Prinzip des Flüssigkeits-Glasthermometers
Das Flüssigkeits-Glasthermometer ist das am häufigsten verwendete Gerät zur Temperaturmessung und ist kostengünstig in der Herstellung und einfach in der Anwendung.
Das Flüssigkeits-Glasthermometer hat einen Glaskolben, der an einem versiegelten Glasrohr (auch Stiel oder Kapillarrohr genannt) befestigt ist.
Eine sehr dünne Öffnung, die so genannte Bohrung, geht vom Kolben aus und erstreckt sich in der Mitte des Rohrs.
Der Kolben ist in der Regel entweder mit Quecksilber oder mit rot gefärbtem Alkohol gefüllt und kann sich ausdehnen und in das Rohr aufsteigen, wenn die Temperatur steigt, und sich zusammenziehen und in das Rohr absteigen, wenn die Temperatur sinkt.
In den Flüssigkeits-Glasthermometern (LIG) ist das wärmeempfindliche Element eine Flüssigkeit, die sich in einer abgestuften Glashülle befindet.
Das zur Temperaturmessung verwendete Prinzip ist das der scheinbaren Wärmeausdehnung der Flüssigkeit.
Ein typisches Flüssigkeits-Glas-Thermometer ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
Der Hintergrund des Glasrohrs ist mit weißer Emaille überzogen und die Vorderseite des Glasrohrs bildet eine Lupe, die die Flüssigkeitssäule vergrößert und das Ablesen der Temperatur erleichtert.
Unten in der Abbildung (links) ist ein Ganzglasthermometer abgebildet, dessen Skala in den Schaft geätzt ist.
Flüssigkeitsthermometer aus Glas sind zerbrechlich, und für den industriellen Gebrauch wird das Thermometer in ein Schutzgehäuse eingebaut, und die Skala ist auf einer separaten Platte eingraviert, die Teil des Schutzgehäuses ist.
Ein Industriethermometer ist in der Abbildung unten (rechts) dargestellt.
Es besteht hauptsächlich aus:
- einem Kolben, der als Behälter für die Arbeitsflüssigkeit dient, in dem sie sich leicht ausdehnen oder zusammenziehen kann.
- einem Stiel, „einem Glasrohr, das eine winzige Kapillare enthält, die mit dem Kolben verbunden ist und sich am Boden zu einem Kolben erweitert, der teilweise mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist“.
- Eine Temperaturskala, die grundsätzlich auf dem Schaft voreingestellt oder aufgedruckt ist, um Temperaturwerte anzuzeigen.
- Bezugspunkt, d.h. ein Kalibrierungspunkt, der meistens der Eispunkt ist.
- Eine Arbeitsflüssigkeit, die im Allgemeinen entweder Quecksilber oder Alkohol ist.
- Ein inertes Gas, hauptsächlich Argon oder Stickstoff, das im Thermometer über dem Quecksilber eingefüllt ist, um seine Verflüchtigung zu verringern.
Flüssigkeiten in Glasthermometern
Vorteile
Nachfolgend die wichtigsten Vorteile, die mit der Verwendung von Flüssigkeitsthermometern in Glas verbunden sind:
- Sie sind vergleichsweise billiger als andere Temperaturmessgeräte.
- Sie sind handlich und bequem zu benutzen.
- Im Gegensatz zu elektrischen Thermometern benötigen sie keine Stromversorgung oder Batterien zum Aufladen.
- Sie können häufig in Gebieten eingesetzt werden, in denen es Probleme mit der Elektrizität gibt.
- Sie bieten eine sehr gute Wiederholbarkeit und ihre Kalibrierung bleibt unbeeinflusst.
Einschränkungen
Die Verwendung von Flüssigkeits-Glasthermometern beinhaltet auch folgende Einschränkungen:
- Sie gelten als ungeeignet für Anwendungen mit extrem hohen oder niedrigen Temperaturen.
- Sie können nicht in Regionen eingesetzt werden, in denen sehr genaue Ergebnisse erwünscht sind.
- Im Vergleich zu elektrischen Thermometern sind sie sehr schwach und empfindlich. Sie müssen daher besonders vorsichtig behandelt werden, da sie leicht zerbrechen können.
- Außerdem können sie keine digitalen und automatischen Ergebnisse liefern. Daher ist ihre Verwendung auf Bereiche beschränkt, in denen eine manuelle Ablesung ausreicht, wie z. B. bei einem Haushaltsthermometer.
- „Die Temperaturwerte sollten sofort nach der Entnahme notiert werden, da ein Glasthermometer durch die Umgebungstemperatur, die Wärme der Hand, die es hält, die Reinigung usw. beeinflusst werden kann. Diese Temperatur sollte aufgezeichnet werden, da ein Glasthermometer keinen Rückruf der gemessenen Temperatur ermöglicht.“
- Das Ablesen der Temperatur mit Hilfe von Flüssigkeitsthermometern aus Glas erfordert ein hervorragendes Sehvermögen.
- Das in einem Glasthermometer enthaltene flüssige Element kann wegen der möglichen Freisetzung von Chemikalien gefährlich oder gesundheitsgefährdend sein.
- Diese Thermometer zeigen die Temperatur entweder in Celsius- oder Fahrenheit-Skalen an. Daher ist eine Temperaturumrechnung erforderlich, wenn die Temperaturanzeige in einer anderen Skala gewünscht wird.
Typen von Flüssigkeits-Glasthermometern
Es gibt zwei Haupttypen von Flüssigkeits-Glasthermometern, die im Folgenden erwähnt werden:
- Quecksilberthermometer
- Alkoholthermometer
Quecksilberthermometer
Diese Art von Thermometer wurde von einem deutschen Physiker namens Daniel Gabriel Fahrenheit entwickelt.
Es besteht aus Quecksilber, das als Flüssigkeit in ein Glasrohr gefüllt ist. Auf dem Körper des Glasrohrs sind kalibrierte Markierungen angebracht, die das Ablesen der Temperatur erleichtern.
An einem Ende des Thermometers befindet sich ein Kolben, der den größten Teil des Quecksilbers enthält.
Die Ausdehnung und Kontraktion dieses Quecksilbers wird dann in der extrem dünnen Bohrung des Glasrohrs weiter verstärkt. Dies trägt dazu bei, die Empfindlichkeit des Thermometers zu erhöhen.
Im Allgemeinen ist der Bereich über dem Quecksilber mit inerten Gasen wie Stickstoff gefüllt. Dieser Bereich kann jedoch auch evakuiert werden.
Es gibt verschiedene Arten von Quecksilber-Glasthermometern. „Ein Maximalthermometer ist eine besondere Art von Quecksilberthermometer, das durch eine Einschnürung im Hals in der Nähe des Kolbens funktioniert.
Das Quecksilber wird durch die Ausdehnungskraft bei steigender Temperatur durch die Einschnürung nach oben gedrückt. Wenn die Temperatur sinkt, bricht die Quecksilbersäule an der Verengung und kann nicht zum Kolben zurückkehren, sondern bleibt in der Röhre stehen.“
Mit Hilfe eines Maximalthermometers kann man die maximale Temperatur über eine bestimmte Zeitspanne messen.
Das Zurückstellen des Maximalthermometers ist ein sehr einfacher Vorgang, der nur ein scharfes Schwingen des Thermometers erfordert.
Der Gefrierpunkt von Quecksilber liegt bei – 38,83°C, bei dem es erstarrt. Es dehnt sich jedoch beim Erstarren nicht aus, so dass keine Gefahr besteht, dass das Glas des Thermometerrohrs bricht.
Wenn die Temperatur ansteigt, kommt das Stickstoffgas, das sich über dem Quecksilber im Glasrohr befindet, in der Regel die Säule hinunter und bleibt dort stecken.
Dieser ganze Vorgang kann die Funktion des Thermometers beeinträchtigen. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, muss es gelingen, Quecksilberthermometer ins Innere zu bekommen, wenn die Temperatur auf – 37°C sinkt.
In Gebieten, in denen die obere Temperaturgrenze bei – 38,83°C liegt, kann man ein Thermometer aus einer Quecksilber-Thallium-Legierung mit einem Gefrier- bzw. Erstarrungspunkt von – 61°C verwenden.Erstarrungspunkt von – 61,1°C.
Alkoholthermometer
Alkoholthermometer ersetzen in vielen Anwendungen die Quecksilberthermometer.
Sie verwenden Alkohol als Füllflüssigkeit in Glasrohren. Der Temperaturmessbereich von Alkoholthermometern reicht von 115°C bis 785°C, wobei ersterer der Gefrierpunkt des Alkohols und letzterer der Siedepunkt des Alkohols ist.
Ein typisches Thermometer zur Messung der Umgebungstemperatur muss einen Temperaturbereich von -20°F bis 120°F haben, d. h.d.h. -30°C bis 50°C.
Alkohol ist eine flüchtige Substanz, die dazu führen kann, dass sich die Säule im Thermometer durch einen mechanischen Stoß löst.
Die Säule kann dann wieder zusammengefügt werden, indem man das Thermometer über eine hölzerne Oberfläche fallen lässt, die mit vielen Papierblättern umhüllt ist. „Halten Sie das Thermometer in einer vertikalen Position, mit der Spitze nach unten, 4 bis 6 Zoll über der mit Papier bedeckten Holzoberfläche, und lassen Sie es dann fallen.“
Nachdem die Thermometerkugel auf das Papier aufschlägt, fangen Sie das Thermometer mit der anderen Hand auf, um ein Zerbrechen zu verhindern. An dem Teil des Kapillarrohrs, der sich über der Alkoholsäule befindet, können kleine Mengen Alkohol haften bleiben.“
Der Hochtemperaturteil des Thermometers kann unter einer Glühlampe erwärmt werden, wodurch der Alkohol in die Säule gelangt.
Man kann das Thermometer auch über Nacht senkrecht aufstellen, wodurch der Alkohol in die Säule zurückgezogen wird.
Dieses Thermometer sollte niemals mit einer geteilten Flüssigkeitssäule verwendet werden, da dies im Allgemeinen zu falschen Temperaturmessungen führt.
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