вым механизмом, или электромотором.
При измерении температуры манометрическим термометром термометрический баллон вводят в испытуемую среду, прибор или аппарат. Если манометрический термометр не снабжен диаграммной лентой или диском, т. е. если он указывающий, его показания отсчитывают на шкале по положению стрелки.
Нельзя нагревать манометрический термометр выше предельной температуры, до которой он рассчитан. ™
Электрические термометры
Термометры сопротивления (болометры). Сопротивление проводников из чистых металлов измеряется очень точно и достаточно точно воспроизводится. Это свойство
металлов используют для измерения температуры термометром сопротивления.
Для изготовления такого термометра чаще всего применяют платиновую проволоку, так как платину легко можно получить химически чистой, а следовательно, результаты будут воспроизводимы. Платина не изменяется на воздухе даже при сильном нагревании; изменение сопротивления ее происходит по сравнительно простому закону; с ее помощью можно измерить температуру в достаточно широких пределах (от —200 до +900° С).
Для измерения температуры наибольшее распространение получили термометры сопротивления из платины для измерения температур от —190 до +600° С, из меди от —55 до +200° С, из никеля до 200—250° С, из железа до 100— 150° С, из свинца — для низких температур и из фосфористой бронзы — для сверхнизких температур.
В СССР промышленностью выпускаются термометры сопротивления со стандартными градуировками: платиновые Гр 11а, 12а и 13а для температуры от —120 до +500° С и медные Гр 2а для температуры от —50 до +150° С.
Термометр сопротивления (рис. 270) представляет собой спираль 1 из платиновой или другой проволоки, намотанную на слюдяной крест 2 или на кварцевую витую палочку или трубочку. К концам спирали припаивают подводящие ток провоДа 3 из платины, серебра или золота; концы проводов прикреплены к клеммам головки 4 термометра. Весь термометр помещен в кварцевую трубку 5, которая защищает спираль и подводящие провода от действия вредных веществ и механических повреждений.
В зависимости от назначения термометра величины сопротивления и длина спирали бывают различными. Например, термометр для технических целей на 100 ом имеет длину 6 см, диаметр 3—4 мм; он заключен в металлическую оболочку. Термометр для лабораторных целей на 25— 50 ом обычно бывает длиной 2—4 см, диаметром 3 мм и чаще всего без оболочки.
К клеммам, расположенным на головке термометра, подсоединяют провода измерительной установки. Измерять сопротивление можно различными способами, но чаще всего для этого применяют измерительную систему с мостиком Уитстона (рис. 271).
Напряжение, приложенное к термометру сопротивления /?х> не должно превышать 5—6 в. Силу тока в цепи
|
| регулируют с помощью реостата 2, включенного последо-: вательно с источником тока У.Мостик Уитстона, включен? ный в цепь, имеет две ветви. Первую ветвь образуют сопротивления #! и R2, вторую — сопротивления R3 и R J Обе ветви соединены цепью с гальванометром 3. У1 ЛЛЛГ,,--------, с --------- \V |
| А. |
| то в этой цепи ток не идет и стрелка гальванометра показы-^ вает нуль. Помещая сопротивление Rt (термометр) в cpev, ду с температурой 0° С и изменяя постоянные сопротивле^ ния R% и Rlt добиваются, чтобы гальванометр также пока* зывал нуль. Затем, помещая термометр туда, где нужнск измерить температуру (печь, термостат, реакционную смесЬ| и пр.), изменяют величину сопротивления Rt так, чтобы* стрелка гальванометра показывала нуль, и вычисляют! сопротивление Rt термометра при данной температуре по£ формуле: |
Рис. 270. Термометр
сопротивления
(болометр):
/ — платиновая спираль; 2 — слюдяной крест или другой каркас; 3 — подводящие провода; 4 — головка термометра с клеммами; 5 — защитная кварцевая трубка.
Если
Рис. 271. Схема измерительной системы термометра сопротивления:
| ъ |
| fis |
; — источник постоянного тока; 2 — сопроЛ тивление для регулирования силы тока в цепи; 3 — гальванометр; Ri — термометр; Кг, Rs — постоянные сопротивления; Ri — переменное сопротивление.
Зная Rlt находят измеряемую температуру по заранее составленной таблице или графику для данного термометра сопротивления и данного мостика Уитсгона.
Удобнее градуировать непосредственно гальванометр по заранее известным температурам (по температурам плавления чистых металлов и солей) и по показаниям гальванометра, пользуясь составленным для него графиком или таблицами *, сразу определять температуру.
Термоэлектрические термометры (термопары). Термоэлектрические термометры, которые называют также пирометрами, представляют собой два различных проводника, спаянных или сваренных одними концами (так называемый спай), а другими концами соединенных с гальванометром. Термопару обычно помещают в фарфоровый или кварцевый карман (трубку, запаянную с одного конца).
Защитные трубки и карманы делают из различных материалов: выбор материала зависит от измеряемой температуры и от условий опыта. Так, для измерения температуры водяного пара, нагретого до 500° С, защитные трубки делают из стали, покрытой медью, или из меди. При измерении температуры дымовых газов, а также в керамических, электрических, криптоловых и других печах применяют для температур до 1500—1600° С трубки из негла-зурованного фарфора или шамота, для температур около 2000° С—из двуокиси циркония.
Места скрепления проводников пары с проводниками цепи называются холодными спаями (рис. 272). При измерении температуры их помещают в термостат с постоянной температурой, лучше всего с температурой, равной 0° С, т. е. в чистый лед, получаемый замораживанием дважды перегнанной воды. Горячий спай вводят в испытуемый прибор или среду.
При нагревании горячего спая возникает электродвижущая сила, направленная от одного из взятых металлов к другому. Величина термоэлектродвижущей силы обычно пропорциональна разности температур между горячим и холодным спаями. Это свойство и положено в основу измерения температуры с помощью термопар.
Схема монтажа термопары показана на рис. 273.
* Пилипчук Б. И., Вспомогательные таблицы для пла
тиновых термометров сопротивления, Труды ВНИИ метрологии,
№25,111(1955). У
•
|
|
| Каждая термопара в цепи с данным гальванометром должна быть предварительно отградуирована, и к ней должен быть составлен паспорт в виде таблички или графика (кривой, нанесенной на миллиметровую бумагу). Для это-' го оба спая (холодный и горячий) опускают в термостат с температурой 0° С и устанавливают гальванометр на нуль.1 Затем горячим спаем измеряют заранее известную температуру плавления чистых металлов и солей. Отмечают coot-j ветствие показаний гальванометра данной температуре' и строят кривую «милливольты — градусы». При пользовании термопарой не следует менять гальванометр, так как, Н горячему спаю К гамьбанометру |
| провода; - гальва- |
Рис. 272. Монтаж
холодных спаев
термопары в сосуде
Дьюара.
Соединительные провеса
| Рис. 273. |
Схема монтажа
термопары
— горячий спай; 2 — компенсационные 4 — холодные слан; 5 — термостат; 6 нометр.
Таблица 8
Наиболее употребительные термопары (первым указан положительный термоэлемент)
| Максимальная | ||
| Температурный интервал | температура | |
| Термопары | применения | (кратковременное |
| "С | нагревание) °С | |
| Платинородий (10%) — пла- | От +250 до 1450 | |
| тина...................................... | ||
| Хромель—алюмель............... | » —200» 1200 | |
| Медь—константан.................. | » —185» 500 | |
| Железо—константан.... | » —200» 750 | — |
| Серебро—константан... | » 0 "» 600 | — |
| Нихром—константан.... | До 600 | — |
Термопары пригодны и для измерения низких температур. Так, указанную в таблице медь-константановую термопару можно применять для измерения температуры до -190 °С, термопару золото — серебро применяют для низких температур от —200 до —255° С.
Дифференциальные термопары. Для измерения разности температур применяют дифференциальные термопары (рис. 274), состоящие из двух ветвей
Ясс
Boa
иначе придется градуировать термопару снова. Время от времени нужно сверять показания гальванометра, измеряя известные температуры.
При правильном пользовании термопарой можно добиться измерения температуры с точностью до сотых долей-, градуса.
Для изготовления термопар чаще всего применяют чис-i тые металлы и различные сплавы.
В СССР обычно применяют термопары, характеристика которых приведена в табл. 8.
Кроме перечисленных, имеется много других термопар.! Например, иридий-иридиевородиевую термопару можно применять для измерения температуры до 2000° п
С.
Рис. 274. Схема дифференциальной термопары:
| 4 — гальванометр; |
2 — ветки термопары; 3 — проводник; А, В — спаи.
(из одного и того же металла) 1 и 2 и проводника 3 (из дру-1 ого металла или сплава). Спаи А и В помещают в места, разность температур которых нужно измерить; стрелка гальванометра 4 отклоняется от нуля. Показания гальванометра пропорциональны разности температуры спаев. Нуль гальванометра устанавливают в условиях, когда разность температуры спаев А и В равна нулю, т. е. tA =
Термисторы. Термисторами называют полупроводниковые приборы, обладающие свойством изменять ьлектро^ проводность при изменении температуры. Поэтому их назы-1 вают также термически чувствительными! сопротивлениями, особенностью которых являет-J ся то, что при повышении температуры сопротивлениетер«мистора резко уменьшается, т. е. также резко увеличиваете ся его электропроводность. Это и позволяет использовать! термисторы для очень точного измерения температур™ в очень большом интервале.
Для измерения температуры применяют термисторы! самой разнообразной формы, в зависимости от того, в ка-
а.
Б
Рис. 275. Внешний вид термисторов.
ких условиях должно проводиться измерение. Их делаю* в виде таблеток, трубок, стержней, пластин и т. д. НЯ рис. 275 показан внешний вид некоторых термисторов! Так, термистор, обозначенный буквой а, представляем собой таблетку из полупроводниковой массы. Диаметм таблетки — около 4 мм., толщина — около 1 мм. ТакуД таблетку помещают в металлическую чашечку с плоскими краями. Сверху чашечку прикрывают слюдяной пластин? кой и края чашечки завальцовывают, плотно зажимая! таблетку между дном чашечки и слюдяной пластинкой! Выводы термистора делают из мягкого многожильногш медного провода. Один вывод припаян к бортику чашечки,! а второй пропущен через отверстие в центре слюдяной пла! стинки и прикреплен к самой таблетке.
Термистор б имеет форму цилиндрического стержня.! Полупроводниковая масса состоит, например, из окися меди и окиси марганца. В зависимости от условий примеЯ нения размеры стержней и полупроводниковая масса мо! гут быть различны. Обычно длина стержня бывает в прея делах 10—25 мм, а диаметр — от 2,5 до 7 мм. На торцазм стержней делают контактные выводы.
Для предохранения термистора от действия влаги его покрывают влагонепроницаемой пленкой лака или же помещают в герметизированный корпус из металла или стекла и металла.
|
При помощи термисторов можно измерить температуру поверхности с очень небольшой площадью. На рис. 276 показана схема включения термистора в электрическую цепь для измерения температуры. Изменяя величину питающего напряжения и добавочного сопротивления,
| Рис. 276. Схема включения термистора в электрическую цепь для измерения температуры: / — батарея; 2 — выключатель; 3 — термистор; 4 — гальванометр; R> — добавочное сопротивление; Яг — потенциометр. |
Рис. 277. Схема включения
термистора в электрическую
цепь для измерения
температуры:
/ — выключатель; 2 — термистор;
3 — чувствительный гальванометр; 4— батарея; Ri, K2. К3 — сопротивления.
можно получить желаемую точность измерения. Если необходимо провести особо точное измерение, следует применить мостовую схему (рис. 277).
При помощи термисторов можно измерять температуру на большом расстоянии от испытуемого нагретого объекта.
Термисторы могут быть использованы также для очень точного регулирования температуры. В таком случаев мостовую систему можно подключить терморегулятор.
Пирометры
Для измерения температуры выше 800° С применяют пчрометры, принцип действия которых основан на определении величины излучения, испускаемого нагретыми
телами.
Радиационные пирометры. Принцип действия радиационных пирометров состоит в том, что поток теплового излучения, испускаемого раскаленным телом, улавливает-" ся и фокусируется на теплочувствителыюй части прибора, соединенной с термопарой.
Принципиальная схема радиационного пирометра показана на рис. 278. Он состоит из корпуса 6, имеющего объек-: тив 2, который улавливает тепловой поток и направляет его на теплочувствительную часть / прибора. Эта часть представляет собой крестообразную пластину из платины,
Рис. 278. Схема радиационного пирометра:
/ — теплочувствительная часть; 2 — объектив; 3 —диафрагма; 4 — температурная лампа; 5 — медный кожух; 6 — корпус; 7 — светофильтр; окуляр; 9 — температура; 10 — милливольтметр.
покрытую платиновой чернью. К этой пластине припаяны: четыре горячих спая хромель-копелевых термопар, обра-.; зующих термобатарею. При нагревании или охлаждении-теплочувствительной части также нагреваются или охлаж-**, даются горячие спаи этой термобатареи. Таким путем^ достигается увеличение электродвижущей силы и, следова-" тельно, увеличивается точность прибора.
Платиновая пластинка и термопары заключены в стеклянную температурную лампу 4, закрытую почерненным медным кожухом 5. В медном кожухе имеются отверстия; для прохода тепловых лучей на теплочувствительную часть прибора и для наблюдения за правильностью фоку-* сирования. Через цоколь лампы выведены концы термопар и присоединены внутри прибора к клеммам.
При фокусировании прибора нужно добиваться того, чтобы раскаленное тело было видно в телескопе и закрывало бы все поле зрения. Если изображение будет больше; или меньше поля зрения, то условия наблюдения будут: отличаться от градуировочных и результат измерения будея неправильным. Четкость изображения для правильной! наводки достигается перемещением окуляра 8. Чтобь!
предохранить глаз наблюдателя от яркого света, можно пользоваться светофильтром 7, который перемещают при помощи ручки, расположенной рядом с клеммами.
Для измерения величины электродвижущей силы, возбуждаемой в термобатарее радиационного пирометра, пользуются или гальванометром, или потенциометром, которые должны быть градуированы в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела.
Истинную температуру раскаленного реального тела по измеренной радиационным пирометром определяют введением поправок с учетом коэффициента черноты реального тела, температуру которого измеряют. Для этого пользуются специальными таблицами коэффициентов черноты полного излучения материалов при различных истинных температурах, а также таблицами соотношений между температурой, измеренной радиационным пирометром, или радиационной температурой и истинной температурой в зависимости от коэффициента черноты полного излучения.
При помощи радиационных пирометров полного излучения можно измерять температуру от 900 до 1800° С и даже до 2000° С.
Оптические пирометры. Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити,, интенсивность излучения которой в зависимости от температуры известна.
Схема наиболее распространенного оптического пирометра ОППИР-09 показана на рис 279. Это — переносный прибор, все части которого смонтированы в общем кожухе или корпусе. Луч света, испускаемый накаленным телом, попадает в прибор через объектив /, а затем через окуляр 6 в глаз наблюдателя, сравнивающего яркость светового потока тела с яркостью нити 4 температурной лампы 3. Сравнение проводят в монохроматическом свете, получаемом с помощью светофильтра 5, расположенного за окуляром и пропускающего узкий спектральный участок света (область красных лучей).
Нить температурной лампы накаливается от щелочного аккумулятора, присоединенного к прибору проводами, проходящими через рукоятку //.
Накал нити регулируют реостатом 8, включенным в цепь лампы последовательно. Движок 9 реостата передви-
зоз
гают при помощи кольцевой рукоятки 10. На рукоятке и на корпусе прибора имеются черточки белого цвета, около которых стоит отметка «О». Когда черточки на рукоятке и на корпусе прибора совпадают — цепь лампы разомкнута и аккумулятор отключен. Сила тока, подавае-j мого лампе, уменьшается при повороте рукоятки по на*! правлению стрелки, которая имеется на ней.
Рис. 279. Схема оптического пирометра ОППИР-09:
/ — объектив; 2 — ослабляющий светофильтр; 3 — температурная лампа; 4 — нить накаливания температурной лампы; 5 — монохроматический светофилыр; 6 — окуляр; 7 — милливольтметр; 8 — реостат; 9 — движок реостата; 10 — кольцевая рукоятка реостата; // — рукоятка прибора
Температуру отсчитывают по показанию пирометрия ческого милливольтметра 7, градуированного в градуса* по накалу нити.
При измерении температуры оптическим пирометром ОППИР-09 его придерживают за рукоятку и направляют!; объектив на накаленное тело, предварительно убрав свето! фильтр. Передвигая окуляр и объектив, добиваются полу^ чения четких изображений нити температур ной лампы и теч ла, температуру которого измеряют. После этого света! фильтр снова помещают на его место и, поворачивая ручка реостата в сторону, противоположную направлению стрелЗ ки, постепенно повышают накал нити до тех пор, пока ещ
верхняя часть, хорошо заметная на фоне раскаленного тела, не сольется с фоном и не исчезнет из поля зрения.
Когда температура нити лампы ниже измеряемой температуры тела, видна темная линия на светлом фоне. Если же температура нити лампы выше измеряемой, видна светлая линия на темном фоне. При равенстве температур нить перестает быть видимой.
Оптический пирометр ОППИР-09 предназначен для измерения температуры от 800 до 2000° С, однако нить температурной лампы не выдерживает накала больше 1400° С. При температуре выше указанной материал нити начинает испаряться, вследствие чего характеристика лампы меняется. Чтобы избежать этого, при измерении температуры выше 1400° С для ослабления светового потока накаленного тела между объективом и температурной лампой помещают дополнительный светофильтр 2. Таким образом, прибор имеет два диапазона измерений: 800— 1400° С и 1200—2000° С.
Ввиду того, что оптические пирометры градуируют по излучению абсолютно черного тела, для измерения температуры реальных тел с различными коэффициентами черноты в показания прибора следует вводить соответствующие поправки по специальным таблицам.
Кроме описанного, имеются эталонные оптические пирометры ОР-48, имеющие три диапазона измерений: до 1400° С, до 2000° С и до 3000° С. Оптический пирометр ЭОП-1 имеет пять диапазонов — от 1400 до 6000° С, с погрешностью измерения 0,05% при 1063° С, 0,2% при 3000° С и 1% при 6000dC.
К приборам всегда прилагаются инструкции, содержащие описание прибора, правила его использования, а также правила зарядки аккумуляторов. В паспорте прибора указывается его характеристика, данные о его градуировке и свидетельство о его пригодности для работы. Как все точные приборы, оптические пирометры следует периодически проверять.
Фотоэлектрический пирометр. Для непрерывного и бесконтактного измерения и записи температуры неподвижных и движущихся тел применяют фотоэлектрический трометр ФЭП-4 *. При его помощи можно измерять тем-
* Прибор изготовляет Свердловский опытный завод треста
«Уралмонтажавтоматика».
§04
20-Ц7
пературыот500до4000° С. Прибор выпускается как одно-шкальный с предельной температурой измерения 2000° С, так и двушкальный — с пределом измерения до 4000° С. Основная погрешность показателей пирометра не превышает ±Но для приборов с верхним пределом измерения
больше 2000° С.
Вторичным прибором этого пирометра служит быстродействующий показывающий и записывающий электронный потенциометр БП-5164 с прямолинейной шкалой
Рис. 280. Фотоэлектрический пирометр ФЭП-4.
и ленточной диаграммой. Время установления показаний потенциометра не.превышает 1 сек.
Общий вид фотоэлектрического пирометра ФЭП-4 показан на рис. 280; рис. 281 иллюстрирует принципиальную схему этого пирометра.
Изображение визируемой поверхности / фокусируется линзой 2 на отверстии 4 в держателе светофильтра 7, установленного перед фотоэлементом 5. Диафрагма 3 и отверстие 4 ограничивают световой поток, падающий на фотоэлемент. Если изображение нагретой поверхности полностью перекрывает отверстие 4, величина светового потока, падающего на катод фотоэлемента, зависит от яркости визируемой поверхности и, следовательно, от ее температуры. Через отверстие 6 в том же держателе светофильтра на фотоэлемент падает световой поток от лампы накаливания 10 (лампа обратной связи), питаемой током выходного! каскада электронного усилителя 9. При помощи этой лам-J пы в приборе осуществляется обратная связь по световому! потоку. Световые потоки от визируемого тела и от лампы 10 модулируются с частотой 50 гц в противофазе. Благода:1 ря этому через фотоэлемент течет /ток, переменная составляющая которого пропорциональна разности интенсивностей
этих потоков. Переменная составляющая фототока усиливается усилителем 8 и выпрямляется фазовым детектором (на рисунке не показан). Выпрямленное напряжение поступает на сетку выходного каскада усилителя 9. Интенсивности светового потока лампы обратной связи и потока визируемого тела несколько отличаются друг от друга, однако благодаря большому коэффициенту усиления системы разность между ними невелика. При увеличении этой разности ток в цепи лампы обратной связи довольно быстро изменяется, и разность снова уменьшается. Таким
Рис. 281. Принципиальная схема фотоэлектрического пирометра
ФЭП-4:
/ — визируемая поверхность; 2 — линза; 3 — диафрагма; 4, 6 — отверстия
в держателе светофильтра; 5 — фотоэлемент; 7 — держатель светофильтра;
8, 9 — усилители; 10 — лампа накаливания.
образом, ток лампы обратной связи, связанный с интенсивностью ее светового потока, с достаточной точностью характеризует яркость и температуру визируемого тела.
Термохимический метод измерения температуры
Некоторые вещества обладают способностью изменять свой цвет при нагревании до определенной температуры. Это свойство используют для приблизительного измерения температуры нагретых металлических поверхностей с точностью ± 10 °С. Для этой цели пользуются термочувствительными карандашами и красками.
Термочувствительные карандаши. Восковые, пигментированные термочувствительными соединениями карандаши применяют для индикации температуры от 140 до 600 °С по шкале № 1 и от 230 до 500 °С по шкале № 2 (табл. 9).
Для проверки температуры по шкале № 1 на горячую поверхность металла наносят штрих термочувствительным карандашом. Цвет штриха должен измениться в течение 5—10 сек, причем измененный цвет должен сохраняться после остывания металла.
| 20* |
Штрихи, наносимые карандашом, удаляют механическим путем.
При пользовании шкалой № 2 штрих карандашом делают на металлической поверхности, предварительно нагретой до 80—100 °С. После нанесения штриха температуру повышают до предельной в течение 2—4 мин и в течение 5—10 сек цвет штриха должен измениться.
Таблица 9
Шкалы для термочувствительных карандашей
Цвет
| до нагревания |
| после нагревания |
Температура изменения цвета «С
Шкала № 1
| Розовый Сиреневый Зеленый Охристый (желтый) Лиловый Оранжевый Голубой Белый Голубой Розовый Зеленый |
| 140 200 250 300 320 3+0 390 440 490 530 600 |
Черный
Синий
Коричневый
Красно-коричневый
Беж
Коричневый
Беж
Коричневый
Светлый беж (через беж)
Белый (через беж)
Белый (через коричневый)
Шкала № 2
| Светло-зеленый Гемно зеленый Сиреневый Охристый (желтый) Фиолетовый Красный Светло-розовый Темно-сиреневый Бирюзовый Голубой Хаки |
| 23Э 240 250 260 270 280 290 300 470 480 490 |
Беж Белый Белый
Красно-коричневый Беж Белый Белый Белый
Белый (через темно-зеленый) Белый
Оранжевый (через коричне
вый)
500 Черный Оранжевый (через коричне-
вый), при охлаждении желтый
Л
Термочувствительные карандаши нельзя хранить на свету. ИЛ следует хранить в закрытых коробках в сухом и прохладном месте при температуре не выше 25 СС.
Термочувствительные краски. Это лаковые краски на основе] синтетических смол; их применяют для измерения температур от 45 до 600 °С (табл. 10). Точность результатов не превышает ± 10 °СЗ
Таблица 1б
Шкала дли термочувствительных красок
| Темпера-т} ра изме- | Цвет | ||
| № | |||
| краски | нен ия | ||
| цвета •С | до нагревания | после нагревания | |
| 1а | Светло розовый | Голубой | |
| х | Коричневый | ||
| X | Черный (переход не резкий) | ||
| Оранжевый | Серый | ||
| X | Желто-розовый | ||
| X | Желто-розовый | ||
| Светло-зеленый | Фиолетовый | ||
| X | Коричневый | ||
| » | Грязно-белый | ||
| 2а | Сиреневый | Синий | |
| X | Коричневый | ||
| X | Грязно белый | ||
| Зеленый | Коричневый | ||
| X | Черный | ||
| ба | Кремовый | Беж (темный) | |
| X | Темно-коричневый | ||
| X | Темно-коричневый | ||
| Охристый (желтый) | Красно- кор ичневы й | ||
| » | Красно-коричневый | ||
| Голубой | Беж | ||
| » | Беж | ||
| Белый | Беж | ||
| X | Коричневый (при охлаждении желтый) | ||
| X | Коричневый (при охлаждении желтый) | ||
| Оранжевый | Серый | ||
| X | Желто розовый | ||
| X | Желто розовый | ||
| Розовый | Беж | ||
| X | Белый | ||
| X | Белый |
Термочувствительные краски перед применением разбавляют этиловым спиртом до нужной консистенции. Их можно наносить на металлическую поверхность кистью или пульверизатором. Нанесенный слой должен высыхать при комнатной температуре за 20—25 мин.
Термокраски хранят в герметически закрытой таре при 20—25 "С.
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
При проведении многих исследовательских работ бывает необходимо соблюдать строгий температурный режим,
устанавливаемый особыми приспособлениями. Визуальное наблюдение за температурой в течение длительного времени очень утомительно и трудно и даже не всегда осуществимо. Поэтому для регистрации изменения температуры применяют специальные приборы, так называемые термографы (рис. 282). Эти приборы снабжены часовым механизмом с недельным или суточным заводом и тепло-чувствительным устройством для автоматической записи температуры за время наблюдения. На барабане, в котором находится часовой механизм, укрепляют бумажную ленту с делениями по вертикали в градусах, а по горизон-
Рис. 282. Термограф.
тали — в днях и часах. Прибор снабжен самописцем и при вращении барабана на ленте получается линия, характеризующая изменение температуры во времени. Такие термографы можно применять для контроля температуры в замкнутом пространстве, например в помещении, какой-либо камере и т. д.
Для автоматического контроля температуры жидкостей существуют заполненные жидкостью регистрирующие термометры с гибким капилляром, позволяющим изменять место измерения.
Существует много систем автоматической записи температуры во времени, основанные на использовании гальванометров и других электрических устройств.
Терморегуляторы
Терморегуляторы * бывают различных систем и видов.
Ртутно-толуоловые терморегуляторы. Ртутно-толуоло-вый терморегулятор (рис. 283)— довольно чувствительный прибор. Он представляет собой стеклянный капилляр 4, переходящий в широкую трубку 2, оканчивающуюся изгибом с баллоном /. Сбоку впаивают платиновую проволоку 3 (неподвижный контакт). В верхней части капилляр переходит в широкую цилиндрическую часть 5.
Баллон / терморегулятора заполняют чистым перегнанным толуолом, для чего в верхнюю цилиндрическую часть наливают толуол и опускают баллон терморегулятора в горячую воду; при этом часть воздуха, находящегося в баллоне, удаляется. Затем баллон быстро охлаждают холодной водой и некоторое количество толуола поступает в баллон. Повторяя эту операцию несколько раз, заполняют баллон. Так же вводят и ртуть. Ртуть, применяемая для заполнения терморегулятора, должна быть предварительно очищена (см. гл. 18).
Для настройки терморегулятора на определенную температуру в цилиндрическую часть прибора вводят платиновую проволочку, припаянную к винту с клеммой (подвижный контакт). Поднимая или опуская винт, регулируют степень нагревания. К подвижному и неподвижному контактам ток подается через реле.
Терморегулятор другой конструкции изображен на рис. 284. Заполнение этого терморегулятора ртутью и толуолом проще, чем описанного выше, и проводится через толстостенную стеклянную трубку 2 с капилляром диаметром около 1 мм, доходящим почти до дна баллона /. В верхней части баллона имеется припаянная трубка 3 с запаянным верхом, через которую проходит платиновая проволока 6, являющаяся неподвижным контактом. Подвижным контактом служит тонкий стальной стерженек 5 с напаянным платиновым концом. Этот стерженек через резиновую пробку 4 вставляют в трубку 2 до нужного уровня. Для настройки терморегулятора на ту или иную температуру следует поднять или опустить подвижный
* Более подробное описание терморегуляторов см. Алексеев Н. Г., П р о х о р о в В. А., Ч м у т о в К. В., Электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании, Госхимиздат, 1961,
контакт, соответственно передвинув резиновую пробку, надетую на стержень подвижного контакта. Объем баллона и диаметр капиллярной трубки должны быть таковы, что-
| г — |
Tliff
\
Платиновая j проВолока
| Рис. 284. Ртутно-толуоловый терморегулятор: / — баллон; 2 — тол стостенная трубка; 3 — припаянная труб ка; 4 ~ резиновая пробка: 5 — стальной стержень; 6 — плати новая проволока. |
б
| Рис 285. Контактный термометр-терморегулятор. |
Рис. 283. Ртутно-толуоловый терморегулятор:
а. — прибор, б — подвижный контакт; / — баллон: 2 — трубка; Я — платиновая проволока; 4 —капилляр; 5 — расширенная часть капилляра.
бы при изменении температуры на 10° С уровень ртути! в капилляре изменился по меньшей мере на 1 см.
Контактный термометр. Контактный термометр (рис. 285) заменяет терморегулятор и термометр и может! быть рекомендован во многих случаях для регулирования * температуры.
Контактный термометр перед установкой в сушильный шкаф или термостат нужно настроить. Настройка заключается в том, что уровень ртутного мениска устанавливают на делении, соответствующем нужной температуре. Для этого перевертывают термометр концом К вверх и, постукивая конец А о ладонь, стряхивают некоторое количество ртути в капилляр термометра так, чтобы эта ртуть слилась с находящимся в капилляре столбиком ртути. После этого перевертывают термометр и смотрят, показывает ли столбик нужную температуру. Если этого еще нет, то операцию повторяют. Если же столбик показывает большую температуру, то осторожными ударами по концу А стряхивают излишек ртути. Никогда не следует ударять по ртутному резервуару термометра, так как он может сломаться.
Для присоединения к реле у контактного термометра имеются клеммы.
Если контактный термометр вставляют в сушильный шкаф, его следует обвернуть асбестом или же сделать пробку, соответствующую по размеру величине отверстия для термометра в шкафу. Для этого готовят густую асбестовую кашицу и обкладывают ею термометр так, чтобы получилась пробка. Затем, дав подсохнуть асбестовому слою на n термометре, вставляют его в шкаф и, если нужно, подмазывают асбестовой кашицей.
В том случае, если измеряемая температура не будет превышать 100° С, вместо асбеста можно использовать чистую гигроскопическую вату. Лентой из ваты обертывают то место контактного термометра, на котором должна находиться пробка. Для лучшего уплотнения слоя ваты ее полезно смочить водой, а после этого обжать и высушить.
В термостат контактный термометр следует вставлять на корковой или резиновой пробке (см. гл. 3 «Пробки и обращение с ними»).
Газовые терморегуляторы. Устройство одного из газовых терморегуляторов приведено на рис. 286. Основное тело / газового терморегулятора помещают в термостат, сушильный шкаф или в другой нагреваемый прибор. Эта часть терморегулятора заполнена ртутью и имеет отвод 8, в который вставлен на шайбе 6 регулировочный винт 7. В верхнюю часть прибора вставлен тройник 3. Газ поступает из проводки (от газового крана) в тройник, проходит
через вертикальный конец тройника в терморегулятор и из отвода 2 направляется к горелке.
| —с |
Если температура поднимается немного выше нужного предела, столбик ртути увеличивается и закрывает отверстие вертикального конца тройника, газ при этом направится по трубке 4 и будет поступать в горелку слабой струей через стеклянный кран 5, соединяющий тройник с верхней частью прибора узким отверстием. Тогда пламя горелки уменьшится. В тот момент, когда температура упадет ниже нужного предела, ртуть снова откроет доступ газу. При помощи винта 7 можно настраивать терморегулятор очень точно.
ТЕРМОСТАТЫ
Термостатом называется прибор, позволяющий поддерживать в нем постоянную температуру.
| Рис. 286. Газовый терморегулятор: / — основное тело терморе-1ультора; 2 — отвод для выхода газа; 3 — газоподводя-щий тройник; 4 — газоотводная трубка; 5 — стеклянный кран; 6 — шайба; 7 — регулировочный винт; 8 — отвод. |
Термостаты бывают жидкостные и воздушные.
Жидкостные термостаты. В жидкостных термостатах в подавляющем числе случаев теплоносителем служит вода, температуру которой регулируют при помощи специальных приспособлений.
На рис. 287 изображен один из современных жидкостных термостатов, температура в котором поддерживается с точностью ±0,1° С. Терморегулятор работает от сети переменного тока. Он может быть настроен на четыре уровня температуры, нужная температура достигается быстро без какого-либо дополнительного регулирования.
Прибор состоит из металлической пробки 7 с укрепленным на ней штативом 5, по которому можно передвигать, независимо друг от друга, два плеча. В одном плече установлен электродвигатель 4 в вертикальном положении, а под ним укреплен нагревательный прибор 3. Ось электродвигателя удлинена, проходит через центр нагреватель-
|
ного прибора и соединяется с лопастной мешалкой 2 для перемешивания воды. Во втором плече находится терморегулятор 6. На передней стенке коробки установлена осветительная лампа 10. На крышке прибора имеются две контрольные лампы 9 и три выключателя 8: один — для включения прибора, второй — для включения осветительной лампы и третий — для переключения скоростей враще-
Рис. 287. Жидкостной термостат: Рис. 288. Воздушный
Г — стеклянный сосуд для воды; 2 — ме- термостат с электрическим
шалка; 3 — нагревательный прибор; 4 — обогревом,
электродвигатель; 5 — штатив; 6 — термо н
регулятор; 7 — металлическая коробка; 5 — выключатели; 9 — контрольная лампа; 10 — осветительная лампа.
ния мешалки. Воду наливают в стеклянный сосуд /, куда опускают нагревательный прибор и терморегулятор.
Воздушные термостаты (рис. 288) по внешнему виду похожи на сушильные шкафы. Они бывают как с электрическим, так и с газовым обогревом и снабжаются терморегуляторами и термометрами. Обычно к термостату прилагается описание работы с ним.
Термостаты для низких температур (криостаты). Для сохранения легколетучих веществ в летнее время и для тех случаев, когда какое-либо вещество надо хранить при низкой температуре, устраивают специальные термостаты для низких температур (холодильники).
Холодильник (рис. 289) состоит из двухстенного деревянного корпуса /, пространство между стенками которого заполнено каким-либо изолирующим материалом. В верхней части холодильника помещен стальной, оцинкованный или цинковый ящик 4, в который закладывают лед или охлаждающую смесь. Ящик 4 плотно закрывают двухстен-ной крышкой 3, также имеющей изоляцию между стенками. Из ящика сделан отвод 5 с краном; через него периодически выпускают воду, образующуюся при таянии льда.
Охлаждаемые предметы помещают в холодильник через отверстие сбоку или сверху, закрывающееся тремя
Рис 289. Холодильник, или термостат (криостат):
а — термостат с загрузочным отверстием сбоку; б — термостат с загрузочным отверстием сверху; 1 — двухстениый корпус; 2 —отверстие с крышками; 3 — двухстенная крышка; 4 — стальной ящик с охлаждающей смесью; 5 — отвод; б — дополнительная крышка.
дверками или крышками 2 и в случае расположения загрузочного отверстия вверху имеющее дополнительную крышку 6.
Применяя охлаждающие смеси, описываемые ниже (см. гл. 15), температуру в термостате можно держать ниже 0° С.
Очень удобно в качестве криостатов применять электрические холодильники. В электрическом холодильнике можно также получать лед в виде кубиков небольшого раз- __ мера.
Сухой лед. В тех случаях, когда охлаждаемое вещество не взаимодействует с двуокисью углерода, полезно применять в криостатах так называемый сухой лед, являющийся.. твердой двуокисью углерода. Сухой лед имеет температуру —78° С, испаряется медленно, не оставляя какого-либо остатка.
Если стенки криостата имеют хорошую изоляцию, одна порция сухого льда может служить несколько дней.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Об измерении температуры см. Косткевич Б. В., Электронные приборы для измерения и регулирования температуры, Оборонгиз, 1953; Попов М. М., Термометрия и калориметрия. Изд. МГУ, 1954; Методы измерения температуры, Сборник статей под ред. В. А. Соколова, ч. 1 и 2, Издатинлит, 1954; Техника высоких температур, под общей ред. И. Э. Кэмбелла, Издатинлит, 1959; Алексеев Н. Г., Прохоров В. А., Ч м у-т о в К. В., Электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании, Госхимиздат, 1961.
Об измерении температур ниже 10 °К см. Орлова М. П., А с т р о в Д. Н., Измерит, техн., № 8, 37 (1962); РЖХим, 1963, реф. 4Д13.
Об измерении температур между О и —200 °С платиновыми термометрами сопротивления см. Стрелков П. Г., Ш а р е в-с к а я Д. И., Измерит, техн., № 6, 53 (1957).
Об измерении высоких температур см. S voboda D., Sklaf a keramik, 12, № 7, 210, 51, 52, 54, 55 (1962); РЖХим, 1963, реф. 1М5.
О точном измерении температуры см. Hall L. A., Research, И, № 4, 147 (1958); РЖХим, 1958, № 23, 192, реф. 77428.
О новом методе абсолютного измерения температуры импульсным шумовым термометром см. Бродский А. Д., Сава-теев А. В., Измерит, техн., № 5, 21 (1960).
О точном методе измерения температуры с помощью шумового термометра см. Storm L, Z. angew. Phys,, 14, № 3, 117 (1962); РЖХим, 1963, реф. 4Б310.
Об измерении истинных температур методом относительной спектрорефлектометрии см. С в е т Д. Я., Нарышкин С. П., X м е л е в с к а я Е. А., Измерит, техн., № 3, 42 (1966); РЖХим, 1966, 24Д20.
О возможности измерения высоких быстро меняющихся температур пламени спектрофотометрическим методом см. Р у t-1 i n s k у 1., Pomiary, avtomat., kontrola, 10, 49 (1964); РЖХим, 1965, 7Д56.
Об оптических методах измерения температуры пламени см. Novobilsky V., Dvorak J., Chem. listy, 55, № 12, 1409 (1961); РЖХим, 1962, реф. 12Е23.
Об измерении температуры по инфракрасному излучению см. Chem. Process (Engl.), 11, 42 (1965); РЖХим, 1966, 10Д63.
О точном измерении температуры с помощью ЯМР см. D ц-erstR., Mer bach A., Rev. Sci. Instr., 36, 1896 (1965); РЖХим, 1966, 15Д36.
Об измерении термистором малых разностей температур см. Гаджиев С. Н., АгаруновМ. Я., Шарифов К. А., ЖФХ, 36, № 4, 897 (1962); РЖХим, 1963, реф. 5ДВ.
О платиновом термометре сопротивления для низких температур см. Мотидзуки Такэси, Савада Сигэаки, Rtpt. Nat. Res. Lab. Metrol., 10, № 3, 168 (1961); РЖХим, 1962, реф. 15Е26.
Об установке для измерения температуры по ядерному квадру-польному резонансу см. Соловьев В. И., Бродский А. Д.,
Приборы и техн. эксперим., № 2, 111 (1962); РЖХим, 1962, реф. 19ЕЗ.
О термометрах сопротивления из свинцовистой латуни для измерения низких температур см. Михайлов Н. Н., Г о-в о р А. Я., Приборы и техн. эксперим., № 2, 180 (1962); РЖХим, 1962, реф. 22Е24.
О термометре из кристалла кварца см. Wade W. Н., S 1 u t s k у L. I., Rev. Sci. Inslr., 33, № 2, 212 (1962); РЖХим, 1962, реф. 24Е73.
О термометре, основанном на измерении уровня жидкого гелия, см. Bendt P. I., Rev. Sci. Instr., 33, № 7,759(1962); РЖХим, 1963, реф. 4Д14.
О портативных электротермометрах см. Школяр И. Ш., Вестн. техн. и эконом, инф., НИИ техно-эконом, иссл. Гос. ком-та хим. и нефт. пром. при Госплане СССР, вып. 9, 22 (1963); РЖХим, 1964, 9Д43.
О дифференциальном электронном термометре см. V i 1 с u R., An. Univ. Bucurecti, Ser. Stiint., 11, 37 (1962); РЖХим, 1964, 19Д19.
О термисторном терморегуляторе повышенной чувствительности см. R a t с 1 i f f J. S., J. Chem. Ed., 39, 637 (1962); РЖХим, 1964, 20Д25.
Измерение температур при помощи кремниевых триодов описал Фогельсон И. Б., Приборы и техн. эксперим., № 4, 194 (1964); РЖХим, 1965, 14Д39.
О тиратронном регуляторе температуры см. Л а в у т Э. Г., ЖФХ, 39, № 4, 1035 (1956); РЖХим, 1965, 23Д45.
Об измерении температур в лаборатории см. V а п v о г Н., Glas- und Instrum. Techn., 8, 171, 255 (1964); РЖХим, 1964, 22Д30.
Об устройстве для измерения температуры в закрытых вращающихся колбах см. L u b b s E. К., J. Chem. Educ, 40, 200 (1963); РЖХим, 1964, 20Д26.
Обзор некоторых новых разработок в области термометрии см. Birr E., Feingeratetechnik, 12, 270 (1963); РЖХим, 1964, 4И131.
Об уходе за платиновыми термопарами см. РЖХим, 1959, № 9, 164, реф. 31161.
О термохимических методах измерения температуры см. Гвоздев С. П., Ерунова А. А., Изв. вузов, Сер. химия и хим. технол., № 5, 154 (1958); РЖХим, 1960, № 7, 177, реф. 26464; РЖХим, 1959, № 8, 104, реф. 26752.
О простом терморегуляторе для стабилизации и программного изменения температуры см. Матвеев О. А., ЖПХ, 32, № 2, 442 (1959).
Об автоматическом регуляторе температуры в пределах 30— 600 °С с точностью ± 0,01 °С (на базе электронного регистрирую-, щего прибора ЭК-С-54) см. Блях Г. И., Г о р е л к и н-с к и й Ю. В., Г р и н м а н Н. Г., С о к о л о в а А. Я., Ш у-л я р Б. Н., Зав. лаб., 26, № 12, 1428 (1960).
О регулировании тепловых процессов см. Ерофеев А. В., Электронные устройства автоматического контроля и регулирования тепловых процессов, Госэнергоиздат, 1955.
О простом приборе для регулирования температуры в лабора-' торных условиях см. П а ш к о в с к и й М. В., Р ы б а л к о В. В.-,
Волженский Г. В., Приборы и техн. эксперим., № 6, 134 (1960).
Описание термостатов и терморегуляторов см. О с т в а л ь д— Лютер—Друкер, Физико-химические измерения, ч. I, Химтеоретиздат, 1935.
О лабораторных термостатах и криостатах см. Шатен-штейн А. И., Криогенные газы как растворители, ч. 2, Изд. АН СССР, 1939; Ч м у т о в К. В., Техника физико-химического исследования, 3-е изд., Госхимиздат, 1954; М у т т и к Г., Зав. лаб., 17, № 11, 1403 (1951); С а р а х о в А. И., Изд. АН СССР, ОХН, № 1, 9 (1956); Б а т р у к о в а М. Г., МосквитинН. Н., Сар ахов А. И., Зав. лаб., 24, № 9, 1149 (1958); Михеев Н. Б., Глазков В. А., Приборы и техн. эксперим., № 4, 158 (1954); РЖХим, 1960, № 4, 167, реф. 13258; Маха J., U h 1 i f Z., РЖХим., 1960, № 13, 160, реф. 51848; J u 1 iS J., PostlerM., Hodek J., РЖХим, 1960, № 14, 156, реф. 56894.
Описание и рисунок криостата для температур от —190 до 400 °С см. Anal. Chem., 32, № 12, 1573 (1960).
О криостате для промежуточных температур см. Ш и м а-ш е к Е., Приборы и техн. эксперим., № 4, 173 (1961); РЖХим, 1962, реф. 5Е73.
О простом криостате см. Buchanan A. S., Creutz-berg F., Austral. J. Chem., 14, № 4, 526 (1961); РЖХим, 1962, реф. 15Е25.
О криостате для температур 150—250°Ксм. L a w г а п с е 1. J., J. Sci. Instr., 39, № 4, 171 (1962); РЖХим, 1962, реф. 18Е24.
О простом термостате с пропорциональным регулированием температуры см. Shanefield D., Rev. Sci. Instr., 32, № 12, 1403, 6 (1961); РЖХим, 1962, реф. 13Е16.
О водяном термостате с терморегулятором на полупроводниках см. Андреев С. В., Мартене Б. К., Трушин-с к и й А. Н., Зав. лаб., 27, № 1, 118 (1961).
О простом низкотемпературном термостате с термистором в качестве датчика терморегулятора см. R а п d M. J., Analyt. Chem., 34, № 3, 444 (1962); РЖХим, 1962, реф. 17Е28.
О новых методах термостатирования в области низких и средних температур см. W о 1 s e r, Glas- und Instr. Techn., 5, № 4, ПО (1961); РЖХим, 1962, реф. 18Е27.
О регулировании температуры лабораторных термостатов см. Р г ос t о г С. М., Instr. a. Control. Sist., 35, № 5, 111 (1962); РЖХим, 1962, реф. 24Е69.
Глава 7 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
Измерять давление газов и воздуха в лабораторной практике приходится в различных случаях: при перегон-;! ке под уменьшенным давлением, при работе с автоклава-? ми, когда давление превышает атмосферное, при фильтро-i вании под вакуумом и под давлением и пр.
За единицу измерения принято считать давление, развивающееся при равномерном распределении силы в| 1 ньютон на поверхности в 1 м2. В качестве единиц дав^ ления применяют бар, а также техническую атмосферу? {am) и физическую атмосферу (атм).
Таблица 11 Единицы давления
| Единица давления |
| н/м% |
| бар |
мм рт. ст. (торр)
| 9,87 10-J 0.987 0,968 0,001316 |
| 98066.5 101325 133,322 |
| 10-5 1 0,981 1,01325 1333,2-10-" |
| 1 Н/Ла |
| 0.0075 I 750.06" 735.56: |
| бар 1 am 2 атм 1 мм рт. ст. (торр) |
1.0197 10"5 1,0197
1 1,0332
0,00136
