Головна

Види термометрів, ареометрів. Термометрія.

ТЕРМОМЕТРИ, Прилади для вимірювання т-ри за допомогою контакту з досліджуваної середовищем. Перші термометри з'явилися в кінці 16-початку 17 ст. (Напр., Термоскоп Галілея, 1 597), сам термін "термометр" в 1636.

Дія термометрів засноване на змінах однозначно залежать від т-ри і легко піддаються визначенню різних физич-х св-в тел (геометр-е розміри, тиск в замкнутому просторі, елект-е опір і ін.). Соотв-но розрізняють наступні найбільш поширені типи термометрів: розширення, манометричні, опору, термоелектричні, магнітні.

Термометри розширення побудовані за принципом зміни обсягів рідин (рідинні термометри) або лінійних розмірів твердих тіл (деформаційні термометри).

Дія рідинних термометрів засноване на відмінностях коеф. теплового розширення робочого, або термометріч-го, в-ва (ртуть, етанол, пентан, гас, інші орг. рідини) і матеріалу оболонки, в якій воно знаходиться (термометріч. скло або кварц).

Незважаючи на велику різноманітність конструкцій, ці термометри відносяться до одного з двох осн. типів: паличні (рис. 1, а) і з вкладеною шкалою (рис. 1, б). Особливо поширені ртутні скляні термометри, що підрозділяються на зразкові (1-го розряду-тільки паличні, 2-го розряду-обидва типи), лабораторні (обидва типи), технічні (тільки з вкладеною шкалою). Серед приладів, заповнених орг. рідинами і використовуваних лише для вимірювання т-р нижче - 30 ° С, частіше за інших застосовують спиртові термометри.

Всі рідинні термометри використовують зазвичай для локальних вимірювань т-ри (від - 200 до 600 ° С) з точністю, яка визначається ціною поділки шкали. Для зразкових скляних термометрів з вузьким діапазоном шкали ціна ділення може досягати 0,01 ° С.

Точність вимірювань залежить від глибини занурення термометра в досліджувану середу: прилад слід занурювати на глибину, при якій проводилася його градуювання. Переваги цих термометрів-простота конструкції і висока точність вимірювань.

Недоліки: неможливість реєстрації та передачі свідчень на відстань; залежність показань від вимірювання об'ємів рідини і резервуара, в к-ром вона знаходиться; теплова інерційність; неможливість ремонту.

Різновид рідинних приладів - електроконтактні ртутні термометри, що застосовуються для регулювання т-ри або сигналізації про порушення заданого температурного режиму в межах від - 30 до 300 ° С. Платинові контакти, впаяні в ниж. частина капіляра, з'єднані з мідними провідниками, к-які через реле включені в ланцюг електричні. нагрівача або сигналізації. У момент з'єднання контактів стовпчиком ртуті замикається ланцюг реле, вимикає нагрівач або включає сигналізацію.

Деформаційні термометри (дилатометрические і біметалічні).

МАЛ. 1. Термометри розширення: а-паличної; б-з вкладеною шкалою.

Манометричні термометри. Їх дія заснована на зміні тиску Ар робочого в-ва, укладеного в ємність постійного об'єму, при зміні його т-ри Dt.

За конструкцією манометрические термометри всіх типів практично однакові і складаються з термобаллона, манометріч. трубчастої пружини (одно- або многовитковой, у вигляді сильфона) і з'єднує їх капілярів (рис. 2). При нагр. термобаллона, поміщений-ного в зону вимірювання т-ри, тиск в-ва всередині замкнутої системи зростає. Це збільшення тиску сприймається пружиною, к-раю через передавальний механізм впливає на стрілку приладу. Залежно від того, чим заповнені термобаллон, розрізняють газові, рідинні і конденсаційні термометри.

У газових термометрах (зазвичай постійного обсягу) зміна т-ри ідеального газу пропорційно зміні тиску, під яким робоче в-во (N2, He, Аг) повністю заповнює термосістем приладу. В діапазоні вимірюваних т-р (від - 120 до 600 ° С) відмінності св-в ідеальних і реальних газів враховуючи ються під час градуювання термометрів.

Рис.2. Манометріч. термометр: 1 - термобаллон; 2-капіляр; 3-трубчаста пружина; 4-тримач; 5-поводок; 6-сектор (4-6-передавальний механізм).

В основу роботи рідинних термометрів, термобаллон яких брало повністю заповнені кремнийорган. рідинами, покладена залежність: Dp = (bp/ bc) Dt, де bp і bскоеф. об'ємного розширення і стискання робочої рідини. Зміна її обсягу, як випливає з цього ур-ня, лінійна ф-ція т-ри, що визначає рівномірність шкал даних приладів. Межі вимірювань від - 50 до 300 ° С.

У конденсаційних (парорідинних) термометрах вимірюють тиск насичений. пара над пов-стю низкокипящей рідини (ацетон, метилхлорид, нек-риє хладони), що заповнює термосістем на 2/3 її обсягу. Зміна цього тиску непропорційно зміні т-ри, тому такі прилади мають нерівномірні шкали. Межі вимірювань від -25 до 300 ° С.

Манометричні термометри надійні в експлуатації (хоча і відрізняються запізненням показань) і використовуються як показують, самописні та контактні техніч-е прилади; при великій довжині капіляра (до 60 м) можуть служити дистанційними термометри.

Термометри опору. Вимірювання (з високою точністю) т-ри засноване на св-ве провідників (метали і сплави) і напівпровідників (напр., Оксиди нек-яких металів, легов. Монокристали Si або Ge) змінювати електричні-е опір при зміні т-ри. З її підвищенням для провідників опір збільшується, для напівпровідників-зменшується. Кількісно така залежність виражається температурним коеф. елект. опору (ТКЕС, ° С-1) ·

Ці термометри складаються з чувствит. елемента (термоелемента) і захисної арматури. Наїб. поширені термометри з термоелементами з чистих металів, особливо Pt (ТКЕС = 3,9 · 10-3) І Сu (4,26 · 10-3). Конструктивно чувствит. елемент являє собою металеві. дріт, намотаний на жорсткий каркас з електроізолюючого матеріалу (напр., слюда, кварц) або згорнуту в спіраль, к-раю герметично поміщена в заповнені керамич. порошком канали каркаса (рис. 3).

Мал. 3. Платиновий термометр опору: а-загальний вигляд; б-чувствит. елемент; 1-металеві. чохол; 2 - термоелемент; 3-інсталяційний штуцер; 4-головка для приєднання до вторинного приладу; 5-слюдяною каркас; 6-обмотка з платинового дроту; 7-висновки.

Платинові термометри застосовують для вимірювання т-р в межах від - 260 до 1100 ° С, мідні-від - 200 до 200 ° С. Платиновий або мідний чувствит. елемент, вставлений в гільзу (з бронзи, латуні або нержавіючої сталі), на кінці к-рій є висновки (клеми) для приєднання до голівки термометра, наз. термометріч. вставкою.

Напівпровідникові термометри, або терморезистори (Рис. 4), випускають у вигляді стрижнів, трубок, дисків, шайб або бусинок (розміри від дек. Мкмдо дек. См). Вони володіють високим ТКЕС [(3-4) · 10-2 ° С-1] І соотв-но великим початковим елект-м опором, що дозволяє знизити похибку вимірювань. Осн. недоліки, що обмежують широке впровадження даних приладів в термометрію, -погана відтворюваність їх характеристик (виключається взаємозамінність) і порівняно невисока макс. робоча т-ра (від - 60 до 180 ° С). Терморезистор використовують для реєстрації змін т-ри в системах теплового контролю, пожежної сигналізації та ін.

Мал. 4. Терморезистор: а-стрижневий (1-емалюють. Циліндр; 2-контактні ковпачки; 3-висновки; 4-скляний ізолятор; 5-металеві. Фольга; 6-металеві. Чохол); б-бусінковий (1-чувствит. елемент; 2-електроди; 3-висновки; 4-скляна оболонка).

термоелектричні термометри складаються з термоелектр-го перетворювача і вторинного приладу. Термоелектріч-й перетворювач (ТЕП, термопара-застаріле) - ланцюг з двох (рис. 5, а) або кі-х з'єднаних між собою різнорідних електропровідних елементів (зазвичай металеві-х провідників, рідше напівпровідників).

Мал. 5. Термоелектріч. перетворювач: а-ланцюг з термоелектродів А і В; б-пристрій; 1-робочий спай; 2-ізолятор; 3-чохол; 4-висновки.

Дія ТЕП ґрунтується на ефекті Зеєбека: якщо контакти (як правило, спаи) провідників, або термоелектродів, знаходяться при різних т-рах, в ланцюзі виникає термоелектрорушійна сила (термо), значення к-рій однозначно визначається т-рами "гарячого", або робітника (t), і "холодного", або вільного (t0), Контактів і природою матеріалів, з яких брало виготовлені термоелектроди. ТЕП широко використовують в пристроях для вимірювання т-ри в різних автоматизир-х системах управління і контролю.

Менш поширені акустич., Магн. та деякі інші термометри. Існують термометри спец. призначення, напр. гіпсотермометри (для вимірювання атм. тиску по т-ре киплячій рідини), метеорологічні (для вимірювань гл. обр. на метеостанціях), глибоководні (для вимірювань т-ри води в водоймах на разл. глибинах).

Літ .: Воскресенський П. І., Техніка лабораторних робіт, 10 вид., М., 1973; Кулаков М. В., Технологічні вимірювання і прилади для хімічних виробництв, М., 1983, с. 41-81;

термометрія (Від грец. Therme-тепло і metreo-вимірюю) - розділ прикладної фізики, присвячений розробці методів і засобів вимірювання температури. Вона є також розділом метрології, в її завдання входить забезпечення єдності і точності температурних вимірювань: встановлення температурних шкал, створення еталонів, розробка методик градуювання і повірки приладів для вимірювання температури.

Температурні шкали. Методи термометрії розрізняються по лежачим в їх основі термометр-м св-вам і використовуваним робочим, або термометріч-м, в-вам. Термометр-е св-ва має бути пов'язано з т-рою однозначно і визначатися досить просто; вбрання для термометріч-го в-ва св-ва має добре відтворюватися і сильно змінюватися зі зміною т-ри.

Для кількісного визначення т-ри необхідно встановити систему її порівнянних числових значень - температурну шкалу, Т. Е вибрати початок відліку (нуль шкали) і одиницю виміру температурного інтервалу (градус). Спочатку застосовувалися емпіричні температурні шкали (перша шкала запропонована в 1714р.) Реалізуються за допомогою залежних від т-ри різних физич-х св-в тел і являють собою ряд відміток всередині температурного інтервалу, обмеженого двома легко відтворюваними постійними, або реперними, точками, до -рие відповідають т-рам кипіння і плавлення хімічно чистих в-в. Ці шкали розрізняються початковими точками відліку і розміром використовуваної одиниці т-ри: ° С (шкала Цельсія), ° F (шкала Фаренгейта), ° R (шкала Ренкіна) і ін.

Після введення Міжнародної системи одиниць (СІ) в більшості країн використовують дві шкали - термодинамічну та Міжнародну практичну, к-які градуюються в кельвінах (К) або ° С (1 ° R = 5/9 К = 5/9 ° С).

Методи вимірювання температури залежать від принципів дії використовуваних приладів, діапазонів вимірюваних температур, умов вимірювань і необхідної точності. Їх можна розділити на дві основні групи: Контактні методи - власне термометрія, і безконтактні методи - Т. випромінювання, або пірометрія.

Загальним і істотним для всіх контактних методів вимірювання температури є те, що всякий прилад, що вимірює температуру середовища, повинен перебувати з нею в тепловій рівновазі, т. Е мати однакову з середовищем температуру.

Основними вузлами всіх приладів для вимірювання температури є: чутливий елемент, де реалізується термометрична властивість, і пов'язаний з ним вимірювальний прилад, який вимірює чисельні значення цієї властивості.

У газовій Т. термометричною властивістю є температурна залежність тиску газу (при постійному об'ємі) або об'єму газу (при постійному тиску), відповідно розрізняють - газовий термометр постійного об'єму і газовий термометр постійного тиску. Газовим термометром вимірюють термодинамічну температуру. Точність приладу залежить від ступеня наближення використовуваного газу (азот, гелій) до ідеального.

У конденсаційних термометрах термометричною властивістю є температурна залежність тиску насичених парів рідини. Чутливий елемент - резервуар з рідиною і знаходяться з нею в рівновазі насиченими парами - сполучений капіляром з манометром. Термометричні речовини - зазвичай низкокипящие гази: кисень, аргон, неон, водень, гелій. Для обчислення температури по виміряному тиску користуються емпіричними співвідношеннями. Високоточні термометри (до 0,001 град) Служать для реалізації реперних точок (див. Міжнародна практична температурна шкала).

У термометрах рідинних термометричною властивістю є теплове розширення рідин, термометричною речовиною - головним чином ртуть. При визначенні температури не виробляють вимірів об'єму рідини; для цього при виготовленні калібрують капіляр термометра в ° С, тобто по його довжині наносять відмітки з інтервалами, відповідними зміні об'єму при заданій зміні температури. Точність термометра залежить від точності калібрування.

У термометрах манометричних, які є приладами технічного застосування, використовуються ті ж термометричні властивості, що і в рідинних або газових термометрах.

У термометрах опору термометричною властивістю є температурна залежність електричного опору чистих металів, сплавів, напівпровідників; термометрического речовини вибираються в залежності від області температурних вимірів і необхідної точності. Для визначення температури за вимірюваним електричному опору користуються емпіричними формулами або таблицями.

У термометрах термоелектричних з термопарою як чутливий елемент термометричною властивістю є термо-ерс термопари; термометричні речовини різноманітні і вибираються в залежності від області застосування і необхідної точності. Для визначення температури по виміряної ЕРС також користуються емпіричними формулами або таблицями. У зв'язку зі специфікою термоелектричного термометра (диференціального приладу) його точність залежить від точності підтримки і виміру температури одного із спаїв термопари ( "реперного" спаяний).

Вимірювальні прилади, якими визначають чисельні значення термометричних властивостей (манометри, потенціометри, логометри, мости вимірювальні, мілівольтметри і т. Д.), Називаються вторинними приладами. Термометри технічного застосування у звичайних випадках не були окремо градуюються і комплектуються відповідними вторинними приладами, шкала яких нанесена в ° С.

В діапазоні кріогенних (нижче 90 К) і наднизьких (нижче 1 К) температур, крім звичайних методів вимірювання температур, застосовуються специфічні (див. Низькі температури). Це - магнітна термометрія (діапазон 0,006-30 До; точність до 0,001 град); методи, засновані на температурній залежності Мессбауера ефекту і анізотропії g-випромінювання (нижче 1 К), термошумовий термометр з перетворювачем на Джозефсона ефекті (нижче 1 К).

Температурні шкали (співвідношення між оди ніцамі т-ри в К, ° С, ° F і ° R).

Для забезпечення єдності і точності температурних вимірювань служить Державний еталон одиниці температури - кельвін, що дозволяє в діапазоні 1,5-2800 До відтворювати Міжнародну практичну температурну шкалу (МПТШ) з найвищою досяжною в даний час точністю. Шляхом порівняння з еталоном значення температур передаються зразковим приладам, за якими градуюються і перевіряються робочі прилади для вимірювання температури. Зразковими приладами є германієві (1,5- 13,8 К) і платинові [13,8-903,9 До (630,7 ° С)] термометри опору, платинородій (90% Pt, 10% Rd) - платинова термопара ( 630,7-1064,4 ° С) і оптичний пірометр (вище 1064,4 ° С).

ареометр (Від грец. Araiys - Cлабо, тут - рідкий і metreo - вимірюю), прилад для вимірювання щільності рідин і твердих тіл. Пристрій ареометра засноване на законі Архімеда, з якого випливає, що вага рідини, витісненої плаваючим тілом (в даному випадку ареометром), дорівнює його вазі. За глибиною занурення ареометра (обсягом витісненої ним рідини) і вазі ареометра можна визначити щільність досліджуваної рідини. На практиці застосовують ареометри двох типів: ареометри постійної ваги (поширеніші) і ареометри постійного об'єму.

Мал. 1. денсиметром (скляний): 1 - порожнистий корпус; 2 - трубчастий стрижень; 3 - баласт; 4 - сполучна речовина; 5 - шкала щільності; 6 - вбудований термометр; 7 - шкала температури.

До ареометрам постійної ваги відносяться денсиметри (Мал. 1), Шкали яких градуюються в одиницях щільності (раніше поширені ареометри зі шкалами, градуйованими в умовних одиницях - градусах Бомё, Брикса, Траллеса і ін., Тепер не допускаються до застосування), і ареометри для вимірювань концентрації розчинів, шкали яких градуюються в% по обсягом або по масі.

Багато ареометри, призначені для вимірювань концентрації речовин в певних рідких сумішах і розчинах, мають спеціальні назви: лактоденсиметри, якими визначають жирність молока, спиртоміри - вміст спирту у воді, сахаромери - вміст цукру в сиропах (по масі, в%), і т. д. Щільність у денсиметрів відраховується безпосередньо за шкалою. Ціна поділки шкали еталонних денсиметрів становить 0,0001, 0,0002 і 0,0005 г / см3, У робочих (в залежності від меж вимірів) - від 0,0005 до 0,02 г / см3, У ареометрів для вимірювань концентрації - від 0,1 до 2%.

При вимірах щільності ареометром постійного об'єму (Мал. 2) Залишається незмінним обсяг зануреної частини приладу, що досягається зміною ваги ареометра. Щільність визначається за масою гир, знятих або доданих для того, щоб ареометр занурився до мітки, яка вказує обсяг витісненої рідини. Щільність твердих тіл вимірюють ареометрами постійного об'єму з доповнить-й тарілкою, приєднаною до корпусу ареометра знизу (ареометріческіе ваги).

Мал. 2. Ареометр постійного об'єму: 1 - корпус; 2 - баласт; 3 - сполучна речовина; 4 - тарілка для гир; 5 - кільцева мітка.

 



Правила, які стосуються титрованим розчинів. | Основи аналітичної хімії.

Поняття про розчини і розчинність. Класифікації розчинів. | Класифікація розчинів. | Процеси, які супроводжують розчинення. | Технічні способи вираження концентрації розчинів. | Аналітичні способи вираження концентрації розчинів. | Правила приготування розчинів. | Лабораторний посуд, ваги, необхідні для приготування розчинів технічної та аналітичної концентрації. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати