Įvairių termometrų veikimo principas
Termometras yra bendras temperatūros matavimo prietaisų terminas, kuriuo galima tiksliai įvertinti ir išmatuoti temperatūrą. Kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų plėtimosi ir susitraukimo reiškinys veikiant temperatūrai naudojamas kaip projektavimo pagrindas. Galime rinktis iš žibalo termometrų, alkoholio termometrų, gyvsidabrio termometrų, dujų termometrų, varžos termometrų, termoporinių termometrų1, radiacinių termometrų, optinių termometrų, bimetalinių termometrų ir kt., tačiau turime atkreipti dėmesį į teisingą naudojimo būdą. Siekiant suprasti atitinkamas termometro charakteristikas ir geriau juo naudotis, ši knyga buvo specialiai parašyta.
1. Dujų termometrai: kaip temperatūros matavimo medžiaga dažnai naudojamas vandenilis arba helis. Kadangi vandenilio ir helio suskystinimo temperatūra yra labai žema, artima nuliui, jos temperatūros matavimo diapazonas yra labai platus. Šis termometras yra labai aukštas ir dažniausiai naudojamas tiksliems matavimams.
2. Atsparumo termometras: Jis skirstomas į metalo varžos termometrus ir puslaidininkinius varžos termometrus, kurie gaminami pagal atsparumo vertės kintančią temperatūrai charakteristikas. Metalo termometruose daugiausia naudojami gryni metalai, tokie kaip platina, auksas, varis, nikelis ir rodžio geležis, fosforo bronzos lydiniai; puslaidininkiniuose termometruose daugiausia naudojama anglis, germanis ir kt. Atsparumo termometrai yra lengvai naudojami, patikimi ir plačiai naudojami. Jo matavimo diapazonas yra maždaug nuo -260 laipsnio iki 600 laipsnių.
3. Termoporos termometras: Tai temperatūros matavimo prietaisas, plačiai naudojamas pramonėje. Pagaminta naudojant termoelektrinį reiškinį. Du skirtingi laidai yra suvirinti, kad sudarytų darbinį galą, o kiti du galai yra prijungti prie matavimo priemonės, kad sudarytų grandinę. Darbinį galą nustatykite į matuojamą temperatūrą. Kai darbinio galo ir laisvojo galo temperatūra skiriasi, atsiranda elektrovaros jėga, todėl kilpoje teka srovė. Matuojant elektros energiją, temperatūra žinomoje vietoje gali būti naudojama kitos vietos temperatūrai nustatyti. Šis termometras daugiausia sudarytas iš vario konstantano, geležies konstantano, nikelio konstantano, aukso kobalto vario, platinos rodžio ir kt. Jis tinka dviem medžiagoms, kurių temperatūrų skirtumas yra didelis, ir dažniausiai naudojamas aukštai temperatūrai ir mažam drumstumui matuoti. Kai kurios termoporos gali išmatuoti aukštą temperatūrą iki 3000 laipsnių, o kai kurios – žemą, artimą nuliui.
4. Bimetalinis termometras: reiškia termometrą, specialiai naudojamą aukštesnei nei 500 laipsnių temperatūrai matuoti, įskaitant optinį termometrą, kolorimetrinį termometrą ir radiacijos termometrą. Bimetalinio termometro principas ir struktūra yra gana sudėtingi ir čia nebus kartojami. Jo matavimo diapazonas yra nuo 500 laipsnių iki 3000 laipsnių ar didesnis ir netinka žemai temperatūrai matuoti.
5. Rodyklės termometras: tai prietaisų skydelio formos termometras, taip pat žinomas kaip kalorimetras, naudojamas kambario temperatūrai matuoti ir pagamintas pagal metalo šiluminio plėtimosi ir susitraukimo principą. Jis naudoja bimetalinį lakštą kaip temperatūros jutimo elementą žymekliui valdyti. Bimetalai dažniausiai kniedomi variu ir geležimi, vario – kairėje, geležies – dešinėje. Kadangi vario šiluminis plėtimasis ir susitraukimas yra akivaizdesnis nei geležies, kylant temperatūrai vario lakštas traukia geležies lakštą, kad jis pasilenktų į dešinę, o rodyklė pasislenka į dešinę (rodo aukštą temperatūrą). Bimetalinis; priešingai. , temperatūra tampa žemesnė, o rodyklė nukrypsta į kairę (rodo žemą temperatūrą), kurią varo bimetalinis lakštas.
6. Stiklinio vamzdžio termometras: stiklo vamzdžio termometras naudoja šiluminio plėtimosi ir susitraukimo principą, kad būtų galima išmatuoti temperatūrą. Kadangi temperatūros matavimo terpės plėtimosi koeficientas skiriasi nuo virimo ir užšalimo temperatūros, įprastus stiklinius termometrus sudaro: žibalo termometras, gyvsidabrio termometras ir raudono rašiklio vandens termometras. Privalumai yra paprasta struktūra, patogus naudojimas, didelis matavimo tikslumas ir maža kaina. Trūkumas yra tas, kad viršutinę ir apatinę matavimo ribas bei tikslumą riboja stiklo kokybė ir temperatūros matavimo terpės savybės. Jis negali būti teleportuotas ir yra trapus.
7. Slėgio termometras: Slėgio termometras naudoja skystį, dujas arba prisotintus garus uždarame inde, kad generuotų tūrio padidėjimą arba slėgio pokytį kaip matavimo signalą po kaitinimo. Jo pagrindinė struktūra susideda iš trijų dalių: temperatūros lemputės, kapiliarinio vamzdelio ir indikatoriaus lentelės. Tai buvo vienas iš pirmųjų temperatūros kontrolės metodų, naudojamų gamybos procese. Slėgio temperatūros matavimo sistemos vis dar yra labai plačiai naudojamas matavimo metodas temperatūros indikacijai ir kontrolei vietoje. Slėgio termometrų privalumai: paprasta konstrukcija, didelis mechaninis stiprumas, nebijo vibracijos. Nebrangus ir nereikalaujantis išorinės energijos. Trūkumai yra šie: temperatūros matavimo diapazonas yra ribotas, paprastai -80~400 laipsnių ; šilumos nuostoliai dideli, o reakcijos laikas lėtas; prietaiso sandarinimo sistema (terminė lemputė, kapiliaras, spyruoklinis vamzdis) pažeista, sudėtinga priežiūra ir ją reikia pakeisti; matavimo tikslumui įtakos turi aplinkos temperatūra, didelę įtaką turi lemputės montavimo padėtis, o tikslumas yra palyginti mažas; kapiliaro perdavimo atstumas yra ribotas. Įprastas slėgio termometro veikimo diapazonas turi būti 1/2--3/4 diapazono, o ekrano prietaisas ir temperatūros lemputė turi būti kiek įmanoma horizontalioje padėtyje. Montuojant naudojami temperatūros rutulio tvirtinimo varžtai sukels temperatūros sumažėjimą, todėl temperatūra bus netiksli. Šilumos izoliacija turi būti apdorojama montavimo metu, o šilta lemputė turėtų veikti kuo labiau be vibracijos.
8. Sukamasis termometras: sukamasis termometras pagamintas iš valcuotų bimetalinių lakštų. Vienas bimetalo galas yra fiksuotas, o kitas galas yra prijungtas prie rodyklės. Dėl skirtingų dviejų metalo dalių išsiplėtimo laipsnio bimetalinis gabalas skirtingai susisuka esant skirtingoms temperatūroms, o rodyklės rodo skirtingas ciferblato padėtis. Temperatūrą galima sužinoti pagal ciferblato rodmenis.
9. Puslaidininkinis termometras: puslaidininkio atsparumo keitimo cheminė medžiaga skiriasi nuo metalo. Kylant temperatūrai, jų atsparumas mažėja ir kinta plačiau. Todėl nedidelis temperatūros pokytis taip pat gali sukelti reikšmingą pasipriešinimo pokytį. Termometrai yra pagaminti labai tiksliai ir dažnai vadinami temperatūros jutikliais.
10. Termoporos termometras: Termoporos termometras susideda iš dviejų skirtingų metalų, prijungtų prie jautraus voltmetro. Metaliniai kontaktai sukuria skirtingus potencialų skirtumus tarp metalo esant skirtingoms temperatūroms. Potencialų skirtumas nedidelis, todėl jam išmatuoti reikia jautraus voltmetro. Temperatūrą galima sužinoti pagal voltmetro rodmenis.
11. Optinis pirometras: jei objekto temperatūra pakankamai aukšta, kad skleistų daug matomos šviesos, jo temperatūrą galima nustatyti matuojant šiluminės spinduliuotės kiekį. Šis termometras yra lengvas termometras. Šį termometrą daugiausia sudaro teleskopas su raudonu filtru ir grandinių rinkinys su maža lempute, galvanometru ir kintamu rezistoriumi. Prieš naudodami nustatykite ryšį tarp temperatūros, atitinkančios skirtingą kaitinamojo siūlo ryškumą, ir ampermetro rodmens. Kai naudojate, nukreipkite teleskopą į matuojamą objektą ir sureguliuokite varžą taip, kad lemputės šviesumas būtų toks pat, kaip ir matuojamo objekto ryškumas. Šiuo metu iš galvanometro galima nuskaityti išmatuoto objekto temperatūrą.
12. Skystųjų kristalų termometras: Skystieji kristalai, pagaminti iš skirtingų formulių, turi skirtingą fazių virsmo temperatūrą. Pasikeitus jų fazei, keičiasi ir jų optinės savybės, todėl skystieji kristalai atrodo pakitusios spalvos. Jei popieriaus gabalas yra padengtas skystaisiais kristalais, kurių fazinio virsmo temperatūra skiriasi, temperatūrą galima sužinoti iš skystųjų kristalų spalvos pasikeitimo. Šio termometro privalumas yra tai, kad jį lengva nuskaityti, tačiau trūkumas yra tas, kad jo nepakanka. Dažnai naudojamas dekoratyviniuose žuvų rezervuaruose parodyti.
