Princip teploměru na kapalinu ve skle

Princip teploměru na kapalinu ve skle

Teploměr na kapalinu ve skle je nejčastěji používaným přístrojem pro měření teploty, který je levný na výrobu a snadno se používá.

Teploměr na kapalinu ve skle má skleněnou baňku připojenou k utěsněné skleněné trubici (nazývané také stopka nebo kapilára).

Z baňky vychází velmi tenký otvor, nazývaný otvor, který se táhne středem trubice.

Žárovka je obvykle naplněna buď rtutí, nebo červeně zbarveným alkoholem a při zvyšování teploty se volně rozpíná a stoupá do trubice, při snižování teploty se smršťuje a pohybuje se dolů trubicí.

V kapalinových skleněných teploměrech (Liquid In Glass Thermometers, LIG) je tepelně citlivým prvkem kapalina obsažená v odstupňovaném skleněném obalu.

K měření teploty se používá princip zdánlivé tepelné roztažnosti kapaliny.

Typický teploměr s kapalinou ve skle je znázorněn na obrázku níže.

Pozadí skleněné trubice je pokryto bílým smaltem a přední část skleněné trubice tvoří zvětšovací sklo, které zvětšuje sloupec kapaliny a usnadňuje s odečítání teploty.

Na následujícím obrázku (vlevo) je zobrazen celoskleněný teploměr se stupnicí vyrytou do stonku.

Teploměry na kapalinu ve skle jsou křehké a pro průmyslové použití se teploměr montuje do ochranného pouzdra a stupnice je vyryta na samostatné desce, která je součástí ochranného pouzdra.

Průmyslový teploměr je znázorněn na obrázku níže (vpravo).

Skládá se hlavně z:

• Tobulky, která slouží jako nádoba pro pracovní kapalinu, kde se může snadno rozšiřovat nebo zmenšovat její objem.
• Dříku, „skleněné trubičky obsahující malou kapiláru spojenou s baňkou a rozšířenou ve spodní části do baňky, která je částečně naplněna pracovní kapalinou“.
• Teplotní stupnice, která je v podstatě přednastavena nebo vytištěna na stonku pro zobrazování naměřených hodnot teploty.
• Referenční bod, tj. kalibrační bod, kterým je nejčastěji ledový bod.
• Pracovní kapalina, kterou je zpravidla rtuť nebo alkohol.
• Inertní plyn, hlavně argon nebo dusík, který je naplněn uvnitř teploměru nad rtutí, aby se snížilo její vypařování.

Kapaliny používané ve skleněných teploměrech

Výhody

Následující jsou hlavní výhody spojené s používáním teploměrů s kapalinou ve skle:

• Jsou relativně levnější než jiné přístroje pro měření teploty.
• Jsou praktické a pohodlné k použití.
• Na rozdíl od elektrických teploměrů nevyžadují napájení ani baterie k nabíjení.
• Mohou být často používány v oblastech, kde je problém s elektrickou energií.
• Zajišťují velmi dobrou opakovatelnost a jejich kalibrace zůstává neovlivněna.

Omezení

Použití kapalinových teploměrů ve skle zahrnuje také následující omezení:

• Považují se za nevhodné pro aplikace zahrnující extrémně vysoké nebo nízké teploty.
• Nemohou být použity v oblastech, kde jsou žádoucí velmi přesné výsledky.
• V porovnání s elektrickými teploměry jsou velmi slabé a choulostivé. Proto se s nimi musí zacházet zvlášť opatrně, protože hrozí jejich rozbití.
• Kromě toho nemohou poskytovat digitální a automatizované výsledky. Proto je jejich použití omezeno na oblasti, kde stačí pouze ruční odečet, například teploměr pro domácnost.
• „Naměřené hodnoty teploty je třeba zaznamenat ihned po vyjmutí, protože skleněný teploměr může být ovlivněn teplotou prostředí, teplem, které vytváří ruka, která jej drží, čištěním atd. Tato teplota by měla být zaznamenána, protože skleněný teploměr nenabízí možnost vyvolání naměřené teploty.“
• Čtení teploty prostřednictvím teploměrů s kapalinou ve skle vyžaduje brilantní zrak.
• Kapalinový prvek obsažený ve skleněném teploměru může být nebezpečný nebo zdravotně rizikový vzhledem k jejich možnému rozlití chemickými látkami.
• Tyto teploměry zobrazují teplotu buď ve stupnici Celsia, nebo Fahrenheita. Pokud bychom tedy chtěli naměřit teplotu v jiné stupnici, byl by nutný přepočet teploty.

Typy teploměrů na kapalinu ve skle

Existují dva hlavní typy teploměrů na kapalinu ve skle, které jsou uvedeny níže:

1. Rtuťové teploměry
2. Alkoholové teploměry

Rtuťové teploměry

Tento typ teploměru vyvinul německý fyzik Daniel Gabriel Fahrenheit.

Skládá se ze rtuti jako kapaliny naplněné ve skleněné trubici. Na těle skleněné trubice jsou umístěny kalibrované značky, které usnadňují odečítání teploty.

Na jednom konci teploměru je vytvořena baňka, která obsahuje největší část rtuti.

Rozpínání a smršťování této velikosti rtuti se pak dále zvětšuje v extrémně tenkém otvoru skleněné trubice. To napomáhá zvyšování citlivosti teploměru.

Obvykle je prostor nad rtutí vyplněn inertními plyny, jako je dusík. I tento prostor však může být ponechán evakuovaný.

K dispozici jsou různé typy rtuťových teploměrů ve skle. „Maximální teploměr“ je jedinečný druh rtuťového teploměru, který funguje tak, že má zúžení v hrdle v blízkosti baňky.

Rtuť je při zvyšování teploty tlačena vzhůru přes zúžení silou roztažnosti. Při poklesu teploty se sloupec rtuti v místě zúžení zlomí a nemůže se vrátit do baňky a zůstane v trubici nehybně ležet.“

Pomocí maximálního teploměru lze měřit maximální teplotu za předem stanovený časový úsek.

Nastavení maximálního teploměru je velmi jednoduchý proces, který vyžaduje pouze prudké zhoupnutí teploměru.

Teplota tuhnutí rtuti je – 38,83 °C, při které ztuhne. Při tuhnutí však nedochází k její expanzi, a proto nehrozí nebezpečí rozbití skla trubice teploměru.

Kdykoli dojde ke zvýšení teploty, plynný dusík naplněný nad rtutí ve skleněné trubici obvykle sestoupí do sloupce a uvízne tam.

Celá tato akce může ovlivnit funkci teploměru. Aby se předešlo těmto potížím, musí se podařit dostat rtuťové teploměry dovnitř, když teplota klesne na – 37 °C.

V oblastech, kde je horní hranice teploty – 38,83 °C, lze použít teploměr ze slitiny rtuti a thalia, který má mrazící i.tj. bod tuhnutí – 61,1 °C.

Alkoholové teploměry

Alkoholové teploměry nahrazují v mnoha aplikacích rtuťové teploměry.

Používají alkohol jako naplněnou kapalinu ve skleněných trubicích. Rozsah měření teploty lihových teploměrů se pohybuje od 115 °C do 785 °C, kde první je teplota tuhnutí lihu a druhá je teplota varu lihu.

Běžný teploměr pro získávání údajů o teplotě prostředí musí mít teplotní rozsah -20°F až 120°F, tj.tj. -30°C až 50°C.

Lkohol jako těkavá látka může mít za následek rozdělení sloupce v teploměru v důsledku mechanického nárazu.

Sloupec lze pak opět spojit tak, že teploměr spadne na dřevěný povrch obalený spoustou papírových listů. „Držte teploměr ve svislé poloze, baňkou dolů, 4 až 6 palců nad dřevěným povrchem obaleným papírem a pak jej upusťte.

Po nárazu baňky teploměru na papír zachyťte teploměr druhou rukou, aby se nerozbil. Na části kapiláry nad alkoholovým sloupcem může ulpět malé množství alkoholu.“

Vysokoteplotní část teploměru lze zahřát pod žárovkou, která přivede alkohol až ke sloupci.

Termometr lze také na noc připevnit svisle, což umožní zpětné vtažení alkoholu do kolony.

Tento teploměr by se nikdy neměl používat s rozdělenou kapalinovou kolonou, protože to obvykle vede k nesprávnému měření teploty.

Také si přečtěte : Co je to teplota?