сильных колебаниях температур окружающей среды погрешность приборов выше, вследствие чего при значительной длине капилляра для жидкостных манометрических термометров применяют компенсационные устройства. Диапазон измерения температур (при ртутном заполнении) составляет от -30 до +600°С, шкалы термометров равномерны. В конденсационных манометрических термометрах применяются легкокипящие жидкости пропан, этиловый эфир, ацетон и т.д. Заполнение термобаллона происходит на 70%, оставшуюся часть занимает пар термоэлектрического вещества.  Принцип работы конденсационных термометров основан на зависимости давления насыщенного пара низкокипящей жидкости от температуры, что исключает влияние изменения температуры окружающей среды на показания термометров. Термобалоны данных термометров достаточно малы, как следствие, эти термометры наименее инерционны из всех манометрических термометров. Также конденсационные манометрические термометры обладают высокой чувствительностью, связи с нелинейной зависимостью давления насыщенного пара от температуры. Диапазон измерения температур составляет от -50 до +350°С, шкалы термометров не равномерны.

70.       Жидкостный, дилатометрический и биметаллический термометры: области применения, схемы измерения, принцип действия, основные расчетные соотношения.

 

 

 

Дилатометрический термометр (схема 1, б в табл. 1) состоит из па­трона 1, штока 2 и пружины 3. Патрон и шток изготовляются из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения а1а2. Обычно

шток изготовляют из инвара                                           а патрон — из дюралюмина

 

Биметаллические термометры (схема 1, в в табл. 1) также основаны на тепловом расширении твердых тел, состоящих из сваренных или спаянных пластин с разными коэффициентами расширения. При нагревании биметал­лических элементов происходит деформация, которая используется для при­ведения в действие указательной системы. Для плоской биметаллической пластины перемещение ее свободного конца у при консольном закреплении будет

 

 

 

—длина и общая толщина пластины: а1 и а2— температурные коэффи­циенты линейного расширения сваренных пластин. Биметаллические термо­метры применяются в качестве элементов компенсации температурных по­грешностей приборов, а также в качестве чувствительных элементов в регу­ляторах температуры.

Термометры расширения основаны на принципе прямого преоб­разования сигналов:- деформация элемента; l— переда­точная характеристика; ф — угол отклонения стрелки.

Манометрические термометры (схема 2 в табл. 1) бывают трех типов. В первом типе патрон 1, капиллярная трубка 4 и манометрическая коробка 5 за­полнены хорошо расширяющейся жидкостью (ртутью, керосином, лигроином и др.). Диапазон измерения этих приборов, от 0 до 300 °С.

Второй тип манометрических термометров основан на свойстве насы­щенных паров некоторых низкокипящих жидкостей (метилхлорида, этилхло-

 

Измерение температуры

Навигация:
Главная → Все категории → Производство железобетонных изделий

Измерение температуры Измерение температуры

Для того чтобы технологический процесс протекал оптимально и экономически более выгодно, в большинстве случаев необходим постоянный контроль теплового режима процесса. К таким процессам относят термообработку железобетонных изделий, твердение асбоцементных изделий и др.

Термометры расширения. Принцип работы термометров расширения основан на использовании свойства тел при изменении температуры изменять свой объем, а следовательно, и линейные размеры. К числу этих термометров относятся:
— жидкостные стеклянные термометры, действие которых основано на использовании различных коэффициентов объемного расширения жидкости (ртуть, спирт) и стекла при изменении температуры;
— биметаллические термометры, действие которых основано на Учете различных коэффициентов линейного удлинения пластины, состоящей из двух металлов или сплавов, имеющих различный коэффициент температурного расширения;
— дилатометрические (стержневые) термометры, действие которых основано на различии при изменении температуры коэффициентов линейного удлинения двух стержней, когда они расположены рядом или один в другом.

Рис. 1. Термометры расширения:
а — схема жидкостного термометра и его условные изображения в схемах; б — схема биметаллического термометра и его условное изображение; в — схема дилатометрического термометра и его условное изображение

Жидкостные термометры широко применяют для измерения температур в производстве железобетонных изделий, что объясняется простотой их устройства и легкостью измерения. К группе жидкостных стеклянных термометров относятся ртутные и спиртовые термометры. Для измерения температур ниже —30 °С применяют термометры расширения с органическими жидкостями. В качестве жидкостей используют толуол, этиловый спирт и пентан.

Ртутными термометрами можно не только измерять температуру, но и сигнализировать о заданных значениях температур. Ртутный термометр состоит из капиллярной трубки с баллончиком для ртути, шкалы, защитной оболочки и контактов. Такие параметры имеют- впаянные контакты или подвижные контакты.

У термометра с подвижным контактом в баллоне находится шпилька, которая опускается или поднимается винтом при вращении постоянного магнита. Шпилька представляет собой токо-проводящую систему, по которой проходит ток. Контактную шпильку устанавливают на определенной высоте, на которой столбик ртути соприкасается с ней. Контактные термометры применяют для контроля и регулирования температуры.

Жидкостные термометры очень просты по устройству и в эксплуатации. Они дают сравнительно точные показания при замерах температур, но имеют вместе с тем ряд недостатков: эти термометры хрупки, обладают определенной инерцией в показаниях, при замерах из-за плохой видимости мениска ртути или спирта в капилляре для них требуется хорошее освещение.

Биметаллический термометр представляет собой пластину, изготовленную из двух слоев металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. Два металла скрепляют между собой, что позволяет получить при увеличении температуры изгиб (перемещение) пластинки в сторону материала, имеющего меньший коэффициент линейного расширения. В дилатометрических термометрах также используют принцип расширения твердых тел.

Дилатометрический термометр состоит из трубки, внутри которой находится стержень. Трубка и стержень изготовлены из металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. В большинстве случаев трубки выполняют из латуни, а стержни — из инвара, у которого коэффициент линейного расширения в 18 раз меньше.

Инварный стержень приваривается в конце трубки, что позволяет при изменении температуры перемещаться свободному концу стержня. Таким путем изменение температуры преобразуется в перемещение конца стержня. Для увеличения этого перемещения применяют рычажную систему, которая повышает чувствительность прибора.

Манометрические термометры. Для дистанционного измерения температуры применяют манометрические термометры. Они позволяют измерять температуру на расстоянии до 50 м от места установки измерительного прибора.

Принцип действия манометрических термометров основан на использовании свойства жидкости, газа или пара изменять давление в замкнутом объеме в зависимости от изменения температуры.

Рис. 2. Манометрический термометр:
а — схема термометра; б — условное изображение в схемах

Рис. 3. Термометр сопротивления:
а — схема; б — условное изображение в схемах

Манометрический термометр состоит из термобаллона, заполненного рабочим веществом, капиллярной трубки, трубчатой пружины и шкалы, на которой нанесены соответствующие значения температуры. Все три элемента герметически соединены между собой. Рабочим веществом может быть газ, жидкость или система из жидкости, насыщенной паром. Соответственно с этим различают три вида манометрических термометров: газовые, паровые и жидкостные.

Термометры сопротивления. В термометрах сопротивления используется свойство металлов и полупроводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры.

Термометры сопротивления выпускают проволочные и полупроводниковые (термисторы). Для проволочных термометров сопротивления используют платину или медь.

Электрическое сопротивление платиновой проволоки при нагревании от 0 до 500° С увеличивается почти в 3 раза, медной проволоки при нагревании от 0 до 100° С — в 1,5 раза.

Термометр сопротивления состоит из сердечника, выполненного из электроизоляционного материала. На сердечник намотана платиновая проволока диаметром 0,05 мм или медная диаметром 0,1 мм. Для предохранения от механических повреждений чувствительный элемент термометров сопротивления помещают в защитную арматуру.

Рис. 4. Вторичный прибор для термометра сопротивления — логометр:
а — схема прибора; б — общий вид

В комплекте с термометрами сопротивления в качестве вторичных приборов могут работать приборы, измеряющие сопротивление: логометры или автоматические электронные мосты (компенсаторы).

Логометры — это приборы магнитоэлектрической системы. В магнитном поле постоянного магнита находится подвижная система со стрелкой.

Принцип их действия основан на учете взаимодействия магнитных полей двух скрещенных рамок с полем постоянного магнита. Рамки, на которых намотаны катушки, расположены таким образом, что их вращающие моменты и М2 направлены-навстречу друг другу. Подвижная система при этом поворачивается в сторону большего момента. Для питания логометра служит батарея Е.

В качестве вторичных приборов для работы с термометрами сопротивления применяют упомянутые ниже электронные автоматические компенсаторы. Эти приборы имеют повышенную точность – измерения — класса 0,25 и 0,5. Изготовляют их как одноточечными, так и многоточечными: для 3, 6, 12 и 24 точек контроля одним прибором.

Электронные компенсаторы не только указывают измерение величины (приборы типа КПМ), но и фиксируют результаты измерений. Регистрация производится на ленточной диаграмме прибора КСМ-1, КСМ-2 и КСМ-4 и на дисковой диаграмме прибора КСМ-3. Электронный компенсатор состоит из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя и отсчетного устройства.

Измерительная схема электронного компенсатора КМ (компенсатор с мостовой схемой) представляет собой электрический уравновешенный мост. Преимущество измерительных схем, использующих уравновешенный мост, состоит в том, что на их показания не влияет изменение величины напряжения источника питания в достаточно широких пределах.

Два плеча моста состоит из резисторов с постоянной величиной сопротивления. Третье плечо моста выполнено из переменного сопротивлёния (реохорда). Термометр сопротивления ТС, сопротивление которого должно быть определено, включается в четвертое плечо моста. К одной диагонали моста (точки А и Б) подводится ток от источника питания, а в другую диагональ (точки В и Г) включается электронный усилитель, который в данной схеме выполняет роль нуль-индикатора. Назначение нуль-индикатора — посредством электрического двигателя, включенного на его выход, воздействовать на движок реохорда и поддерживать измерительную схему компенсатора в равновесии.

Если разность потенциалов точек В и Г будет равна нулю, ток не станет протекать через нуль-индикатор, двигатель не будет перемещать передвижной контакт (движок) реохорда.

При изменении измеряемой температуры сопротивление термометра изменится и мост разбалансируется. В точках В и Г появится напряжение, которое попадет в нуль-индикатор. Для восстановления равновесия соотношения сопротивлений плеч моста при постоянных резисторах необходимо изменить величину сопротивления реохорда. Двигатель будет перемещать контакт реохорда до тех пор, пока на вход нуль-индикатора будет поступать сигнал разбаланса моста (с точек Г и В).

Полярность входного сигнала, поступающего в усилитель, зависит от величины сопротивления термометра по отношению к сопротивлению реохорда в момент равновесия схемы. Входной сигнал усилителя заставляет двигатель вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Двигатель связан с подвижным контактом реохорда и указателем, являющимся отсчетным устройством прибора.

Рис. 5. Вторичный прибор для термометра сопротивления — электронный мост:
а — схема прибора; б — общий вид прибора КСМ-2

Двигатель перемещает подвижный контакт реохорда до тех пор, пока измерительная схема моста не придет в новое равновесие и входной сигнал не станет равным нулю. Тогда двигатель остановится, а подвижный контакт реохорда и указатель займут положение, соответствующее температуре термометра сопротивления.

Таким образом в автоматических электронных компенсаторах с мостовой схемой измерительное устройство следит за изменением температуры термометра сопротивления.

Многоточечный прибор имеет переключатель, автоматически подключающий к измерительной схеме поочередно все присоединенные к прибору термометры сопротивления.

В измерительную схему автоматического компенсатора может подаваться переменный или постоянный ток. Переменный ток напряжением 6 и 3В и частотой 50 Гц получают с обмотки трансформатора электронного усилителя. В этом случае напряжение разбаланса моста подается непосредственно на вход электронного усилителя и усиливается.

Термометры сопротивления, питаемые переменным током, являются взрывоопасными, так как из-за сравнительно большой мощности их источника питания при разрыве цепи термометра может образоваться искра.

Для подачи в измерительную схему автоматического компенсатора постоянного тока используют батарею напряжением 1,5 В. При использовании батареи возникает необходимость перед подачей напряжения разбаланса на вход усилителя применить устройство — вибропреобразователь. Назначение его — преобразовывать постоянный ток, поступающий с измерительной схемой, в переменный ток частотой 50 Гц, который можно подавать на вход электронного усилителя.

Термоэлектрические термометры. Термоэлектрическим термометром называют термопару. Принцип работы термопары состоит в следующем. Если составить замкнутую цепь из двух разнородных проводников и нагреть один ее спай, то в цепи возникнет электрический ток.

Спай, погружаемый в измеряемую среду, называют рабочим или горячим спаем термопары; второй спай носит название свободного или холодного. Ток появляется за счет того, что в межмолекулярном пространстве любого проводника имеются свободные электроны, количество которых в единице объема материала зависит от рода проводника и от его температуры. С увеличением температуры числс свободных электронов увеличивается, однако у различных проводников увеличение количества электронов с повышением температуры будет различным.

Если соединить два разнородных металла, между ними начнется взаимное проникновение свободных электронов. Из проводника, имеющего большее количество свободных электронов, последние будут переходить в большем количестве, чем из проводника с меньшим их числом. Между свободными концами этих проводников появится разность потенциалов, возникнет э. д. с. С увеличением температуры количество взаимно проникающих электронов увеличится, а следовательно, возрастет э. д. с.

Таким образом, если для термопары экспериментально, т. е. путем ее градуировки, найдена зависимость между температурой и термо-э. д. е., то измерение неизвестной температуры сводится к определению э. д. с. термопары. Эта величина невелика (она составляет 0,01—0,06 мВ на 1 °С), но достаточна для измерения посредством измерительного прибора.

Конструктивно термопара представляет собой две проволоки из разнородных металлов, нагреваемые концы которых скручивают, а затем сваривают.

Термоэлектроды изолируют фарфоровыми трубками и помещают в защитный чехол.

Для изготовления термопар используют проволоку диаметром от 0,5 до 3,2 мм. Защитные чехлы для температур до 1000° С изготовляют из стали, а для более высоких температур — из фарфора. Для определения температуры в месте установки термопары необходимо измерить величину развиваемой этой термопарой э. д. с. Измерение этой величины производится вторичными приборами.

В качестве вторичных приборов для работы с термоэлектрическими термометрами (термопарами) применяют милливольтметры или автоматические электронные компенсаторы.

Принцип действия милливольтметра основан на учете взаимодействия тока, протекающего, по рамке под действием э. д. с. термопары, с магнитным полем постоянного магнита, в котором эта рамка помещена. Рамка прибора, состоящая из изолированной проволоки, находится между полюсами постоянного магнита. Когда по рамке протекает постоянный ток, в ней создается магнитное поле, которое в результате взаимодействия с магнитным полем постоянного магнита поворачивает рамку.

Рамка соединена со стрелкой и может поворачиваться вокруг сердечника. У рамки расположены две противодействующие пружины. Один конец пружины прикреплен к рамке и соединен с ее обмоткой; второй конец пружины прикреплен к оси рычага корректора нуля. Через эти пружины поступает ток в рамку милливольтметра от термопары.

Рис. 6. Термопара:
а — схема; б — условное изображение термопары в схемах в комплекте со вторичными приборами

Рис. 7. Вторичный прибор для термопары — милливольтметр:
а — схема прибора; б — общий вид милливольтметра показывающего

Наиболее совершенным методом для измерения малых э. д. с. является компенсационный метод измерения. Принцип компенсационного метода измерения заключается в уравновешивании неизвестной измеряемой э. д. с. заранее известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока. Для измерения малых э. д. с. компенсационным методом применяют приборы, называемые потенциометрами или компенсаторами.

Принципиальная схема измерения э. д. с. термопары компенсационным методом заключается в следующем. Источник тока подключен к реохорду. Встречно через миллиамперметр, называемый нуль-прибором НП, к реохорду подключена термопара. При некотором положении ползунка, когда напряжение между точками АБ реохорда равно э. д. с. термопары; ток в цепи нуль-прибора будет равен нулю. По положению ползунка можно определять величину измеряемой э. д. с. Таким образом, если с ползунком связать стрелку, то она по шкале может определить э. д. с. термопары. Если шкала будет проградуирована в градусах, то измеряемую температуру отсчитывают в градусах.

При таком методе измерения сопротивление соединительных проводов, переходных контактов и самого нуль-прибора не оказывает влияния на результат измерения, так как отсчет производится при полной компенсации, когда ток в измерительной цепи равен нулю. Однако для того, чтобы одно и то же положение ползунка 5 в момент полной компенсации всегда точно соответствовало одной и той же величине измеряемой э. д. е., необходимо, чтобы напряжение на сопротивлении было постоянным.

Рис. 8. Схема измерения э. д. с. компенсационным методом

Для работы в измерительных схемах компенсаторов применяются источники питания со стабилизированным выходным напряжением (ИПС), которое подается на измерительный реохорд. Такой источник с‘помощью полупроводникового элемента — стабилитрона — поддерживает постоянное напряжение в измерительной схеме.

В качестве вторичных приборов для работы с термопарами широко используют электронные автоматические компенсаторы. Эти приборы основаны на разобранном выше компенсационном методе измерения э. д. е., имеют повышенную точность измерения: их класс 0,25; 0,5 и 1,0. Кроме того, они могут показывать и регистрировать результаты измерения. Количество точек контроля одним прибором может быть 1; 3; 6; 12 и 24.

Электронный компенсатор, использующий метод компенсации э. д. с. (иногда его называют также потенциометрическим методом), состоит из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя и отсчетного устройства.

Измерительная схема прибора представляет собой мост, где э. д. с. термопары подводится к точкам А измерительного моста и компенсируется встречной разностью потенциалов. Мост питается током от стабилизированного источника питания ИПС. Такой источник питания подключен к точкам В и Г моста. В схему моста включен реохорд. В цепь же термопары включены первичная обмотка входного трансформатора вибропреобразователя, назначение которого состоит в преобразовании постоянного тока измерительной схемы в переменный. Полученный с помощью вибропреобразователя переменный ток усиливается электронным усилителем.

Рис. 9. Вторичный прибор для работы с термопарами
1 — электронный компенсатор: 2 — измерительная схема; б — общий вид регистрирующего компенсатора КСП-4

Усиленное напряжение подается на двигатель. Направление тока в измерительной схеме определяет направление вращения двигателя. Электродвигатель перемещает движок реохорда и одновременно измерительную стрелку.

Промышленность выпускает компенсаторы для работы с термопарами, показывающие КПП с дисковой шкалой и с вращающейся КВП. Кроме того, имеются регистрирующие компенсаторы, записывающие результаты измерения на ленточной диаграмме КСП-1, КСП-2, КСП-4, а также на дисковой диаграмме КСП-3. Измерительные схемы указанных приборов принципиально не отличаются друг от друга.


Похожие статьи:
Поверка регулирующего клапана с мембранным исполнительным механизмом

Навигация:
Главная → Все категории → Производство железобетонных изделий

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Принцип работы стеклянного термометра

Жидкостный стеклянный термометр - это наиболее часто используемый прибор для измерения температуры, недорогой в изготовлении и простой в использовании.

Жидкостный стеклянный термометр имеет стеклянную колбу, прикрепленную к герметичной стеклянной трубке (также называемой стержнем или капиллярной трубкой).

Очень тонкое отверстие, называемое отверстием, идет от баллона и проходит вниз по центру трубки.

Колба обычно наполнена ртутью или спиртом красного цвета и может свободно расширяться и подниматься в трубку при повышении температуры, а также сжиматься и двигаться вниз по трубке при понижении температуры.

В жидкостных стеклянных термометрах (LIG) термочувствительный элемент представляет собой жидкость, содержащуюся в градуированной стеклянной оболочке.

Для измерения температуры используется принцип кажущегося теплового расширения жидкости.

Типичный жидкостный стеклянный термометр показан на рисунке ниже.

Фон стеклянной трубки покрыт белой эмалью, а передняя часть стеклянной трубки образует увеличительное стекло, которое увеличивает столб жидкости и облегчает считывание температуры.

На рисунке ниже (слева) изображен полностью стеклянный термометр со шкалой, выгравированной на стержне.

Жидкость в стеклянных термометрах хрупкая и для промышленного использования термометр установлен в защитном корпусе, а шкала выгравирована на отдельной пластине, которая является частью защитного футляра.

Промышленный термометр показан на рисунке ниже (справа).

В основном это:

  • Колба, которая действует как емкость для действующей жидкости, где она может легко расширяться или сжиматься в объеме.
  • Шток, «стеклянная трубка, содержащая крошечный капилляр, соединенный с колбой и расширенный внизу в колбу, частично заполненную рабочей жидкостью».
  • Температурная шкала, которая в основном предварительно установлена ​​или отпечатана на штанге для отображения показаний температуры.
  • Точка отсчета, т. Е. Точка калибровки, которая чаще всего является точкой обледенения.
  • Рабочая жидкость, обычно представляющая собой ртуть или спирт.
  • Инертный газ, в основном аргон или азот, который заполняют внутри термометра над ртутью, чтобы уменьшить его улетучивание.

Жидкости, используемые в стеклянных термометрах

Преимущества

Ниже приведены основные преимущества использования жидкостных стеклянных термометров:

  • Они сравнительно дешевле, чем другие приборы для измерения температуры.
  • Они удобны и удобны в использовании.
  • В отличие от электрических термометров, они не требуют источника питания или батарей для зарядки.
  • Их можно часто применять в областях, где есть проблемы с электричеством.
  • Они обеспечивают очень хорошую повторяемость, и их калибровка остается неизменной.

Ограничения

Использование жидкостных стеклянных термометров также имеет следующие ограничения:

  • Считается, что они не подходят для приложений, связанных с чрезвычайно высокими или низкими температурами.
  • Они не могут применяться в регионах, где желательны высокоточные результаты.
  • По сравнению с электрическими термометрами они очень хрупкие и хрупкие.Поэтому с ними нужно обращаться с особой осторожностью, потому что они могут сломаться.
  • Кроме того, они не могут предоставлять цифровые и автоматизированные результаты. Следовательно, их использование ограничено областями, где достаточно только ручного считывания, например, домашнего термометра.
  • «Показания температуры следует записывать сразу после снятия, поскольку на стеклянный термометр может повлиять температура окружающей среды, тепло, выделяемое рукой, держащей его, чистка и т. Д. Эту температуру следует записывать, потому что стеклянный термометр не позволяет вспомнить измеренная температура.”
  • Измерение температуры жидкостным стеклянным термометром требует отличного зрения.
  • Жидкий элемент, содержащийся в стеклянном термометре, может быть опасным для здоровья из-за возможного разлива химических веществ.
  • Эти термометры отображают температуру по шкале Цельсия или Фаренгейта. Таким образом, преобразование температуры может потребоваться, если требуется показание температуры в какой-либо другой шкале.
Типы жидкостей в стеклянных термометрах

Существует два основных типа стеклянных жидкостных термометров, перечисленных ниже:

  1. Термометры ртутные
  2. Термометры спиртовые

Ртутные термометры

Этот тип термометра был разработан немецким физиком по имени Даниэль Габриэль Фаренгейт .

Он состоит из ртути в виде жидкости, заполненной стеклянной трубкой. На корпусе стеклянной трубки имеются калиброванные метки, облегчающие считывание температуры.

Колба, образованная на одном конце термометра, содержит большую часть ртути.

Расширение и сжатие этого размера ртути затем увеличивается в чрезвычайно тонком отверстии стеклянной трубки. Это помогает повысить чувствительность термометра.

Обычно область над ртутью заполнена инертными газами, такими как азот.Однако и эту зону можно покинуть.

Доступны различные типы стеклянных ртутных термометров. «Максимальный термометр - это уникальный вид ртутного термометра, который работает за счет сужения шейки рядом с колбой.

Ртуть вытесняется через сужение за счет силы расширения при повышении температуры. При понижении температуры столбик ртути разрывается в месте сужения и не может вернуться в колбу, а останется в трубке неподвижным.”

С помощью максимального термометра можно измерить максимальную температуру в течение заранее определенного промежутка времени.

Обнуление максимального термометра - очень простой процесс, который требует всего лишь резкого поворота термометра.

Температура замерзания ртути - 38,83 ° C, при которой она затвердевает. Однако это не приводит к расширению при затвердевании, и, следовательно, не возникает опасности разрушения стекла трубки термометра.

При повышении температуры газообразный азот, заполненный над ртутью в стеклянной трубке, обычно спускается по колонке и застревает там.

Все это действие может повлиять на работу термометра. Чтобы предотвратить эту трудность, нужно успеть пронести внутрь ртутные термометры при понижении температуры до -37 ° C.

В регионах, где верхний предел температуры составляет - 38,83 ° C, можно использовать термометр из сплава ртути с таллием, имеющий точку замерзания, то есть точку затвердевания - 61,1 ° C.

Спиртовые термометры

Спиртовые термометры заменяют ртутные термометры во многих областях.

Они используют спирт в качестве жидкости для заливки в стеклянные пробирки. Диапазон измерения температуры спиртовых термометров варьируется от 115 ° C до 785 ° C, где первая точка - температура замерзания спирта, а вторая - температура кипения спирта.

Обычный термометр для измерения температуры окружающей среды должен иметь диапазон температур от -20 ° F до 120 ° F, то есть от -30 ° C до 50 ° C.

Спирт, являющийся летучим веществом, может вызвать разрыв столбика в термометре из-за механического удара.

Затем столбик можно снова соединить, заставив термометр упасть на деревянную поверхность, покрытую большим количеством листов бумаги. «Удерживайте термометр вертикально, концом колбы вниз, на 4–6 дюймов над деревянной поверхностью, покрытой бумагой, и затем уроните.

После того, как шарик термометра коснется бумаги, возьмитесь за термометр другой рукой, чтобы не сломать его. Небольшое количество спирта может налипнуть на часть капиллярной трубки над спиртовой колонкой ».

Высокотемпературная часть термометра может быть нагрета под лампой накаливания, которая направит спирт на столбик.

Также можно установить градусник вертикально на ночь, чтобы спирт снова попал в колонку.

Этот термометр никогда не следует использовать с разделенным столбом жидкости, так как это обычно приводит к неправильным измерениям температуры.

Также читайте: Что такое температура?

Анатомия стеклянного термометра

Мария Кнаке, менеджер программы лабораторной оценки

Размещено: апрель 2011


Измерение температуры: факт жизни
Некоторые из моих самых теплых воспоминаний из детства связаны с работой на кухне с мамой - консервированием помидоров, изготовлением конфетных яблок и выпечкой хлеба.Я до сих пор помню, как мама учила меня внимательно проверять термометр для конфет, когда мы делали карамельное покрытие, и как я научился устанавливать в духовке нужную температуру, чтобы хлеб поднимался и правильно выпекался. Я никогда не думал об этом в детстве, но измерение температуры играло важную роль во всех проектах по приготовлению пищи и выпечке, которыми мы с мамой делились.

Я не могу не думать о том, какую критическую роль играет температура во всем , что мы делаем.Мы используем температуру, чтобы решить, что надеть, как приготовить пищу, диагностировать болезнь и определить, где и когда мы отдыхаем. Конечно, измерение температуры играет важную роль и в лаборатории. На физические свойства и характеристики испытуемых материалов, по крайней мере частично, влияет температура. Бесспорно, точное измерение температуры является одним из важнейших компонентов лабораторных испытаний.

Измерение температуры в лаборатории
Итак, как мы измеряем температуру в лаборатории? Конечно, леденцового термометра, которым меня научила мама пользоваться в детстве, было бы недостаточно для критических измерений температуры, которые требуются для большинства лабораторных тестов.Но существует множество доступных продуктов для измерения температуры - жидкостные стеклянные термометры, резистивные детекторы, термопары, термисторы, термометры со стрелкой шкалы, инфракрасные термометры… список можно продолжать и продолжать. Какие из этих устройств следует использовать и когда? Какую читаемость, точность и неопределенность обеспечивают эти инструменты? Неудивительно, что при наличии всех доступных устройств для измерения температуры термометрия является такой запутанной темой. В следующих публикациях, я попытаюсь объяснить некоторые из этих различных типов термометров, как и когда их использовать, а также различные методы калибровки.

Стеклянные жидкостные термометры
Давайте начнем наш рассказ с одного из самых распространенных термометров, используемых сегодня, жидкостного стеклянного (LiG) термометра. Термометр LiG, по определению, представляет собой стеклянную капиллярную трубку с заполненной жидкостью колбой на одном конце. При повышении температуры жидкости в резервуаре она расширяется и поднимается в капиллярную трубку. Уровень жидкости в колонке соответствует определенной температуре, которая указана на внешней стороне стакана.Жидкость, содержащаяся в термометре, может быть одним из многих различных веществ, но наиболее распространенными являются ртуть, толуол (или подобное органическое вещество) и биоразлагаемые жидкости с низкой опасностью.

Вскрытие LiG-термометра
Хорошо, возможно, вы все это знали. Но на этом наша история не заканчивается. Чтобы по-настоящему понять эти точные инструменты, мы сначала должны немного больше понять, как они работают. Стекло, материалы и размеры конкретного термометра LiG тщательно спроектированы, чтобы обеспечить нам точные измерения температуры, на которые мы полагаемся.Давайте посмотрим поближе.

Колба
Как показано на Рис. 1 , колба термометра представляет собой тонкий стеклянный резервуар, в котором находится жидкость. Колба тщательно спроектирована так, чтобы в ней содержался рассчитанный объем жидкости, основанный на длине и диаметре капилляра (или стержня), а также на коэффициенте теплового расширения жидкости.


Рисунок 1: Анатомия термометра LiG

Шток
Шток или капилляр термометра LiG изготовлен из отожженного стекла.Тип используемого стекла выбирается в зависимости от температурного диапазона устройства, чтобы минимизировать эффекты расширения и сжатия трубки. Часть капилляра выше уровня жидкости часто заполняется инертным газом, например азотом, чтобы предотвратить отделение столба жидкости или испарение жидкости в верхней части колонны.

Вспомогательные весы
Некоторые термометры, но не все, оснащены вспомогательной шкалой, которая расположена значительно ниже основной шкалы, которая используется при нормальном использовании.Часто эта шкала содержит точку отсчета точки обледенения, которую можно использовать для целей калибровки, если эта температура не входит в диапазон основной шкалы.

Камера сжатия
Иногда термометр LiG имеет камеру сжатия, которая расположена чуть ниже основной шкалы устройства. Назначение этой камеры - сократить общую длину штанги, необходимую для достижения основной шкалы.

Камера расширения
Камера расширения предусмотрена на конце термометров LiG и используется для предотвращения повышения давления, если температура жидкости поднимается выше верхней границы шкалы. Опять же, объем этой камеры тщательно разработан, чтобы вместить определенный объем жидкости.

Ртутные и ртутно-таллиевые термометры
На протяжении десятилетий ртутные термометры были основой многих испытательных лабораторий. При правильном использовании и правильной калибровке некоторые типы ртутных термометров могут быть невероятно точными. Ртутные термометры можно использовать в диапазоне температур от -38 до 350 ° C. Использование ртутно-таллиевой смеси может расширить возможности использования ртутных термометров при низких температурах до -56 ° C.Традиционные ртутные LiG-термометры подробно описаны в Спецификации ASTM E 1, Спецификации для жидкостных стеклянных термометров ASTM .

В последние годы опасения по поводу токсичности ртути заставили многие государства запретить или ограничить использование ртутьсодержащих устройств. Фактически, один из ведущих мировых институтов измерения температуры, Национальный институт стандартов и технологий (NIST), недавно объявил, что больше не будет предоставлять услуги по калибровке ртутных термометров. Чтобы узнать больше об инициативах по сокращению выбросов ртути, см. Мою статью , «Избавление от ртути: новый рубеж в измерении температуры».

Тем не менее, было обнаружено, что несколько жидкостей имитируют термометрические свойства ртути с точки зрения воспроизводимости и точности измерения температуры. Хотя это может быть токсично, когда речь идет о термометрах LiG, ртуть по-прежнему трудно превзойти.

Термометры LiG, наполненные спиртом
Термометры, наполненные спиртом, содержат толуол, спирт, бутан или другие подобные органические жидкости, окрашенные красным красителем.Эти устройства не часто используются для лабораторных испытаний и других прецизионных приложений. Хотя вещества, содержащиеся в этих типах термометров LiG, относительно безвредны и безопасны для лабораторного использования, они страдают от проблем с точностью и надежностью. Низкое поверхностное натяжение этих жидкостей, а также их склонность к испарению делают их маловероятными кандидатами для общего лабораторного использования.

Органические жидкости обычно имеют худшие характеристики, чем ртуть, и могут оставлять пленку на стекле, когда жидкость стекает по стенке капилляра.Также известно, что разделение столба жидкости является распространенной проблемой для термометров, наполненных спиртом. Кроме того, они имеют тенденцию иметь большую чувствительность к изменениям температуры стержня, что является фундаментальным ограничением их использования. Эти термометры также имеют другие размеры капилляров и колбы, чем ртутные LiG-термометры, что приводит к различиям во времени отклика и характеристиках погружения.

Термометры, наполненные спиртом, используются в некоторых низкотемпературных приложениях, поскольку они могут использоваться при температурах до -200 ° C, что значительно превышает возможности ртутных или ртутно-таллиевых термометров.ASTM E 1 описывает специфику, касающуюся термометров LiG, наполненных спиртом. Любые термометры, описанные в ASTM E 1, которые должны содержать толуол или другие подходящие жидкости, специально обозначены как таковые. На момент написания этой статьи ASTM E 1 содержал спецификации только для двух термометров, наполненных спиртом. Эти термометры специально разработаны для использования при экстремально низких температурах, при которых использование ртути невозможно.

Прецизионные LiG-термометры с низкой степенью опасности
Прецизионные термометры с низкой степенью опасности были разработаны в последние годы в качестве альтернативы ртутным LiG-термометрам.Они содержат нетоксичные, биоразлагаемые жидкости, состав и химический состав которых, как правило, являются собственностью компании и не разглашаются их производителями. В идеале их можно использовать в качестве прямой замены ртутьсодержащих термометров ASTM. Однако у этих типов термометров есть некоторые серьезные ограничения, которые следует учитывать перед использованием в качестве прямой замены ртутных LiG-термометров, таких как описанные в ASTM E 1. ASTM разработала спецификацию для прецизионных LiG-термометров с низкой степенью опасности, ASTM E 2251. , Технические условия для жидкостных стеклянных термометров ASTM с прецизионными жидкостями с низкой степенью опасности .В этом стандарте содержатся подробные сведения о правильном использовании этих устройств, повторяемости их измерений и других ограничениях.

Свойства теплового расширения нетоксичных жидкостей, используемых в прецизионных LiG-термометрах с низкой степенью опасности, могут сильно отличаться от свойств ртути. Размер колбы и капилляра, необходимый для достижения аналогичного движения по шкале термометра, может отличаться от размера его ртутного аналога. Поверхностное натяжение этих жидкостей варьируется от ртути, вызывая различия в мениске.Кроме того, прецизионные жидкости с низкой степенью опасности, как правило, реагируют на изменение температуры со скоростью, отличной от скорости ртути, и не должны использоваться, когда скорость повышения или другие зависимости температуры от времени являются важной частью процедуры испытания. Хотя эти устройства являются отличной альтернативой для некоторых приложений, их диапазон использования весьма ограничен.

Глубина погружения
Как мы узнали, термометры LiG столь же сложны и сложны, как и тесты, для которых мы их используем.Но на этом сложности не заканчиваются. В категории LiG есть три типа термометров, обычно используемых в лабораторных испытаниях: частичное погружение, полное погружение и полное погружение. Каждый из этих типов термометров калибруется по-разному и предназначен для различных целей в лабораторных испытаниях. См. Рисунок 2 для визуального объяснения каждого типа термометра.

Рисунок 2: Глубина погружения для термометров LiG

Термометры полного погружения
Термометры полного погружения предназначены для правильного считывания показаний, когда колба и часть стержня устройства, заполненная жидкостью, погружены в измеряемую среду.Другими словами, этот тип термометра должен быть погружен до температуры испытания. Часть стержня, содержащая мениск, должна оставаться за пределами тестовой среды. Погружение мениска может вызвать избыточное давление газа, которое может повредить устройство, или вызвать перегонку жидкости, что может привести к неточным показаниям (в дополнение к затруднению считывания показаний термометра). При использовании LiG-термометров полного погружения допускается оставлять открытым около 1 см столба жидкости.

Термометры полного погружения обычно используются в ваннах с постоянной температурой как средство контроля температуры ванны. Например, термометры полного погружения используются в ваннах с кинематической и абсолютной вязкостью.

Термометры частичного погружения
Термометры частичного погружения предназначены для правильного считывания показаний, если стержень термометра погружен на определенную глубину. Эта глубина обычно отмечается на приборе. Часть стержня, которая не подвергается воздействию тестовой среды, обычно называемая выступающей ножкой, не поддерживается в среде с контролируемой температурой.Следовательно, тепловое расширение жидкости в выходящем штоке очень непредсказуемо и может привести к неточностям в измерении температуры. Следовательно, термометры с частичным погружением имеют тенденцию иметь более высокую неопределенность калибровки, чем их аналоги с полным и полным погружением.

Термометры частичного погружения обычно используются в тех случаях, когда термометры полного погружения нецелесообразны или невозможны. Например, если глубина термостата составляет всего 100 мм, полный погружной термометр длиной 300 мм невозможно правильно погрузить в воду.В этом случае лучше использовать частичный погружной термометр с глубиной погружения 76 мм. Кроме того, если требуется быстрое однократное измерение температуры, например, при испытании удельного веса почвы или ареометре, лучше всего подойдет термометр с частичным погружением.

Полные погружные термометры
Полные погружные термометры предназначены для правильного считывания показаний, когда все устройство полностью погружено в тестовую среду. Полные погружные термометры в США используются довольно редко.Не существует полностью погружных термометров, описанных в ASTM E 1 или ASTM E 2251.

В чем дело?
Возможно, теперь вы поняли, что неправильно использовали один или несколько термометров LiG. Может быть, вы думаете про себя: «Ничего страшного, сколько ошибок это может добавить к моим измерениям? Наверное, это даже не имеет значения ». Подумай еще раз. Люди часто очень удивляются, когда узнают, сколько ошибок в их измерениях вносит неправильное использование термометра LiG.Позволь мне объяснить.

Глубина погружения играет важную роль в реакции жидкости внутри устройства. Если часть термометра, содержащая ртуть, предназначена для погружения в испытательную среду (т.е. термометр полного погружения), но остается открытой, жидкость не будет вести себя должным образом. Возникающая ошибка может сильно варьироваться и зависит от температурной шкалы термометра, типа используемой жидкости и температуры выходящего штока. При неправильном погружении термометра LiG можно получить погрешности величиной в несколько градусов.Эти ошибки, как правило, больше у устройств, заполненных спиртом, чем у устройств, заполненных ртутью.

Можно применить поправку на преднамеренное погружение полного или частичного погружного термометра в точку, отличную от той, для которой он был разработан. ASTM E 77, Метод испытаний для проверки и проверки термометров , описывает процедуры, которые могут использоваться для расчета этих поправок. Исправления не могут быть сделаны для полностью погруженных термометров, которые погружены неправильно.

Иногда ошибаться - это правильно
Чтобы еще больше запутать проблему, существует несколько стандартов испытаний, которые требуют неправильного использования жидкостного стеклянного термометра. В этих случаях важно использовать термометр, как описано в процедуре проверки, даже если это технически некорректно. Хотя термометр используется неправильно, важно, чтобы все, кто проводит тест, использовали его одинаково. Другими словами, каждый должен правильно использовать устройство.В таблице 1 приведен список общих методов испытаний ASTM и AASHTO, требующих использования жидкостных стеклянных термометров.

Parallax
Еще одна причина ошибок при измерении с помощью термометров LiG связана с эффектами параллакса. Параллакс - это явление, которое возникает, когда на термометр не смотреть, когда глаза находятся на уровне верха ртутного столба. Различия в углах обзора верхней части колонки могут привести к тому, что ртутный столбик окажется в капилляре выше или ниже, чем он есть на самом деле (см. Рисунок 3).Чтобы избежать параллакса, всегда держите глаза на одном уровне с ртутным столбиком. Если показания термометра особенно трудны, увеличительное стекло, телескоп или подобное оптическое устройство могут помочь избежать влияния параллакса на измерения температуры.

Рисунок 3: Эффекты параллакса

Заключение
Термометры LiG - от баллончика до расширительной камеры - представляют собой устройства сложной конструкции, которые могут производить точные и эффективные измерения температуры.Я надеюсь, что вы немного узнали об анатомии этих удивительных инструментов, а также о том, как использовать их для точного измерения температуры. В своем следующем посте я «проанализирую» некоторые другие типы устройств для измерения температуры и расскажу об их использовании в лабораторных испытаниях.

Какая минута… А как насчет калибровки ???
Я знал, что вы зададите этот вопрос. Вы абсолютно правы - калибровка - важнейший компонент значимого измерения температуры.Однако я не могу затронуть тему справедливости калибровки термометра в рамках этой статьи. Такая критическая тема заслуживает отдельной статьи. Я расскажу об этом в отдельном посте в будущем, так что следите за обновлениями!

Список литературы

  • ASTM International, «ASTM E 1, Стандартные технические условия для жидкостных стеклянных термометров ASTM», Книга стандартов , том , том 14.03, 2007 г.
  • ASTM International, «ASTM E 77, Стандартный метод испытаний для проверки и проверки термометров», Книга стандартов , Том 14.03, 2007.
  • ASTM International, «ASTM E 2251, Стандартные технические условия для стеклянных термометров ASTM с прецизионными жидкостями с низкой опасностью», Книга стандартов , том , том 14. 03, 2010 г.
  • Эссер, Марк, «Конец эпохи: NIST прекращает калибровку ртутных термометров», Национальный институт стандартов и технологий , 2 февраля 2011 г., (21 марта 2011 г.).
  • Ripple, Дин и Грегори Страус, «Выбор альтернатив стеклянным жидкостным термометрам», Journal of ASTM International , Vol.2, Issue 9, October 2005.
  • Webster, John (ed.), The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook, CRC Press LLC, Boca Raton, Florida, 1999.
  • Wise, Jacquelyn, «NIST Measurement Services: Liquid-In-Glass Thermometer Calibration Service», Специальная публикация 250-23, Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, 1988.
  • Wise, Jacquelyn, «Процедура эффективной повторной калибровки жидкостных стеклянных термометров», Специальная публикация 819, Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, 1991.

Версия для печати

Взлеты и падения термометров | Глава 1: Вещество - твердые тела, жидкости и газы

  • Узнайте, что студенты знают о термометрах.

    Поднимите спиртовой термометр и спросите учащихся:

    Как вы думаете, почему жидкость в термометре движется вверх и вниз при нагревании и охлаждении?
    Студенты должны понимать, что движение жидкости в термометре связано с движением молекул жидкости при их нагревании и охлаждении.Напомните студентам, что молекулы движутся быстрее и немного дальше друг от друга при нагревании. Молекулы также движутся медленнее и ближе друг к другу при охлаждении.

    Скажите студентам, что они применит свое понимание того, что происходит, когда жидкости нагреваются и охлаждаются, чтобы объяснить, как работает термометр.

    Раздайте каждому учащемуся рабочий лист.

    Учащиеся записывают свои наблюдения и отвечают на вопросы о задании в листе действий.«Объясни это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это». Дальнейшие разделы рабочего листа будут заполнены либо в классе, либо в группах, либо индивидуально в зависимости от ваших инструкций. Посмотрите на версию листа с заданиями для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  • Выполните задание, чтобы выяснить, что заставляет жидкость в термометре подниматься и опускаться.

    Вопрос для расследования

    Что заставляет жидкость в градуснике подниматься и опускаться?

    Материалы для каждой группы

    • Студенческий термометр
    • Лупа
    • Холодная вода
    • Горячая вода (около 50 ° C)

    Процедура

    1. Посмотрите внимательно на части термометра.
      1. Посмотрите внимательно на свой термометр. Жидкость внутри, вероятно, окрашена в красный цвет.

      2. Потренируйтесь считывать температуру в ° C, держа глаз на том же уровне, что и верхняя часть красной жидкости. Какая температура?

      3. С помощью лупы внимательно посмотрите на термометр спереди и сбоку. Посмотрите на лампочку и тонкую трубку с красной жидкостью.

      4. Положите большой палец на красную лампочку и посмотрите, движется ли красная жидкость в тонкой трубке.

    2. Наблюдайте за красной жидкостью в термометре, когда он нагревается и охлаждается.
      1. Поместите термометр в горячую воду и посмотрите на красную жидкость.Держите его в горячей воде, пока жидкость не перестанет двигаться. Запишите температуру в ° C.

      2. Теперь опустите термометр в холодную воду. Держите его в холодной воде, пока жидкость не перестанет двигаться. Запишите температуру в ° C.

    Ожидаемые результаты

    Красная жидкость поднимается вверх в горячей воде и опускается в холодной воде. У студентов будет возможность связать эти наблюдения с объяснением на молекулярном уровне того, почему жидкость движется таким образом.

    Если у вас есть время, вы можете попросить учеников выбрать температуру где-то между температурой холодной и горячей воды, а затем попытаться объединить некоторое количество горячей и холодной воды, чтобы достичь этой температуры за одну попытку. Они могут видеть, насколько близко они могут подойти.

  • Запишите и обсудите наблюдения студентов

    Дайте учащимся время после занятия, чтобы записать свои наблюдения, ответив на следующие вопросы в листе действий.После того, как они ответят на вопросы, обсудите их наблюдения всей группой.

    1. На основании того, что вы знаете о движении молекул в горячих жидкостях, объясните, почему жидкость в термометре поднимается вверх при нагревании.
    2. На основании того, что вы знаете о движении молекул в холодных жидкостях, объясните, почему жидкость в термометре опускается вниз при охлаждении.
    3. Как вы думаете, почему трубка с красной жидкостью такая тонкая?
    4. Как вы думаете, для чего нужна большая внешняя труба?

    При нагревании молекулы красной жидкости внутри термометра движутся быстрее.Это движение конкурирует с притяжением молекул друг к другу и заставляет молекулы расходиться немного дальше друг от друга. Им некуда идти, кроме как вверх по трубе. Когда термометр помещен в холодную воду, молекулы замедляются, и их притяжение сближает их немного сближает, опуская их вниз по трубке. Красная жидкость находится в очень тонкой трубке, поэтому небольшая разница в объеме жидкости будет заметна. Большая внешняя трубка выполняет две функции: защищает хрупкую внутреннюю трубку и действует как увеличительное стекло, помогая вам лучше видеть красную жидкость.

  • Покажите анимацию молекул жидкости в термометре, когда они нагреваются и охлаждаются.

    Примечание. Молекулы спирта состоят из разных атомов, но в модели, показанной на анимации, молекулы представлены в виде простых красных сфер.

    Показать анимацию молекулярной модели. Нагревание и охлаждение термометра.

    Отметьте, что когда термометр нагревается, молекулы движутся быстрее, немного дальше друг от друга и продвигаются вверх по трубке.Когда термометр охлаждается, молекулы движутся медленнее, сближаются и движутся по трубке. Помогите студентам понять, что притяжение молекул в термометре друг к другу остается неизменным независимо от того, нагревается или охлаждается термометр. Разница в том, что при нагревании молекулы движутся так быстро, что движение конкурирует с притяжением, заставляя молекулы расходиться дальше друг от друга и подниматься по трубке. При охлаждении молекулы движутся медленнее и не так сильно конкурируют с притяжением, которое молекулы испытывают друг к другу.Вот почему молекулы в термометре движутся ближе друг к другу и спускаются по трубке.

    Спросите студентов:

    На анимации видно, что молекулы слегка расширяются при нагревании. Как вы думаете, термометр также работал бы, если бы трубка, в которой движется жидкость, была шире?
    Молекулы разлетаются во все стороны при нагревании. Если бы трубка была широкой, молекулы могли бы свободно распространяться в стороны и вверх. В тонкой трубке молекулы не могут двигаться в стороны очень далеко, поэтому они поднимаются вверх. Это вызывает большую разницу в высоте жидкости, которую легче увидеть.
  • Попросите учащихся нарисовать молекулярную модель, изображающую молекулы жидкости в термометре.

    Спроецировать изображение "Молекулы в термометре".

    На чертеже добавлены линии, указывающие уровень жидкости в каждой трубке. На самом деле линии нет. «Линия» состоит из молекул.Студенты должны нарисовать круги, представляющие молекулы, вплоть до линии, проведенной в каждой трубке.

    Попросите учащихся использовать спроектированную иллюстрацию в качестве руководства при рисовании модели молекул в горячем и холодном термометре на своем рабочем листе.

    На иллюстрации горячего термометра должны быть случайные круги с большим количеством движущихся линий. Круги должны быть немного дальше друг от друга, чем на холодном градуснике.

    Холодный термометр должен показывать случайные круги с меньшим количеством движущихся линий.круги должны быть немного ближе друг к другу, чем круги на горячем градуснике.

  • Обсудите со студентами, почему термометры с разными жидкостями поднимаются на разную высоту даже при одной и той же температуре.

    Спроецировать изображение Разные термометры одинаковой температуры.

    Скажите студентам, что на этом рисунке показаны два термометра, которые идентичны во всех отношениях, за исключением того, что в одном из них содержится спирт, а в другом - ртуть.Обратите внимание на то, что оба термометра помещены в горячую воду с температурой 100 ° C. Показаны уровни алкоголя и ртути.

    Спросите студентов:

    Как жидкости в термометрах могут находиться на разных уровнях, даже если они находятся в воде с одинаковой температурой?
    Подсказка: алкоголь и ртуть являются жидкостями, но состоят из разных атомов и молекул. Используйте то, что вы знаете о движении и притяжении частиц в жидкости друг к другу, чтобы объяснить, почему уровни спирта и ртути в термометрах различаются.
    Основная причина, по которой уровень жидкости в каждом градуснике различается, заключается в том, что это разные вещества с разными свойствами. Молекулы, составляющие спирт, притягивают друг друга по-разному, чем атомы, составляющие ртуть. Следовательно, нагрев и охлаждение заставят их двигаться на разные расстояния вверх или вниз по трубе.

    После обсуждения в классе попросите учащихся написать свои собственные ответы на вопрос о двух разных термометрах на листе задания.

  • Урок физики

    У всех нас чувствует , что такое температура. У нас даже есть общий язык, который мы используем для качественного описания температуры. Вода в душе или ванне кажется горячей, холодной или теплой. Погода на улице холодно или парно . Мы, безусловно, хорошо чувствуем, насколько одна температура качественно отличается от другой температуры. Мы не всегда можем прийти к единому мнению, является ли температура в помещении слишком высокой или слишком низкой или подходящей.Но мы, вероятно, все согласимся с тем, что у нас есть встроенные термометры для качественной оценки относительных температур.

    Что такое температура?

    Несмотря на то, что мы чувствуем температуру, она остается одним из тех понятий в науке, которые трудно определить. Кажется, что страница руководства, посвященная теме температуры и термометров, должна начинаться с простого определения температуры. Но именно в этот момент я в тупике .Итак, я обращаюсь к тому знакомому ресурсу Dictionary.com ... где нахожу определения, которые варьируются от простых, но не слишком информативных до слишком сложных, чтобы быть поучительными. Рискуя провалиться животом в бассейн просветления, я перечислю некоторые из этих определений здесь:

    • Степень жара или холода тела или окружающей среды.
    • Мера тепла или холода предмета или вещества по отношению к некоторому стандартному значению.
    • Мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах, обозначенных на стандартной шкале.
    • Мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.
    • Любая из различных стандартизированных числовых мер этой способности, например шкала Кельвина, Фаренгейта и Цельсия.

    Наверняка нас устраивают первые два определения - степень или мера того, насколько горячий или холодный объект. Но такие определения не способствуют нашему пониманию температуры.Третье и четвертое определения, которые касаются кинетической энергии частиц и способности вещества передавать тепло, являются точными с научной точки зрения. Однако эти определения слишком сложны, чтобы служить хорошей отправной точкой для обсуждения температуры. Поэтому мы согласимся с определением, аналогичным пятому из перечисленных - температуру можно определить как показания термометра. По общему признанию, этому определению не хватает мощности, необходимой для получения столь желанного Ага! Теперь я понимаю! момент.Тем не менее, он служит отличной отправной точкой для этого урока о тепле и температуре. Температура - это то, что показывает термометр. Какой бы мерой ни была эта температура, она отражается в показаниях термометра. Итак, как именно работает термометр? Как он может надежно измерить метр , какой бы мерой ни была эта температура?

    Как работает термометр

    Сегодня существует множество типов термометров.Тип, с которым большинство из нас знакомо по научным занятиям, представляет собой жидкость, заключенную в узкую стеклянную колонку. В более старых термометрах этого типа использовалась жидкая ртуть. В ответ на наше понимание проблем со здоровьем, связанных с воздействием ртути, в этих типах термометров обычно используется какой-то жидкий спирт. Эти жидкостные термометры основаны на принципе теплового расширения. Когда вещество нагревается, оно расширяется до большего объема. Почти все вещества демонстрируют такое поведение при тепловом расширении.Это основа конструкции и работы термометров.

    При повышении температуры жидкости в термометре увеличивается ее объем. Жидкость заключена в высокую узкую стеклянную (или пластмассовую) колонку с постоянной площадью поперечного сечения. Таким образом, увеличение объема происходит из-за изменения высоты жидкости внутри колонны. Увеличение объема и, следовательно, высоты столба жидкости пропорционально повышению температуры. Предположим, что повышение температуры на 10 градусов приводит к увеличению высоты колонны на 1 см.Тогда повышение температуры на 20 градусов приведет к увеличению высоты колонны на 2 см. А повышение температуры на 30 градусов приведет к увеличению высоты колонны на 3 см. Связь между температурой и высотой столбца линейна в небольшом диапазоне температур, в котором используется термометр. Эта линейная зависимость делает калибровку термометра относительно простой задачей.

    Калибровка любого измерительного инструмента включает нанесение делений или меток на инструмент для точного измерения количества по сравнению с известными стандартами.Любой измерительный инструмент - даже измерительная линейка - должен быть откалиброван. Инструмент нуждается в делениях или разметке; например, метрическая палка обычно имеет отметки через каждые 1 см или через каждые 1 мм. Эти отметки должны быть нанесены точно, и о точности их размещения можно судить только при сравнении их с другим объектом, имеющим определенную длину.

    Термометр калибруется с использованием двух объектов с известными температурами. Типичный процесс включает использование точки замерзания и точки кипения чистой воды.Вода, как известно, замерзает при 0 ° C и кипит при 100 ° C при атмосферном давлении 1 атм. Поместив термометр в смесь ледяной воды и позволив жидкости термометра достичь стабильной высоты, отметка 0 градусов может быть помещена на термометр. Точно так же, поместив термометр в кипящую воду (при давлении 1 атм) и позволив уровню жидкости достичь стабильной высоты, отметка 100 градусов может быть помещена на термометр. С помощью этих двух отметок, размещенных на термометре, между ними можно разместить 100 делений с равным интервалом, представляющих отметки в 1 градус. Поскольку существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости, деления от 0 до 100 градусов могут быть равномерно распределены. С помощью калиброванного термометра можно проводить точные измерения температуры любого объекта в диапазоне температур, для которого он был откалиброван.

    Температурные шкалы

    В результате описанного выше процесса калибровки термометра получается так называемый термометр по Цельсию.Термометр по Цельсию имеет 100 делений или интервалов между нормальной точкой замерзания и нормальной температурой кипения воды. Сегодня шкала Цельсия известна как шкала Цельсия, названная в честь шведского астронома Андерса Цельсия, которому приписывают ее разработку. Шкала Цельсия - это наиболее широко распространенная шкала температур, используемая во всем мире. Это стандартная единица измерения температуры почти во всех странах, за исключением США. По этой шкале температура 28 градусов по Цельсию сокращается до 28 ° C.

    Традиционно медленно применяют метрическую систему и другие общепринятые единицы измерения, в Соединенных Штатах чаще используется шкала температур по Фаренгейту. Термометр можно откалибровать по шкале Фаренгейта аналогично описанному выше. Разница в том, что нормальная точка замерзания воды обозначена как 32 градуса, а нормальная точка кипения воды обозначена как 212 градусов по шкале Фаренгейта. Таким образом, при использовании шкалы Фаренгейта между этими двумя температурами есть 180 делений или интервалов.Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта. Температура 76 градусов по Фаренгейту сокращенно называется 76 ° F. В большинстве стран мира шкала Фаренгейта была заменена шкалой Цельсия.

    Температуры, выраженные по шкале Фаренгейта, могут быть преобразованы в эквивалент шкалы Цельсия с помощью следующего уравнения:

    ° C = (° F - 32 °) / 1,8

    Аналогичным образом, температуры, выраженные по шкале Цельсия, могут быть преобразованы в эквивалент шкалы Фаренгейта с помощью следующего уравнения:

    ° F = 1. 8 • ° C + 32 °

    Температурная шкала Кельвина

    Хотя шкалы Цельсия и Фаренгейта являются наиболее широко используемыми температурными шкалами, существует несколько других шкал, которые использовались на протяжении всей истории. Например, есть шкала Ренкина, шкала Ньютона и шкала Ромера, которые используются редко. Наконец, существует температурная шкала Кельвина, которая является стандартной метрической системой измерения температуры и, возможно, наиболее широко используемой температурной шкалой среди ученых.Температурная шкала Кельвина аналогична температурной шкале Цельсия в том смысле, что между нормальной точкой замерзания и нормальной точкой кипения воды есть 100 одинаковых приращений. Однако отметка нуля градусов по шкале Кельвина на 273,15 единиц холоднее, чем по шкале Цельсия. Таким образом, температура 0 Кельвина эквивалентна температуре -273,15 ° C. Обратите внимание, что в этой системе символ градуса не используется. Таким образом, температура на 300 единиц выше 0 Кельвина обозначается как 300 Кельвин, а не 300 градусов Кельвина; сокращенно такая температура обозначается как 300 К. Преобразование между температурой Цельсия и температурой Кельвина (и наоборот) может быть выполнено с использованием одного из двух приведенных ниже уравнений.

    ° С = К - 273,15 °

    К = ° С + 273,15

    Нулевая точка по шкале Кельвина называется абсолютным нулем. Это самая низкая температура, которую можно достичь. Идею абсолютного минимума температуры продвигал шотландский физик Уильям Томсон (а.к.а. Лорд Кельвин) в 1848 году. На основе термодинамических принципов Томсон предположил, что самая низкая температура, которая может быть достигнута, составляет -273 ° C. До Томсона экспериментаторы, такие как Роберт Бойль (конец 17 века), были хорошо осведомлены о наблюдении, что объем (и даже давление) образца газа зависит от его температуры. Измерения изменений давления и объема при изменении температуры могут быть сделаны и нанесены на график. Графики зависимости объема от температуры (при постоянном давлении) и давления отТемпература (при постоянном объеме) отражает тот же вывод - объем и давление газа уменьшаются до нуля при температуре -273 ° C. Поскольку это наименьшие возможные значения объема и давления, можно сделать вывод, что -273 ° C была самой низкой возможной температурой.

    Томсон называл эту минимальную самую низкую температуру абсолютным нулем и утверждал, что следует принять температурную шкалу, которая имела бы абсолютный ноль как самое низкое значение на шкале.Сегодня эта шкала температур носит его имя. Ученым и инженерам удалось охладить вещество до температуры, близкой к -273,15 ° C, но никогда не ниже. В процессе охлаждения вещества до температур, близких к абсолютному нулю, наблюдается ряд необычных свойств. Эти свойства включают сверхпроводимость, сверхтекучесть и состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна.

    Температура - это то, что показывает термометр. Но что именно отражает температура? Концепция абсолютного нуля температуры весьма интересна, и наблюдение замечательных физических свойств образцов вещества, приближающегося к абсолютному нулю, заставляет задуматься над этой темой более глубоко. Что-то происходит на уровне частиц, что связано с наблюдениями, сделанными на макроскопическом уровне? Есть ли что-то более глубокое, чем просто показания термометра? Что происходит на уровне атомов и молекул по мере того, как температура образца вещества увеличивается или уменьшается? Эти вопросы будут рассмотрены на следующей странице Урока 1.

    Проверьте свое понимание

    1.При обсуждении калибровки термометра было упомянуто, что существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости в колонке. Что, если отношения не были линейными? Можно ли было бы калибровать термометр, если бы температура и высота столба жидкости не были связаны линейной зависимостью?

    2. Какое приращение температуры меньше - градус Цельсия или градус Фаренгейта? Объяснять.

    3.Выполните соответствующие преобразования температуры, чтобы заполнить поля в таблице ниже.

    Цельсия (°)

    по Фаренгейту (° F)

    Кельвина (К)

    а.

    0

    г.

    212

    г.

    0

    г.

    78

    e.

    12

    Стеклянные жидкостные термометры

    - Chipkin Automation Systems

    Стеклянные жидкостные термометры - это самый простой и наиболее часто используемый тип устройства для измерения температуры. Это один из старейших термометров, доступных в отрасли.Он дает довольно точные результаты в диапазоне температур от -200 до 600 ° C. Для измерения температуры с помощью этих термометров не требуется никаких специальных средств. Человеческим глазом легко считывать показания температуры. Они находят свое применение в различных областях, таких как медицина, метрология и промышленность. Самый передовой стеклянный жидкостный термометр был представлен в 1650 году, и в него залили спирт из вина. Позже были разработаны более линейные термометры с использованием ртути в качестве жидкости внутри термометра.


    «В термометре LIG термочувствительным элементом является жидкость, содержащаяся в градуированной стеклянной оболочке. Для измерения температуры используется принцип кажущегося теплового расширения жидкости. Разница между объемным обратимым тепловым расширением жидкости и ее стеклянной емкости позволяет измерять температуру ».

    Конструкция

    Типичный жидкостный стеклянный термометр показан на рисунке ниже.

    В основном он состоит из:

    • Колба, которая действует как контейнер для действующей жидкости, где она может легко расширяться или сжиматься в объеме.
    • Шток, «стеклянная трубка, содержащая крошечный капилляр, соединенный с колбой и расширенный внизу в колбу, частично заполненную рабочей жидкостью».
    • Температурная шкала, которая в основном предварительно установлена ​​или отпечатана на штанге для отображения показаний температуры.
    • Точка отсчета, т. Е. Точка калибровки, которая чаще всего является точкой обледенения.
    • Рабочая жидкость, которая обычно представляет собой ртуть или спирт.
    • Инертный газ, в основном аргон или азот, который заполняется внутри термометра над ртутью, чтобы уменьшить его улетучивание.

    Основные характеристики

    Ключевые особенности жидкостных стеклянных термометров включают:

    • Степень, в которой эти термометры вставлены в среду при измерении температуры, в основном определяет точность результатов.Обычно существует три класса погружения: полное, частичное и полное погружение, классифицируемое в зависимости от уровня контакта между средой и чувствительным элементом.
    • «Ошибка может возникнуть, если термометр не погружен в воду в такой степени, как при первоначальной калибровке. «Коррекция выступающего стержня» может потребоваться, когда невозможно погрузить термометр на достаточно глубокую глубину ».
    • Время срабатывания жидкостного стеклянного термометра зависит от типа термометра, его объема, толщины и общего веса.Чтобы получить быстрый отклик, колба термометра должна быть сконструирована таким образом, чтобы она была маленькой, а стенка колбы тонкой.
    • Их чувствительность основана на характеристиках обратимого теплового расширения жидкости по сравнению со стеклом. Чем больше тепловое расширение жидкости, тем выше чувствительность термометра.
    • Органические жидкости, которые обычно используются для изготовления жидкостных стеклянных термометров, включают толуол, этиловый спирт и пентан.Хотя их тепловое расширение велико, но они нелинейны, и их использование ограничено при высоких температурах.

    Приложения

    Жидкостные стеклянные термометры в основном используются в ВМФ и Корпусе морской пехоты в различных конфигурациях. Они также применяются в метеорологических и океанографических приложениях, где они обычно калибруются с помощью шкалы, вечно выгравированной на стекле.

    Преимущества

    Ниже приведены основные преимущества, связанные с использованием жидкостных стеклянных термометров:

    • Они сравнительно дешевле, чем другие устройства для измерения температуры.
    • Они удобны и удобны в использовании.
    • В отличие от электрических термометров, они не требуют источника питания или батарей для зарядки.
    • Их можно часто применять в областях, где есть проблемы с электричеством.
    • Они обеспечивают очень хорошую повторяемость, и их калибровка остается неизменной.

    Ограничения

    Использование жидкостных стеклянных термометров также включает следующие ограничения:

    • Они считаются непригодными для приложений, связанных с чрезвычайно высокими или низкими температурами.
    • Их нельзя применять в регионах, где желательны высокоточные результаты.
    • По сравнению с электрическими термометрами они очень хрупкие и хрупкие. Поэтому с ними нужно обращаться с особой осторожностью, потому что они могут сломаться.
    • Кроме того, они не могут предоставлять цифровые и автоматизированные результаты. Следовательно, их использование ограничено областями, где достаточно только ручного считывания, например, домашнего термометра.
    • «Показания температуры следует записывать сразу после снятия, потому что на стеклянный термометр могут повлиять температура окружающей среды, тепло, выделяемое рукой, держащей его, чистка и т. Д.Эту температуру следует регистрировать, потому что стеклянный термометр не позволяет вспомнить измеренную температуру ».
    • Измерение температуры жидкостным стеклянным термометром требует отличного зрения.
    • Жидкий элемент, содержащийся в стеклянном термометре, может быть опасным для здоровья из-за возможного разлива химических веществ.
    • Эти термометры отображают температуру по шкале Цельсия или Фаренгейта. Таким образом, преобразование температуры может потребоваться, если требуется показание температуры в какой-либо другой шкале.

    См. Также

    Типы стеклянных термометров

    Ссылки

    1. Жидкий стеклянный термометр
    2. Жидкость в стеклянном стержне термометра
    3. Характеристики стеклянного термометра
    4. Ограничения стеклянного термометра

    Источники

    Evitherm
    Общая медицина
    tpub

    Как работают термометры | Сравниваемые типы термометров

    Как работают термометры | Типы сравниваемых термометров Рекламное объявление

    Криса Вудфорда.Последнее изменение: 22 декабря 2020 г.

    Тебе сегодня жарко, или это только мне? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, и вы не согласны, как мы можем разрешить спор? Один простой способ - измерить температуру с помощью градусника в оба дня и сравните показания. Термометры - это простые научные инструменты, основанные на идее, что металлы изменяются. их поведение очень точное по мере того, как они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

    Фото: Вот это я называю холодом! Этот круговой (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моей морозильной камеры: около -30 ° C (внутренняя шкала) или -25 ° F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеряется двумя немного разными способами.

    Термометры жидкостные

    Фотография: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева) и шкалу Фаренгейта (справа). Текущая температура составляет около 22 ° C или около 72 ° F.Шкала Фахенгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который сделал первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь разработавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

    Самые простые термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные пробирки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (обычно ртуть - довольно специальный металл, жидкий при обычных, повседневных температурах). Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой.Так что если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и движется вверх по шкале вдвое больше, чем если бы повышение температуры всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

    Как определить масштаб? Делаем градусы Цельсия (по Цельсию) термометр - это просто, потому что он основан на температуре льда и кипяток. Они называются двумя неподвижными точками. Мы знайте, что лед имеет температуру, близкую к 0 ° C, а вода кипит при 100 ° C.Если мы окунем термометр в лед, мы сможем увидеть, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0 ° C. Аналогично, если мы окунем термометр в кипящей воды, мы можем дождаться, пока ртуть поднимется, а затем сделать отметка, эквивалентная 100 ° C. Все, что нам нужно сделать, это разделить шкала между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («санти-градус» означает 100 делений) и, привет, у нас есть рабочий градусник!

    Фото: Спиртовые термометры.Как вы можете видеть по красным линиям рядом с их шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper от Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостера в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Коллекция фотографий Лиды Хилл Техас в американском проекте Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

    Ртуть или алкоголь?

    Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем градуснике, красный, а не серебристый, как на картинке, ваш термометр наполненный жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом). Какая разница? Ртуть токсична, хотя совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра происходит разрушение, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него. По этой причине спиртовые термометры обычно безопаснее, и они могут также может использоваться для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую точку замерзания чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола по сравнению с примерно -40 ° C или -40 ° F для ртути).

    Рекламные ссылки

    Термометры циферблатные

    Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по круговой шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на свернутом в спираль куске металла, называемом биметаллической полосой, которая предназначена для расширения и изгиба при ее становится горячее (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как это работает). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем сильнее она толкает указатель вверх по шкале.

    Изображение: Как работает циферблатный термометр: это механизм, который приводит в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза В. Патнэма от 1905 года. Вверху мы видим обычную стрелку и циферблат. Нижнее изображение показывает, что происходит вокруг спины. Биметаллическая полоска (желтого цвета) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух соединенных вместе разных металлов, которые при нагревании расширяются в разной степени.При изменении температуры биметаллическая полоса более или менее изгибается (сжимается или расширяется), а прикрепленный к ней указатель перемещается вверх или вниз по шкале. Произведение искусства из патента США 798211: термометр любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Фото: Вот свернутая в спираль биметаллическая полоса настоящего циферблатного термометра (термометр морозильной камеры на нашем верхнем фото). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, спиральная полоска затянется; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

    Термометры электронные

    Одна проблема с ртутными и циферблатными термометрами заключается в том, что они при этом реагировать на перепады температуры. Электронный У термометров такой проблемы нет: вы просто касаетесь зондом термометра объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает (почти) мгновенное считывание температуры.

    Фото: Электронный медицинский термометр 2010 г. Ставите металлический зонд. у вас во рту или где-то еще на вашем теле, и считайте температуру на ЖК-дисплее.

    Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, использующие ртутные линии или вращающиеся указатели. Они основаны на идее, что сопротивление куска металла (легкость, с которой течет электричество через него) изменяется при изменении температуры. По мере того, как металлы становятся горячее, атомы внутри вибрируют сильнее по ним, электричеству труднее течь, и сопротивление возрастает. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, и сопротивление идет вниз.(При температурах, близких к абсолютному нулю, минимальной теоретически возможной температуре -273,15 ° C или -459,67 ° F, сопротивление полностью исчезает в результате явления, называемого сверхпроводимость.)

    Электронный термометр работает, подавая напряжение на его металлический зонд и измерение силы тока, протекающего через него. Если вы опускаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает электричество проходит через зонд с меньшей легкостью, поэтому сопротивление на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет сопротивление и преобразует его в измерение температуры.

    Фото: Термометр электрического сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Лидсом и Нортрупом. и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США. (ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градус. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

    Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале, которую вы например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там.Но один из их недостатков в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут довольно сильно колебаться резко, иногда затрудняя получение точных показаний.

    В прецизионных электрических термометрах, известных как термометры сопротивления, используются четыре резистора, расположенных по ромбовидной схеме, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные значения, сопротивление четвертого легко рассчитать. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, такую ​​схему можно использовать как очень точный термометр: вычисляя его сопротивление (по его напряжению и току) позволяет нам рассчитать его температуру.

    Измерение экстремальных температур

    Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра. ручка, понадобится термопара: хитрый прибор который измеряет температуру путем измерения электричества. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать даже термопару, можно попробовать пирометр, своего рода термометр, который определяет температуру объекта по электромагнитное излучение, которое он испускает.

    Что такое температурная шкала?

    Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние вверх по шкале.Это не означает, что термометры должны быть прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигайтесь так далеко, чтобы обозначать каждое новое деление при повышении или понижении температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия с помощью круговой (но все же линейной) шкалы.

    Для термометра не обязательно должны быть нанесены шкала или цифры.Представьте себе, если вы были на необитаемом острове и наткнулись на старый градусник на песке с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает нормально. Вы все еще можете использовать это получить представление о температурах. Вы могли бы использовать это очень грубо, чтобы сказать такие вещи, как: «Уровень ртути примерно на полпути, что выше, чем он был вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

    Лучше всего поставить свою шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти что-то действительно холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути.Тогда ты мог бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и еще раз отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированных точек. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя фиксированные точки на множество секций одинаковой длины. Вот как по Цельсию термометр получил свое название: у него 100 («центовых») секций («градаций») между неподвижные точки льда и пара. Какие бывают разные температурные шкалы и как они проработаны?

    Масштаб Фиксированная точка (и)

    Фаренгейт

    Первоначально 32 ° F (тающий лед в соли) и 96 ° F (определение температуры тела Даниэля Фаренгейта).

    Цельсия

    0 ° C (точка замерзания воды) и 100 ° C (точка кипения воды).

    Кельвин

    Определяется в соответствии с тройной точкой воды (где твердое тело, жидкость и пар находятся в равновесии), которая составляет 273,16 К.

    ITS-90 (Международная температурная шкала)

    Использует множество различных точек в разных частях своего диапазона.Видеть ИТС-90 подробнее подробности.

    Как сравнить Цельсия и Фаренгейта?

    Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру Цельсия в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8), а затем добавьте 32. Чтобы преобразовать По Фаренгейту на Цельсию вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9 (или делите на 1,8, что одно и то же). Когда вы слышите, как в прогнозах погоды указываются температуры по Цельсию и их эквиваленты по Фаренгейту, вы можете почувствовать, что связь между ними немного странная и сбивающая с толку, потому что они кажутся такими разными.Но если вы нанесете их на диаграмму (как показано ниже), вы увидите, что обе шкалы абсолютно линейны, и каждое повышение температуры, которое добавляет еще 10 ° C, добавляет 18 ° F.

    Диаграмма

    : шкала температуры Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта - красным цветом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20 ° C. равно 68 ° F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10 ° C равно увеличению на 18 ° F.

    Рекламные ссылки

    Узнать больше

    На сайте

    На других сайтах

    Книги для юных читателей

    • Как мы измеряем температуру? Криса Вудфорда. Гарет Стивенс, 2013 / Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
    • градусов по Фаренгейту, Цельсию и их температурные шкалы Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press / Розен, 2012.Историческое введение, в котором рассказываются истории Даниэля Фаренгейта и Андерса Цельсия наряду с практическим измерением температуры.
    • Измерь! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте от 7 до 9 лет, включающее некоторые темы, связанные с погодой и изменением климата.
    • «Температура: нагревание и охлаждение» Дарлин Р. Стилле. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для читателей чуть младше.
    • Термометры Адель Ричардсон.Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее те же темы, что и эта статья, но для более молодых читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

    Книги для старших читателей

    • Изобретение температуры: измерение и научный прогресс Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами. Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читаемая.
    • Измерение температуры Л. Михальски.Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
    • Принципы и методы измерения температуры Томас Дональд МакГи. Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, охватывающий температурные шкалы и все виды датчиков температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Подписывайтесь на нас

    Сохранить или поделиться этой страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

    Цитировать эту страницу

    Вудфорд, Крис.(2008/2020) Термометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/thermometer.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

    Больше на нашем сайте ...

    IGCSE Physics - Unit 2 Теплофизика

      • Термометр газовый постоянного объема - содержит газ; при повышении температуры давление увеличивается. Изменение давления используется для обозначения изменения температуры.
    • Диапазон термометра - это разница между максимальным и минимальные температуры, которые может показывать термометр. Общий диапазон для жидкостные стеклянные термометры от –10 ° С до 110 ° С.
    • Диапазон действия жидкостного стеклянного термометра ограничен длиной термометра и может быть увеличен за счет:
      • увеличение диаметра капилляра - это означает, что жидкость не будет расширяться так далеко по трубке на градус повышения температуры
      • уменьшение объема колбы - это означает, что жидкости меньше, и она не будет проходить так далеко по капилляру трубка как нагревается.
    • Жидкостный стеклянный термометр называется линейным, если жидкость расширяется на одинаковую величину для каждого на градус Цельсия повышение температуры. Это означает, что шкала будет отмечена в градусах одинакового размера (как показано ниже).

    • Если бы жидкость не расширялась равномерно, масштаб был бы нелинейным. Он должен быть отмечен степенями разных размеров (как указано выше). Было бы очень сложно откалибровать и использовать.

    Верхний наконечник

    Характеристики, которые делают вещество пригодным для использования в жидкостном стеклянном термометре, включают:

    • равномерно расширяется в широком диапазоне температур
    • низкая удельная теплоемкость для быстрого реагирования
    • имеет низкую температуру замерзания и высокую температуру кипения, поэтому вещество остается жидким в хорошем диапазоне температур.
    .

    0 comments on “Жидкостный термометр схема: принцип действия, схема и т.д.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *