Механические устройства для измерений температуры

В основе работы механических устройств для измерений темпера­туры лежит явление изменения линейных размеров твердых тел (обычно металлических) при изменении температуры.

Известно два типа устройств для измерения температуры, исполь­зующих в работе это явление: дилатометрические (лат.

■⁴ > «2

! 9

Z

в

Рис. 5.1. Схемы механических термометров:

а, > «2

з

V77Z

] — трубка; 2—стержень; 3— передаточное и отсчетное устройства; 4,5—металлы с коэффициен­тами линейного расширения а, и а₂; 6— биметаллическая пружина; 7, і¹—закрепленный и свобод­ный концы биметаллической пружины; 9 — отсчетное устройство

Нарис. 5.1, а показана наиболее распространенная схема дила­тометрического термометра. Чувствительным эле­ментом такого термометра является металлическая трубка с макси­мально возможным коэффициентом теплового линейного расшире­ния а (например, латунь), внутри которой находится стержень, изго­товленный из материала с малым коэффициентом линейного расширения (например, из сплава, называемого инваром, фарфора, кварца). Зависимость длины I тела (в данном случае трубки) от темпе­ратуры описывается выражением

/= /₀[1 + а(ґ- ґ₀)І,

где /₀ — длина трубки при температуре /₀; /₀ и t — начальное и текущее значения температуры.

Если принять, что под действием температуры изменяется только длина трубки дилатометрического термометра, а длина стержня оста­ется постоянной, то его свободный конец (верхний на рис.

Перемещение А/ свободного конца стержня определяется измене­нием длины трубки и описывается выражением:

А/ = а /(/ — /о)-

Дилатометрические термометры обеспечивают измерения темпе­ратуры в диапазоне от —30 до+ 1000 °С и имеют класс точности 1—3.

Чувствительным элементом биметаллических тер­мометров является биметаллическая пластина (рис. 5.1, б), ко­торая состоит из двух пластин различных металлов, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. При нагревании за счет неодинакового линейного расширения металлов пластина (один ко­нец пластины закреплен) изгибается в сторону металла с меньшим значением коэффициента теплового линейного расширения (на рис.

5.1, б изгиб биметаллической пластины показан для случая а, > а₂). Перемещение свободного конца биметаллической пластины описы­вается выражением

3 I^і

h = -(a_i -a ₂)—(t-t₀),

4 о

где / — длина пластины; 5 — длина и толщина пластины.

Обычно в биметаллических термометрах используют биметалли­ческие винтовые и спиральные пружины. В термометрах со спираль­ной пружиной (рис. 5.1, в) один конец биметаллической пластины за­креплен. При нагревании такая пружина раскручивается, а ее свобод­ный конец совершает угловое перемещение, которое описывается выражением

3 /

Ау = -(а! -а₂)-(ґ-/₀).

4 О

Это угловое перемещение достигает нескольких десятков граду­сов и может быть непосредственно выведено на отсчетное устройст­во. Диапазон измерений биметаллических термометров лежит в ин­тервале от —50 до — +600 °С, а класс точности составляет 1—3.

5.3.