Избранное
ЭБ Нефть
и Газ
Главная
Оглавление
Поиск +
Еще книги ...
Энциклопедия
Помощь
Для просмотра
необходимо:


Книга: Главная » Введенский Б.А. Большая советская энциклопедия Том 42
 
djvu / html
 

330
ТЕРМОМЕТРЫ
Наибольшее распространение получили Т. теплового расширения жидкостей (особенно ртути) в стеклянных или кварцевых сосудах соответствующей формы. Их распространённость определяется дешевизной и простотой, с к-рой могут быть сделаны температурные измерения. Область их применения простирается от —200°С (технич. пентан в стекле) до 600°С (ртуть в стекле марки Иен-ское 1565'") и даже выше (галлий в плавленом кварце). Ртуть удобна для йаполнения Т., так как она не смачивает стекла и легко получается в чистом виде, что обеспечивает постоянство её свойств. Затвердевает она при —38,87°С, так что Т., работающие при более низкой температуре, приходится делать или из ртути с 8,3% таллия (затвердевание —59°С), или из других жидкостей (спирт, толуол до —95°С и технич. пентан до —200°С). Эти жидкости обладают большей теплоёмкостью (по сравнению со ртутью), и поэтому Т. с такими жидкостями медленнее (чем ртутные) реагируют на изменение температуры. Смачивание стенок капилляра и медленное стекание плёнки смачивания затрудняют отсчёты при понижении температуры. Точность низкотемпературных Т. значительно меньше ртутных. Давление паров ртути при 150°С составляет ок. 3 мм рт. ст. и 16мм при 250°С. Поэтому при температуре выше 100°С ртуть в вакууме легко перегонялась бы со своего мениска к холодным частям капилляра. Чтобы значительно замедлить перегонку ртути в Т., работающих выше 100°, свободный объём капилляра заполняется азотом под давлением 1—20 атм.
Есть много типов ртутных Т.: клинические, метеорологические, «химические», калориметрические, термометры Бекмана для измерения малых изменений температуры. Для расширения шкалы «химического» Т. без удлинения Т. на капилляре делают расширения желаемого объёма.
Качество ртутных Т., в первую очередь, определяется качеством стекла его резервуара и термич. обработкой, к-рой был подвергнут баллон Т. (т. к. объём резервуара делается равным примерно объёму 6 000 градусных делений капилляра). Чтобы постоянство градуировки сохранялось в пределах 0,05°, необходимо, чтобы непостоянство объёма резервуара было меньше 10-». Так как стекло является системой неравновесной, в нём происходят медленные «вековые» изменения плотности, приводящие к изменению объёма резервуара.
При нагреве и последующем охлаждении Т. резервуар его не сразу принимает прежний объём, и обнаруживается «депрессия нуля». Лучший способ учёта депрессии —определение нулевой точки погружением Т. после нагрева в тающий лёд. В хороших Т., когда температура не превышает 150°С, неточность, обусловленная депрессией, составляет одну или несколько десятитысячных величины нагрева. Таким образом, качество стекла имеет чрезвычайно большое значение. При точных измерениях ртутный Т. требует учёта шести поправок. Особенно важной является поправка «на выступающий столбик», т. е. на разницу температур ртути в резервуаре и в капилляре. Существуют даже специальные «игольчатые» Т. с длинным капиллярным резервуаром для определения средней температуры выступающего столбика ртути.
Очень важной характеристикой Т. является их инерционность, определяющая ошибку при кратковременных измерениях или измерениях меняющихся температур. Величина, характеризующая инерционность Т., называется «постоянной запаздывания» и приближённо может быть определена как время, за к-рое начальная разность температур Т. и среды уменьшается на 1/ек=0,4 своего значения. Величина постоянной запаздывания зависит от условий теплообмена между средой и Т., от массы ртути в резервуаре и от его формы.
«Химический» обычный Т. в воде, в зависимости от скорости движения её, имеет константу запаздывания примерно от 2 до 10 сек., в масле в 2—10 раз больше, в воздухе 1—3 мин. Калориметрические и особенно бекманские Т. значительно более инерционны.
В среднем можно считать, что до 100°С погрешность измерения температуры составляет ок 0,01°, при 200°С — до 0,05°, при 400°С — до 0,5°.
На расширении твёрдых тел основан принцип работы биметаллических термометров, чувствительный элемент к-рых представляет собой две склёпанные или приваренные плоскостями друг к другу металлич. полоски, имеющие большую разницу в тепловом расширении. При изменении температуры биметалл изгибается.Эти Т. недостаточно точны; они часто употребляются как датчики при регулировании температуры.
Важную роль играют дистанционные термометры. Кроме электрических, упоминаемых ниже, широко применяются технические термометры давления. В них температура отсчитывается по манометру, измеряющему давление, к-рое создаёт в замкнутом объёме расширяющаяся при нагревании жидкость или газ, или насыщенный пар над жидкостью. Из электрических термометров наиболее точны Т. электрич. сопротивления, т. к. методы измерения сопротивления хорошо разработаны и имеют высокую точность. Кроме того, нек-рые металлы, напр, платина, при правильном использовании показывают чрезвычайное постоянство сопротивления. Платиновые Т. изготавливаются из чистейшей платиновой проволоки различных диаметров (в зависимости от области температур), к-рая тщательно отжигается и охраняется от химич. или механич. воздействий на неё. Они применяются при измерении температур от —263°С до —183°С, от —183°С до 630°С (эталонные температуры международной шкалы) и могут применяться при измерении температур от 630°С до 1063°С. Конструктивно они представляют собой каркас, на к-рый навита платиновая проволока, иногда платиновая спираль (см. рис. 1, а и б). Монтаж должен быть таким, чтобы при изменениях температуры проволока не подвергалась деформации. Материал каркаса тем лучше, чем он более химически инертен при высоких температурах. Собранный каркас заключается в оболочку из стекла, кварца или фарфора. Очень важно, чтобы Т. имел небольшой размер и минимальную инерционность. Советская модель (1939) платинового Т. имеет диаметр 4—5 мм и постоянную запаздывания, близкую к «химическим» ртутным Т.
В 1953 в Англии появился точный Т. сопротивления малых размеров.
Есть малоинерционные модели Т. сопротивления (калориметрические). Применение их ограничено областью температур, близкой к комнатной. Схема для измерения сопро-
Рис. 1. Малоинерционные термометры сопротивления с геликоидальным каркасом диаметром 4 мм (СССР): а — десятиомный термометр для области международной шкалы (проволока диаметром 0,1 лип); б—стоомный термометр для области низких температур до 10°К (проволока диаметром 0,05 мм).
тивления должна позволять исключать сопротивление подводящих проводов.Такими схемами являются: потенциомет-рическая, широко распространённая в СССР и в Европе, варианты Уитстона мостипа (см.) (особенно температурный мост Мюллера), распространённые в США, и варианты мостика Томсона (см. Мостовой метод измерения), распространённые в Англии.
Измерительные приборы высокого класса, сопротивления к-рых подогнаны с точностью до 0,01 %, позволяют измерять температуры в области международной шкалы с точностью 0,02°—0,03°. Используя то обстоятельство,что для измерения температуры Т. сопротивления нужно точно знать только отношения сопротивления в измерительной схеме, при помощи хорошо изученной аппаратуры можно добиться относительной точности в 1-10-*—3-10-* градуса.
От величины измеренного сопротивления платины к соответствующему значению температуры в области международной шкалы можно перейти при помощи или установленных формул, или таблиц, если Т. градуирован в четырёх репер-ных точках (точки кислорода, льда, пара и серы).Экспериментальные ошибки градуировки влияют на погрешность измерения различным образом в зависимости от области температуры.
Есть тенденция сделать платиновый Т. сопротивления эталонным и на участке международной шкалы от 630°С до 1063°С, заменив им термопару платина —платинородий. При измерении высоких температур Т. изготовляют из проволоки диаметром до 0,6 мм для уменьшения влияния поверхностной коррозии. Платиновые Т. для низких температур делают из тонкой проволоки и из очень чистой платины, т. к. от комнатной температуры до 10°К сопротивление платины уменьшается примерно в 1300 раз и на зависимость от температуры ниже 20°К резко влияет чистота металла.
Вне области международной шкалы сложная зависимость между сопротивлением платины и температурой не описана в аналитич. форме и представляется в форме таблиц. Поль-

 

1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660


Большая Советская Энциклопедия Второе издание