Метрологические характеристики стеклянных жидкостных термометров. Пределы допускаемых погрешностей, учет погрешностей, введение поправок в показание термометров

Погрешности термометров можно классифицировать как погрешности показаний термометров при нормальных условиях работы; погрешности градуировки шкалы и погрешности, обусловленные отклонением условий от нормальных.

Первые погрешности зависят от конструктивных особенностей самих термометров и должны учитываться при работе с лабораторными термометрами. К ним относят погрешности градуировки шкалы, смещение нулевой отметки, дефекты термометрической жидкости, мертвый ход, измерение внутреннего давления.

Погрешности градуировки шкалы являются результатом неточного нанесения отметок шкалы, неравномерности сечения капилляра по его длине.

Они определяются при поверке термометров и учитываются при дальнейших измерениях как систематические погрешности введением поправок в показание термометра.

При изменение положения нулевой отметки по сравнению с указанным в свидетельстве, нужно внести изменения в поправки для всех точек на

с = t₀ - t₀^', ( 5.6)

где t₀ – положение нулевой точки, указанное в свидетельстве (поправка по свидетельству);

t₀^' – новое положение нулевой точки.

Новая поправка для определенной отметки шкалы определяется как

c_t = c_t^' + c, (5.7)

где c_t^' – поправка по свидетельству для температуры t.

Разрыв столбика термометрической жидкости, появление пузырьков газа, возгонка, конденсация – это дефекты термометрической жидкости. Разрыв столбика возникает из-за растворенного в жидкости газа, конденсация капелек жидкости на стенках капилляра выше мениски и может быть устранен специальной обработкой термометра.

Возгонка жидкости – результат недостаточного давления газа в капилляре. При испарении жидкости конденсат собирается в верхней части капилляра. Такой дефект для термометров с органическими жидкостями может быть не замечен, так как конденсат органической жидкости лишен красителя. Конденсацию жидкости устранить путем встряхивания термометра или применением центрифуги.

Мертвый ход и разрыв столбика ртути при измерении температуры возникает при понижении температуры в ртутных термометрах с малым сечением капилляра. Причина разрыва – трение ртути о стенки капилляра, которое препятствует перемещению ее вниз. Исключить эти явления для термометров с малой ценой деления невозможно. Частично уменьшить эту погрешность можно, если перед отсчетом показаний слегка постучать по термометру.

Внутри давление зависит от высоты столба жидкости в капилляре и давления газа в газонаполненных термометрах. При одной и той же измеряемой температуре внутреннего давление может изменяться при изменении положения в пространстве. Поэтому рекомендуется точные термометры устанавливать вертикально.

К погрешностям, обусловленным отклонением условий от нормальных, относится погрешность вследствие неполноты погружения термометров с полным погружением. Она возникает из-за зависимости показаний термометра не только от температуры результата, но и капилляра. Поэтому термометры с полным погружением необходимо помещать в среду до отсчитываемой отметки. Практически это не всегда удается, поэтому часть столбика термометрической жидкости находится при температуре, отличающейся от температуры среды. Возникшую при этом погрешность можно исключить приближенно с помощью поправки

с_{в · с} = ß_в · n · (t – t₁), (5.8)

где ß_в – коэффициент видимого теплового расширения термометрической жидкости в стекле;

n – число градусных делений, соответствующее высоте выступающего столбика;

t – измеряемая температура, ºС;

t₁ – средняя температура столбика, измеренная вспомогательным термометром.

Для определения средней температуры выступающего столбика к его середине прикрепляют небольшой термометр, чтобы резервуар не касался оболочки основного термометра и был изолирован от влияния температуры окружающей среды. Эта погрешность больше у термометров с органическими термометрическими жидкостями, чем у ртутных, так как коэффициент видимого теплового расширения ртути в 6 – 7 раз меньше. При эксплуатации технических термометров возникает погрешность за счет отличия средней температуры выступающего столбика от температуры при его градуировке. Эту погрешность можно исключить с помощью поправки

c_r = ß_в · n · (t₂ – t₃), (5.9)

где ß_в – коэффициент видимого теплового расширения термометрической жидкости;

n – число градусных делений, соответствующее высоте выступающего столбика;

t₂ – температура выступающего столбика при градуировке, ºС;

t₃ – средняя температура выступающего столбика при эксплуатации, ºС.

Эти поправки, а, следовательно, и погрешность для ртутных термометров меньше в 6 – 7 раз.

При отсчете показаний термометра возможна погрешность из-за параллакса. Происходит это от того, что плоскость наблюдения неперпендикулярна к капилляру.

Глаз видит отметки прямолинейными, если направление взгляда перпендикулярно делениям шкалы, находящимся в близи мениска. Если направление взгляда неперпендикулярно, то отметки кажутся вогнутыми или выпуклыми в зависимости от того, выше или ниже отсчитываемой отметки находится глаз наблюдателя. Отсчет показаний при этом желательно производить с помощью лупы.

Поверка термометров стеклянных ртутных образцовых – эталонных производится по ГОСТ 8.317 – 78.

5.5 Современный типаж термометров распространённых в применении