Контактные методы термометрии.

Действие жидкостных стек­лянных термометров основано на изменении объема жидкости при нагре­ве или охлаждении. Они состоят из наполненного термометрической жид­костью стеклянного резервуара, соеди­ненного с капиллярной трубкой, сво­бодный конец которой запаян. Резер­вуар, капилляр и скрепленная с ними шкала заключены в стеклянный кор­пус. Диапазон измерения температур

— 80 -г- +70 °С для спиртовых, — 35 -г -г +750 °С для ртутных термометров. Верхний предел ограничен температурой размягчения стекла, равной + 780 °С. Изготовляют также "палочные" жид­костные термометры с толстостенны­ми капиллярами, на наружной поверх­ности которых нанесена шкала. Длина термометров до 600 мм. Цена деления шкалы 0,1 °С, основная погрешность от ± 0,2 °С (в диапазоне - 80 °С -+ 100 °С) до ± 5 °С (в диапазоне до 750 °С) .

Принцип действия манометри­ческих термометров (МТ) основан на зависимости давления жидкости, газа или пара с жидкостью в замкнутой системе постоянного объема от темпе­ратуры. Они особенно эффективны при контроле температуры в сложных усло­виях, в агрессивных средах, взрыво­опасных помещениях. МТ состоит из термобаллона, трубчатой пружины и соединительной капиллярной трубки, вы­полняемой из металла и имеющей длину до 60 м. При повышении давления в термочувствительном элементе трубчатая пружина приводит во вращение связан­ный с ней указатель. Жидкостные МТ на основе ксилола, ртути, спирта имеют диапазон измерения — 60 -^ +300 "С, их шкала — равномерная, класс точности 1—1,5. Газовые МТ (азотные, гелиевые) работают в диапазоне —100 -^ + 600 °С. Их шкала также равномерна. В кон­денсационных (парогазовых) МТ тер­модатчик заполнен (примерно на 2/3) жидкостью с низкой температурой ки­пения (ацетон, фреон, хлористый ме­тил) . Пары жидкости, давление которых изменяется в зависимости от темпера­туры, вызывают перемещение индика­тора прибора. Область измеряемых тем­ператур — 180 -г +300 °С; шкала — нелинейная.

Дилатометрические тер­мометры (ДЛТ) основаны на относи­тельном удлинении при нагреве (ох­лаждении) двух тел (обычно металли­ческих) с различными температурными коэффициентами линейного расширения

(КЛР). ДЛТ бывают стержневого и пластинчатого типов. Стержневые ДЛТ представляют собой металлическую трубку с закрытым дном, в которую вставлен стержень из материала с ма­лым КЛР (кварц, фарфор) . КЛР стержня значительно меньше КЛР трубки, поэ­тому при ее нагреве стержень переме­щается и приводит в движение измери­тельный орган прибора (стрелку и т.п. указатель). ДЛТ пластинчатого типа состоит из двух изогнутых и спаянных между собой по краям металлических полосок с различными КЛР. Изменение изгиба пластинки при нагреве (охлаж­дении) передается (обычно механически) указателю прибора. Шкала ДЛТ линейна. ДЛТ применяют в качестве датчиков в системах автоматического регулиро­вания, сигнализации и т.д. Погрешность измерения температуры порядка 1-3 %. ДЛТ особенно часто применяют для контроля температур газов и жидкос­тей, особенно в тяжелых условиях.

В биметаллических тер­мометрах (ВТ) чувствительным элемен­том служит биметаллическая пластинка, выполненная, например, из инвара и ста­ли. Если один конец пластинки закре­пить, то перемещение ее свободного конца при нагреве будет пропорциональ­но разности коэффициентов линейного расширения металлов пластинки. Таким образом, шкала этих приборов — равно­мерная. Биметаллические термометры используют в термографах для записи изменения температуры во времени, в других приборах — для автоматической регистрации температуры, регулирования производственных процессов и т.д. Диа­пазон измерения —35 -ь 45 °С для пары инвар—сталь.

Действие термоэлектричес­ких термопарных датчиков основано на эффекте Зеебека, заключающемся в том, что в замкнутой цепи, составленной из разнородных проводников (или полу­проводников) , возникает электрический ток, если температура мест соединения их различна. Величина соответствующей

термоЭДГ зависит от типа металла, является линейной функцией температу­ры спаев и определяется выражением Е = cifi - t₂), где а - коэффициент пропорциональности, индивидуальный для каждой пары металлов; t_if t₂ —тем­пературы спаев. Значение а колеблется в среднем от 41 мкВ/°С (медь — кон-стантан, марганец - константан) до 60 мкВ/°С (константан — хром—никель). Температуру одного из спаев (свобод­ного) поддерживают постоянной (обыч­но 0 °С) для получения однозначности и стабильности работы термометра. Наи­большее распространение получили тер­мопары из платины, платинородия, хро­мели, алюмели, копели, а также железа, меди и константана.

Широкое применение термопар (ТП) обусловило разнообразие их конструк­ций. По способу контакта со средой различают погружаемые и поверхностные ТП; по условиям эксплуатации — стацио­нарные, переносные, разовые и много­кратного применения; в защищенном от коррозии и от агрессивных сред корпусе и т.п. Погрешность измере­ния температуры 1—5 %. Статическая характеристика термопар практически линейна, а ее параметры нормированы для некоторых стандартных материалов. Диаметр зондов термопар 0,5 — 12 мм и более (в защитном чехле). Длина соединительных проводов до 50 м и бо­лее. Выпускаются системы многоточеч­ного контроля на 100 термопар и более. Для измерения терператур свыше + 2500 °С применяют термопары из карбидов металлов (гафния, ниобия, титана, циркония), на основе углеро­дистых и графитовых волокон.

Действие терморезистивных преобразователей (ТР) основано на свой­стве металлов изменять электрическое сопротивление при изменении темпера­туры. ТР применяют в комплекте со вторичными электроизмерительными приборами (логометрами, мостовыми схемами), в том числе цифровыми. В металлических ТР зависимость со про-

тивления от температуры близка к ли­нейной. Лучшим материалом для ТР является платина. Линеаризация характе­ристик полупроводниковых ТП (терми-сторов и позисторов) осуществляется аналоговыми или цифровыми средства­ми. Диапазон измерения температур -280 "г +1000°С для-ТР из платины или меди, —100 -г +200 °С для термис-торов. Для термисторов (полупроводни­ковых ТР) характерны малые размеры датчиков (до 0,2 мм), малая инерцион­ность (до 1 с) и высокая чувствитель­ность, однако худшая, по сравнению с металлическими резисторами, стабиль­ность.