Principe du thermomètre à liquide dans le verre
Le thermomètre à liquide dans le verre, est le dispositif le plus couramment utilisé pour mesurer la température et il est peu coûteux à fabriquer et facile à utiliser.
Le thermomètre à liquide dans le verre a un bulbe en verre fixé à un tube en verre scellé (également appelé tige ou tube capillaire).
Une ouverture très fine, appelée alésage, existe à partir du bulbe et s’étend vers le centre du tube.
Le bulbe est généralement rempli de mercure ou d’alcool de couleur rouge et est libre de se dilater et de monter dans le tube lorsque la température augmente, et de se contracter et de descendre dans le tube lorsque la température diminue.
Dans les thermomètres à liquide dans le verre (LIG), l’élément thermosensible est un liquide contenu dans une enveloppe en verre graduée.
Le principe utilisé pour mesurer la température est celui de la dilatation thermique apparente du liquide.
Un thermomètre typique à liquide dans le verre est représenté sur la figure ci-dessous.
Le fond du tube de verre est recouvert d’émail blanc et l’avant du tube de verre forme une loupe qui agrandit la colonne de liquide et facilite la lecture de la température.
Dans la figure ci-dessous (à gauche), un thermomètre entièrement en verre est représenté, avec son échelle gravée dans la tige.
Le liquide dans les thermomètres en verre est fragile et pour un usage industriel, le thermomètre est monté dans un boîtier de protection et l’échelle est gravée sur une plaque séparée qui fait partie du boîtier de protection.
Un thermomètre industriel est représenté sur la figure ci-dessous (droite).
Il comprend principalement :
- Un bulbe qui agit comme un récipient pour le liquide de fonctionnement où il peut facilement se dilater ou se contracter en capacité.
- Une tige, « un tube de verre contenant un minuscule capillaire relié au bulbe et élargi au fond en un bulbe qui est partiellement rempli d’un liquide de fonctionnement ».
- Une échelle de température qui est fondamentalement préréglée ou imprimée sur la tige pour afficher les lectures de température.
- Un point de référence c’est-à-dire un point d’étalonnage qui est le plus souvent le point de congélation.
- Un liquide de travail qui est généralement soit du mercure, soit de l’alcool.
- Un gaz inerte, principalement de l’argon ou de l’azote qui est rempli à l’intérieur du thermomètre au-dessus du mercure pour rogner sa volatilisation.
Liquides utilisés dans les thermomètres en verre
Avantages
Voici les principaux avantages associés à l’utilisation des thermomètres à liquide dans le verre:
- Ils sont comparativement moins chers que les autres dispositifs de mesure de la température.
- Ils sont maniables et pratiques à utiliser.
- Contrairement aux thermomètres électriques, ils ne nécessitent pas d’alimentation électrique ou de piles pour être rechargés.
- Ils peuvent être fréquemment appliqués dans les zones où il y a un problème d’électricité.
- Ils fournissent une très bonne répétabilité et leur étalonnage reste inchangé.
Limitations
L’utilisation des thermomètres à liquide dans le verre comprend également les limitations suivantes :
- Ils sont considérés comme inaptes aux applications impliquant des températures extrêmement élevées ou basses.
- Ils ne peuvent pas être appliqués dans les régions où des résultats très précis sont souhaitables.
- Par rapport aux thermomètres électriques, ils sont très faibles et délicats. Par conséquent, ils doivent être manipulés avec une attention particulière car ils sont susceptibles de se briser.
- En outre, ils ne peuvent pas fournir des résultats numériques et automatisés. Par conséquent, leur utilisation est limitée aux domaines où seule la lecture manuelle est adéquate, par exemple, un thermomètre domestique.
- « Les relevés de température doivent être notés immédiatement après le retrait car un thermomètre en verre peut être affecté par la température ambiante, la chaleur produite par la main qui le tient, le nettoyage, etc. Cette température doit être enregistrée car un thermomètre en verre n’offre pas de rappel de la température mesurée. »
- La lecture de la température via les thermomètres à liquide dans le verre nécessite une vue brillante.
- L’élément liquide contenu dans un thermomètre en verre peut être périlleux ou risqué pour la santé en raison de leurs déversements chimiques potentiels.
- Ces thermomètres affichent la température soit en échelle Celsius, soit en échelle Fahrenheit. Ainsi, une conversion de température serait nécessaire si la lecture de la température est souhaitée dans une autre échelle.
Types de thermomètres à liquide dans le verre
Il existe deux grands types de thermomètres à liquide dans le verre qui sont mentionnés ci-dessous :
- Thermomètres à mercure
- Thermomètres à alcool
Thermomètres à mercure
Ce type de thermomètre a été développé par un physicien basé en Allemagne nommé Daniel Gabriel Fahrenheit.
Il est constitué de mercure sous forme de liquide rempli dans un tube de verre. Sur le corps du tube de verre, des marques calibrées sont prévues, ce qui facilite la lecture de la température.
Un bulbe est formé à une extrémité du thermomètre qui contient la plus grande partie du mercure.
L’expansion et la contraction de cette taille de mercure sont ensuite encore augmentées dans l’alésage extrêmement mince du tube de verre. Cela aide à augmenter la sensibilité du thermomètre.
En général, la zone au-dessus du mercure est remplie de gaz inertes comme l’azote. Cependant, cette zone peut également être laissée sous vide.
Divers types de thermomètres à mercure dans le verre sont disponibles. « Un thermomètre à maximum est un type unique de thermomètre à mercure qui fonctionne en ayant une constriction dans le cou près du bulbe.
Le mercure est forcé vers le haut à travers la constriction par la force d’expansion lorsque la température augmente. Lorsqu’il y a une diminution de la température, la colonne de mercure se brise au niveau de la constriction et ne peut pas retourner vers le bulbe et restera stationnaire dans le tube. »
A l’aide d’un thermomètre maximum, on peut mesurer la température maximale sur une durée prédéterminée.
La remise à zéro du thermomètre maximum est un processus très simple qui nécessite juste de balancer vivement le thermomètre.
Le point de congélation du mercure est de – 38,83°C auquel il se solidifie. Cependant, il ne résulte pas de l’expansion lors de la solidification et donc il n’y aura pas de danger de bris de verre du tube du thermomètre.
Chaque fois qu’il y a une augmentation de la température, l’azote gazeux rempli au-dessus du mercure dans le tube de verre descend généralement la colonne et y reste coincé.
Toute cette action peut affecter le fonctionnement du thermomètre. Pour éviter cette difficulté, il faut s’arranger pour faire rentrer les thermomètres à mercure à l’intérieur lorsque la température descend à – 37°C.
Dans les régions, où la limite supérieure de température est de – 38,83°C, on peut employer un thermomètre en alliage mercure-thallium ayant un point de congélation c’est-à-dire de solidification de – 61°C.c’est-à-dire un point de solidification de – 61,1°C.
Thermomètres à alcool
Les thermomètres à alcool remplacent les thermomètres à mercure dans de nombreuses applications.
Ils emploient l’alcool comme liquide de remplissage dans des tubes en verre. La gamme de mesure de température des thermomètres à alcool varie de 115°C à 785°C, où le premier est le point de congélation de l’alcool et le second est le point d’ébullition de l’alcool.
Un thermomètre typique pour obtenir des lectures de température environnementale est nécessaire pour avoir une gamme de température de -20°F à 120°F c’est-à-dire.
L’alcool, étant une substance volatile, peut entraîner la séparation de la colonne dans le thermomètre en raison d’un choc mécanique.
La colonne peut alors être rejointe en faisant tomber le thermomètre sur une surface en bois enveloppée de beaucoup de feuilles de papier. « Tenez le thermomètre en position verticale, l’extrémité du bulbe vers le bas, à 4 à 6 pouces au-dessus de la surface de bois recouverte de papier, puis laissez tomber.
Après que le bulbe du thermomètre ait frappé le papier, attrapez le thermomètre avec votre autre main pour éviter qu’il ne se brise. De petites quantités d’alcool peuvent s’accrocher à la partie du tube capillaire au-dessus de la colonne d’alcool. »
La partie haute température du thermomètre peut être réchauffée sous une lampe à incandescence qui fera descendre l’alcool dans la colonne.
On peut également monter le thermomètre verticalement pour la nuit, ce qui permettra le retour de l’alcool vers la colonne.
Ce thermomètre ne doit jamais être employé avec une colonne de fluide entaillée car cela conduit généralement à des mesures de température incorrectes.
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