玻璃管溫度計(jì)

利用物質(zhì)熱脹冷縮現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)膨脹或收縮量來(lái)反映被測(cè)溫度的溫度計(jì)，統(tǒng)稱為膨脹式溫度計(jì)。典型的有玻璃管溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)。-而利用密封在容器中的工質(zhì)受熱后因體積變化引起的壓力變化來(lái)指示溫度的溫度計(jì)稱為壓力式溫度計(jì)。

1.玻璃管溫度計(jì)

玻璃管溫度計(jì)的工作是基于液體在透明玻璃外殼中的熱脹冷縮作用，根據(jù)液體與儲(chǔ)液囊的溫度膨脹系數(shù)之差，由液體在玻璃毛細(xì)管中的位置來(lái)讀取溫度示值。根據(jù)標(biāo)尺位置的不同，分為棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式三種。這種溫度計(jì)測(cè)溫范圍較廣，一般為一200?600°C，價(jià)格便宜，在科研、生產(chǎn)和人們的日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用。

物質(zhì)的熱膨脹特性可用平均體膨脹系數(shù)來(lái)表示。即單位溫度變化時(shí)物質(zhì)體積相對(duì)于0°C 體積的變化量，用公式可表示如下

式中叫，at1,at2——液體在溫度t1到t2下的平均體積膨脹系數(shù)；

            Vt——液體在溫度為t時(shí)的體積，V0表示液體在0°c時(shí)的體積。

當(dāng)溫度升高時(shí)，液體和儲(chǔ)囊的體積都產(chǎn)生膨脹，結(jié)果對(duì)毛細(xì)管中液柱的移動(dòng)產(chǎn)生相反的作用，液柱升高的幅度由液體的平均體膨脹系數(shù)a和玻璃的平均體膨脹系數(shù)β之差來(lái)決定， 這個(gè)差值稱為液體在玻璃內(nèi)的視膨脹系數(shù)，用y來(lái)表示

由于液體的平均體膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃的體膨脹系數(shù)，因此溫度變化時(shí)可以看到液柱在毛細(xì)管中移動(dòng)。常見(jiàn)液體的體膨脹系數(shù)和相對(duì)于玻璃的視膨脹系數(shù)見(jiàn)表2-2。

設(shè)表示溫度計(jì)上刻度1℃的長(zhǎng)度，則有

式中 L——溫度計(jì)的靈敏度（對(duì)應(yīng)刻度每1℃，液體在毛細(xì)管中的長(zhǎng)度）；

      y100.0——液體在0?100T：間的視膨脹系數(shù)；

     V0——液體儲(chǔ)囊的容積；

     S——毛細(xì)管的橫截面積。

從式（2-7)中可以看出，提高靈敏度的方法可以升高y100.0和V0，但V0過(guò)大同時(shí)熱惰性也增大，對(duì)測(cè)量不利；降低S也能提高靈敏度，但S過(guò)小會(huì)造成堵塞或液柱上升不均勻。

按照基本結(jié)構(gòu)形式不同，玻璃液體溫度計(jì)可分為棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式三種，內(nèi)標(biāo)式如圖2-1所示，另外兩種如圖2-2所示。

在工業(yè)和醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)中結(jié)構(gòu)特殊的有zui高溫度計(jì)、zui低溫度計(jì)和電接點(diǎn)溫度計(jì)三種，zui高和zui低溫度計(jì)如圖2-3所示。體溫計(jì)就是一種zui高溫度計(jì)，它有一個(gè)特殊的裝置，當(dāng)溫度下降時(shí)會(huì)阻礙水銀柱下降，這個(gè)裝置可以是焊在儲(chǔ)囊底部的一根梢釘.它的尾部正好處于儲(chǔ)囊與毛細(xì)管連接的喉部，也可以在接近儲(chǔ)囊的毛細(xì)管處燒制成有彎的縮小喉部。這樣當(dāng)溫度升高時(shí)，水銀柱升高，而當(dāng)溫度下降時(shí)由于阻力增大，水銀柱不易下降，會(huì)停留在高溫的位置。只有加外力甩動(dòng)時(shí)，水銀柱才會(huì)下降。zui低溫度計(jì)一般選吊無(wú)色透明的無(wú)水乙醇做感溫體，并有一個(gè)用暗色玻璃制成的指示桿沉在毛細(xì)管液柱里，當(dāng)液達(dá)隨溫度下降時(shí)，由于液體的表面張力使指示桿與液柱彎月面同時(shí)向下移動(dòng)。當(dāng)溫度上升時(shí)，液柱會(huì)上升，而指示桿則停留不動(dòng)，因此通過(guò)它與標(biāo)尺的相對(duì)位置可以讀出測(cè)量中的zui低溫度值，使用時(shí)要注意zui低溫度計(jì)必須水平放置。

金屬防護(hù)套溫度計(jì)俗稱為“金屬套溫度計(jì)"，如圖2-4所示，是由玻璃內(nèi)標(biāo)式縣荽計(jì)外安裝一個(gè)金屬防護(hù)套，它可直接安裝在鍋爐或機(jī)械設(shè)備上，起安全抗壓保護(hù)作用，空用也很廣泛。金屬防護(hù)套溫度計(jì)按其形狀不同，可以分為直型CWNG/WNY-01)，90°型（WNGWM02)和 135°型(WNG/WNY-03)三種。玻璃棒式溫度計(jì)按其用途不同，又可以分為水銀和有機(jī)液體兩種類型。水銀溫度計(jì)可測(cè)一30?500°C以內(nèi)溫度，有機(jī)液體為紅色，可測(cè)-100?200°C以內(nèi)溫度，玻璃棒式溫度計(jì)按用戶需要，可以生產(chǎn)各種長(zhǎng)度的溫度計(jì)，zui長(zhǎng)可以生產(chǎn)到3m。

電接點(diǎn)溫度計(jì)如圖2-5所示，它的測(cè)溫液體為水銀。如果在水銀溫度計(jì)的感溫包附近引出一根導(dǎo)線，在對(duì)應(yīng)某個(gè)溫度刻度處再引出一根導(dǎo)線，當(dāng)溫度升至該刻度時(shí)，水銀柱就會(huì)把外電路接通。反之溫度下降到刻度以下，又會(huì)把外電路斷開(kāi)。這樣它就成為具有固定切換 值的位式控制作用的溫度傳感器，它既能提供就地溫度指示，又能發(fā)出通斷的控制信號(hào)，因此稱為電接點(diǎn)溫度計(jì)，原理如圖2 - 6所示。

在液體溫度計(jì)的玻璃管中，液柱以上的空間只允許有該液體的飽和蒸汽壓，而不能有空氣壓力，所以如何調(diào)整插入水銀中的導(dǎo)線高度是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。實(shí)際的電接點(diǎn)溫度計(jì) 在上半段玻璃管中封入了可以轉(zhuǎn)動(dòng)的細(xì)長(zhǎng)螺釘1，其橢圓形螺母2下方懸掛著細(xì)導(dǎo)線3，導(dǎo)線下端與水銀接觸，當(dāng)螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母只能上下移動(dòng)。這樣通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘就可以調(diào)整細(xì)導(dǎo)線下端的位置，也就是調(diào)整了溫度切換值。由于玻璃管內(nèi)外是*隔離的，這里采用磁耦合傳動(dòng)的原理，在玻璃頂部的外面套上磁鐵4，它轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)管內(nèi)螺釘上端的扁平鐵塊5轉(zhuǎn)動(dòng)并使螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)。

在水銀柱下端靠近感溫包處的管壁上封裝有一根引出電極6，在螺釘上部導(dǎo)電軸承處引出另一電極7。為了便于觀察切換值，在上半段玻璃管里也有標(biāo)尺，根據(jù)螺母在標(biāo)尺上位置的刻度就可知細(xì)導(dǎo)線下端的位置。與水銀接觸的細(xì)導(dǎo)線必須不被水銀腐蝕，而且不沾附水銀。

必須注意的是，通過(guò)電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的信號(hào)必須是低電壓小電流，一般通斷信號(hào)在直流5V和10mA以下，用這個(gè)信號(hào)可以控制晶體管的基極電流，再由集電極輸出供報(bào)警和位式調(diào)節(jié)設(shè)備使用。還應(yīng)說(shuō)明的是，當(dāng)水銀柱與細(xì)導(dǎo)線接觸后，如果溫度還繼續(xù)上升，水銀將在管壁與細(xì)導(dǎo)線的縫隙中升高，改變了玻璃管的橫截面積，溫度指示值就不準(zhǔn)確了。

電接點(diǎn)溫度計(jì)常用在恒溫水槽、油槽及空調(diào)系統(tǒng)中，它簡(jiǎn)單、方便，既可以指示溫度又可以控制溫度，但主要缺點(diǎn)是易碎，而且破碎后水銀會(huì)污染環(huán)境。