Виды термометров

4.1.1 Газовые термометры

Наиболее строго требованию существенной, непрерывной и линейной зависимости от температуры отвечают такие параметры идеального газа, как объём и давление. Поведение реального газа при небольших давлениях и достаточно высоких температурах практически не отличается от поведения идеального газа. По этой причине газовые термометры используются как эталонные, по ним градуируют и поверяют другие типы термометров. Простейший газовый термометр может представлять собой укрепленную на линейке колбу с газом, завершающуюся отогнутой в сторону стеклянной трубкой. Находящаяся в трубке капля ртути отделяет газ колбы от атмосферы. При нагревании газ расширяется, а его давление остаётся равным атмосферному. В соответствии с уравнением Клапейрона-Менделеева

pV=mRT/M (4.2)

его объём и температура находятся в соотношении: V=(mRТ/Мр) =(mR/Мр)Т = δТ . Для конкретного термометра выражение (mR/Мр) играет роль постоянного коэффициента δ, зависящего от количества газа, его состава и от атмосферного давления. Процедура измерения температуры газовым термометром сводится к тому, что его термометрическое тело (колбу) помещают в исследуемую среду, затем, дождавшись установления равновесия, определяют объём V и по графику T = f(V) находят температуру Т. На практике после предварительной градуировки линейка Л становится шкалой термометра.

4.1.2 Жидкостные термометры

Если ёмкость газового термометра заполнить жидкостью с достаточно большим коэффициентом теплового объёмного расширения, то полученный прибор станет жидкостным термометром. В настоящее время такими жидкостями является ртуть или другие вещества, например, подкрашенные спирт, толуол, пентан. Для повышения чувствительности и точности измерений жидкостный термометр состоит из двух сообщающихся объёмов, один из которых содержит основную массу жидкости, а второй служит индикатором изменения объёма, для чего ему придаётся форма цилиндра капиллярных размеров. Жидкостные термометры запаяны с обоих концов, поэтому более удобны в обращении, что послужило причиной их широкого распространения.

К их недостатком можно отнести нелинейность температурной зависимости объёмов, что делает необходимым калибровать их по газовым термометрам. Они отличаются также инерционностью (время вхождения в равновесное состояние с исследуемой средой не менее 10 минут), большой собственной теплоёмкостью (до 10 Дж/К) и размерами термометрического тела, что препятствует точечным, локальным измерениям. Диапазон их работы ограничен с одной стороны температурой кристаллизации, а с другой - температурой кипения жидкости.

4.1.3 Твердотельные термометры

4.1.3.1 Биметаллические термометры

Биметаллические термометры - используют различие в коэффициентах теплового линейного расширения разных металлов. Скреплённые вместе, пластинки при изменении температуры изгибаются или закручиваются. Величина деформации зависит от температуры, поэтому, снабдив пластины механизмами и шкалами, такой термометр можно проградуировать и снимать с него прямые показания температуры. Достоинства биметаллических термометров - простота изготовления, механическая прочность, возможность встраивания в системы автоматики и телемеханики. Недостатки - низкая чувствительность, проявление «усталости» металлов и отсюда - необходимость частой проверки и калибровки по эталонными термометрами.