原理与结构

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第192页（3485字）

1．原理

玻璃温度计利用感温液体在透明玻璃感温泡和毛细管内的热膨胀作用来测量温度，其结构如图4．6－1所示。感温泡中贮存感温液体，当感温泡在被测量的介质中受热(或冷却)时，感温液体沿毛细管发生膨胀上升(或收缩下降)，于是在毛细管旁边的主刻度尺上直接显示温度的变化值。

图4．6－1 玻璃液体温度计的结构

感温液体的体膨胀与温度的关系为：

V(t₂)=V(t₁)+(t₂－t₁)·α·V(t₁) (4．6－1)

式中，α－感温液体的体膨胀系数；

V(t₂)－感温液体在温度为t₂时的体积；

V(t₁)－感温液体在温度为t₁时的体积。

由式(4．6－1)可知，当感温液体的温度变化相同时，体膨胀系数(某温度间隔内体积的相对变化)越大的液体介质，其体积的增加也越大。但是温度计的示值不仅取决于感温液体的体积变化，而且，还与感温泡容积变化有关，其示值是由视膨胀系数决定的。所谓视膨胀系数即为感温液体介质的平均体膨胀系数与玻璃的平均体膨胀系数之差。通常可用下式表示：

K=α－α′ (4．6－2)

式中，K－视膨胀系数；

α－感温液体的体膨胀系数；

α′－玻璃的体膨胀系数。

由于感温液的体膨胀系数较玻璃的体膨胀系数大许多倍，因此，当感温泡受热或冷却后，可明显地看出感温液在毛细管内的高度变化，并以此显示出温度的变化值。

2．结构

温度计所用的玻璃都是特殊制备的，分普通、高温及特种玻璃三种。它们应具备如下特性：在使用温度范围内不变形；游离碱要少；滞后现象及时效变化小等。采用的感温液体有水银、有机液体(酒精、煤油等)或汞合金等。它们的视膨胀系数见表4．6－2。

表4．6－2 感温液体的体膨胀系数及视膨胀系数

玻璃温度计的结构类型有棒式、内标式、电接点玻璃温度计及带有金属保护管等多种。

(1)棒式温度计。

棒式温度计具有厚壁毛细管，标尺直接刻在毛细管的外表面上。感温泡外径通常等于或小于玻璃棒外径，见图4．6－1，。它比内标式耐冲击，准确度较高且实用。

(2)内标式温度计。

将测量毛细管贴靠在标尺板上，两者均封装在一个玻璃保护管内的温度计称内标式温度计。它的分度线不脱落，准确度高，但抗冲击性差，可作为实验室用温度计。

(3)电接点温度计。

以水银上升、下降作通断的温度计称电接点温度计。在毛细管的规定点处焊两根金属丝，当温度升高时，水银柱即与这两根导线接通。它与电子继电器等装置配套后，可以用来对某一温度点进行发信、报警或二位控制。它有两种形式：固定电接点温度计(工作接点固定在某一设定温度点上)和可调电接点温度计(工作接点可以在标尺范围内任意调节)。

(4)带有金属保护管的工业温度计。

在工业生产过程中使用的温度计通常带有金属保护管。金属保护管的作用是防止玻璃温度计受到机械损伤，并使之固定在被测设备上。

3．使用方法

按使用时浸没方式不同，有全浸式和局浸式两种温度计。

(1)全浸式。

在进行测量时要将温度计液柱全部浸没在介质中。它的测温准确度较高，但不易看清刻度，使用不方便。

(2)局浸式。

在进行测量时，温度计部分液柱浸没在介质中，而且浸入的长度是固定的，其余部分则暴露在大气中，使用时应注意。该种温度计容易看清其刻度，但准确度不高。即使进行露出液柱修正，准确度仍低于全浸式温度计。

4．误差估计

表4．6－3给出玻璃液体温度计的示值允许误差。

表4．6－3 玻璃温度计示值允许误差，℃

一等标准水银温度计应用广泛。表4．6－4给出一等标准水银温度计的误差分析及总不确定度(置信概率99%)，在高温段400～500℃温区的总不确定度为100mK。

表4．6－4 一等标准水银温度计不确定度来源及结果

*为50℃／100℃的两段数值

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