Liquid In Glass Thermometer Principle
De vloeistof in glas thermometer, is het meest gebruikte apparaat om temperatuur te meten en het is goedkoop te maken en gemakkelijk te gebruiken.
De vloeistof in glas thermometer heeft een glazen bol bevestigd aan een gesloten glazen buis (ook wel de steel of capillaire buis genoemd).
Een zeer dunne opening, genaamd een boring, bestaat uit de bol en strekt zich uit over het midden van de buis.
De bol is gewoonlijk gevuld met kwik of roodgekleurde alcohol en kan uitzetten en in de buis stijgen wanneer de temperatuur stijgt, en inkrimpen en in de buis dalen wanneer de temperatuur daalt.
In de vloeistof in glas thermometers (LIG) is het thermisch gevoelige element een vloeistof in een gegradueerd glazen omhulsel.
Het principe dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten is dat van de schijnbare thermische uitzetting van de vloeistof.
Een typische vloeistof-in-glas thermometer is afgebeeld in de onderstaande figuur.
De achtergrond van de glazen buis is bedekt met wit email en de voorzijde van de glazen buis vormt een vergrootglas dat de vloeistofkolom vergroot en het aflezen van de temperatuur vergemakkelijkt.
In onderstaande figuur (links) is een geheel glazen thermometer afgebeeld, met de schaalverdeling in de steel geëtst.
Liquid in glass thermometers are fragile and for industrial use, the thermometer is mounted in a protective housing and the scale is engraved on a separate plate that is part of the protective case.
Een industriële thermometer is afgebeeld in onderstaande figuur (rechts).
Hij bestaat hoofdzakelijk uit:
- Een bol die fungeert als reservoir voor de werkvloeistof waarin deze gemakkelijk kan uitzetten of inkrimpen.
- Een steel, “een glazen buisje met daarin een minuscuul capillair dat met de bol is verbonden en aan de onderzijde is vergroot tot een bol die gedeeltelijk is gevuld met een werkvloeistof”.
- Een temperatuurschaal die in principe op de steel is voorgeprogrammeerd of ingeprent voor de weergave van temperatuurmetingen.
- Referentiepunt, d.w.z. een ijkpunt dat meestal het ijspunt is.
- Een werkvloeistof die in het algemeen kwik of alcohol is.
- Een inert gas, hoofdzakelijk argon of stikstof, dat in de thermometer boven het kwik wordt gevuld om de vervluchtiging ervan te beperken.
Gebruikte vloeistoffen in glasthermometers
Voordelen
Volgende zijn de belangrijkste voordelen verbonden aan het gebruik van vloeistof-in-glas thermometers:
- Ze zijn verhoudingsgewijs goedkoper dan andere apparaten voor temperatuurmeting.
- Ze zijn handzaam en handig in het gebruik.
- In tegenstelling tot elektrische thermometers hebben ze geen stroomvoorziening of batterijen nodig om op te laden.
- Ze kunnen vaak worden toegepast in gebieden waar er een probleem is met elektriciteit.
- Ze hebben een zeer goede herhaalbaarheid en hun ijking blijft onaangetast.
Beperkingen
Het gebruik van vloeistof-in-glas thermometers heeft ook de volgende beperkingen:
- Zij worden ongeschikt geacht voor toepassingen met extreem hoge of lage temperaturen.
- Zij kunnen niet worden toegepast in gebieden waar zeer nauwkeurige resultaten gewenst zijn.
- Vergeleken met elektrische thermometers zijn zij zeer zwak en kwetsbaar. Daarom moeten ze met extra voorzichtigheid worden behandeld omdat de kans groot is dat ze breken.
- Bijkomend is dat ze geen digitale en geautomatiseerde resultaten kunnen geven. Daarom is hun gebruik beperkt tot gebieden waar alleen handmatige aflezing voldoende is, bijvoorbeeld een huishoudthermometer.
- “Temperatuurmetingen moeten onmiddellijk na verwijdering worden genoteerd, omdat een glazen thermometer kan worden beïnvloed door de omgevingstemperatuur, warmte geproduceerd door de hand die hem vasthoudt, reiniging, enz. Deze temperatuur moet worden genoteerd omdat een glazen thermometer geen herinnering van de gemeten temperatuur biedt.”
- Het aflezen van de temperatuur via thermometers met vloeistof in glas vereist een briljant gezichtsvermogen.
- Liquid element in een glazen thermometer kan gevaarlijk of riskant zijn voor de gezondheid als gevolg van hun mogelijke chemische lekkages.
- Deze thermometers geven de temperatuur ofwel in Celsius of Fahrenheit schalen. Dus, temperatuur conversie nodig zou zijn als de temperatuur lezing wordt gewenst in een andere schaal.
Typen vloeistof in glas thermometers
Er zijn twee hoofdtypen vloeistof in glas thermometers die hieronder worden vermeld:
- Mercury Thermometers
- Alcohol Thermometers
Mercury Thermometers
Dit type thermometer werd ontwikkeld door een in Duitsland gevestigde natuurkundige genaamd Daniel Gabriel Fahrenheit.
Het bestaat uit kwik als een vloeistof gevuld in een glazen buis. Op het lichaam van de glazen buis zijn gekalibreerde merktekens aangebracht die het aflezen van de temperatuur vergemakkelijken.
Aan één uiteinde van de thermometer wordt een bol gevormd die het grootste deel kwik bevat.
De uitzetting en inkrimping van dit kwik wordt dan verder vergroot in de uiterst dunne boring van de glazen buis. Hierdoor wordt de gevoeligheid van de thermometer vergroot.
In het algemeen wordt het gebied boven het kwik gevuld met inerte gassen zoals stikstof. Dit gedeelte kan echter ook leeg worden gelaten.
Er zijn verschillende soorten kwik-in-glaasthermometers verkrijgbaar. “Een maximumthermometer is een uniek soort kwikthermometer die functioneert doordat hij een vernauwing in de hals dicht bij de bol heeft.
Het kwik wordt door de vernauwing omhooggeduwd door de kracht van de uitzetting wanneer de temperatuur stijgt. Wanneer de temperatuur daalt, breekt de kwikkolom bij de vernauwing en kan niet naar de bol terugkeren en blijft in de buis stilstaan.”
Met behulp van een maximumthermometer kan men de maximumtemperatuur over een vooraf bepaalde tijdspanne meten.
Het terugstellen van de maximumthermometer is een zeer eenvoudig proces dat alleen een scherpe zwaai van de thermometer vereist.
Het vriespunt van kwik is – 38,83°C waarbij het stolt. Het zet echter niet uit bij het stollen en dus bestaat er geen gevaar voor glasbreuk van de thermometerbuis.
Wanneer de temperatuur stijgt, komt het stikstofgas dat boven het kwik in de glazen buis is gevuld, gewoonlijk in de kolom terecht en blijft daar steken.
Deze hele actie kan de werking van de thermometer beïnvloeden. Om deze moeilijkheid te voorkomen, moet men erin slagen kwikthermometers binnen te krijgen wanneer de temperatuur tot – 37°C daalt.
In gebieden, waar de maximumtemperatuur – 38,83°C bedraagt, kan men een thermometer van een kwik-thalliumlegering gebruiken, die een vriespunt i.d. stollingspunt van – 61,1°C.
Alcoholthermometers
Alcoholthermometers vervangen in veel toepassingen de kwikthermometers.
Zij gebruiken alcohol als gevulde vloeistof in glazen buizen. Het meetbereik van alcoholthermometers varieert van 115°C tot 785°C, waarbij de eerstgenoemde het vriespunt van alcohol is en de laatstgenoemde het kookpunt van alcohol.
Een typische thermometer voor het verkrijgen van omgevingstemperatuurmetingen moet een temperatuurbereik hebben van -20°F tot 120°F, d.w.z. -30°C tot 50°F.d.w.z. -30°C tot 50°C.
Als alcohol een vluchtige stof is, kan de kolom in de thermometer door mechanische schokken uiteenvallen.
De kolom kan dan weer worden samengevoegd door de thermometer over een houten oppervlak te laten vallen dat met veel vellen papier is omhuld. “Houd de thermometer in verticale positie, bolzijde naar beneden, 4 tot 6 inches boven het met papier beklede houten oppervlak, en laat dan vallen.
Nadat de thermometerbol het papier raakt, vangt u de thermometer met uw andere hand op om breuk te voorkomen. Kleine hoeveelheden alcohol kunnen aan het gedeelte van het capillair boven de alcoholkolom blijven kleven.”
Het gedeelte van de thermometer met de hoge temperatuur kan worden opgewarmd onder een gloeilamp, waardoor de alcohol tot aan de kolom wordt gebracht.
Ook kan men de thermometer ’s nachts verticaal monteren, waardoor de alcohol naar de kolom wordt teruggevoerd.
Deze thermometer mag nooit worden gebruikt met een gedeelde vloeistofkolom, omdat dit in het algemeen tot onjuiste temperatuurmetingen leidt.
Ook lezen : Wat is temperatuur ?