Princippet for termometer med væske i glas

Princippet for termometer med væske i glas

Termometeret med væske i glas er det mest almindeligt anvendte apparat til temperaturmåling, og det er billigt at fremstille og let at bruge.

Termometeret med væske i glas har en glaskolbe, der er fastgjort til et forseglet glasrør (også kaldet skaft eller kapillarrør).

Der er en meget tynd åbning, kaldet en boring, der går fra kolben og strækker sig ned gennem midten af røret.

Kolben er typisk fyldt med enten kviksølv eller rødfarvet alkohol og kan frit udvide sig og stige op i røret, når temperaturen stiger, og trække sig sammen og bevæge sig ned i røret, når temperaturen falder.

I væske-i-glas-termometre (LIG) er det termisk følsomme element en væske, der er indeholdt i en gradueret glaskuvert.

Det princip, der anvendes til at måle temperaturen, er princippet om væskens tilsyneladende termiske udvidelse.

Et typisk væske-i-glas-termometer er vist i nedenstående figur.

Glasrørets baggrund er dækket af hvid emalje, og glasrørets forside danner et forstørrelsesglas, der forstørrer væskesøjlen og gør det lettere at aflæse temperaturen.

I nedenstående figur (til venstre) er et termometer helt i glas afbildet med skalaen indgraveret i skaftet.

Væske i glastermometre er skrøbelige, og til industriel brug er termometret monteret i et beskyttelseshus, og skalaen er indgraveret på en separat plade, der er en del af det beskyttende hus.

Et industritermometer er vist i nedenstående figur (til højre).

Det består hovedsageligt af:

• En pære, der fungerer som en beholder for den fungerende væske, hvor den let kan udvide eller trække sig sammen i kapacitet.
• En stilk, “et glasrør indeholdende en lille kapillær, der er forbundet med pæren og udvidet i bunden til en pære, der er delvist fyldt med en fungerende væske”.
• En temperaturskala, som grundlæggende er forudindstillet eller påtrykt på stilken til visning af temperaturmålinger.
• Referencepunkt, dvs. et kalibreringspunkt, som oftest er ispunktet.
• En arbejdsvæske, som generelt er enten kviksølv eller alkohol.
• En inert gas, hovedsagelig argon eller nitrogen, som er fyldt inde i termometeret over kviksølv for at trimme dets fordampning ned.

Væsker, der anvendes i termometre af glas

Fordele

Følgende er de vigtigste fordele forbundet med brugen af termometre med væske i glas:

• De er forholdsvis billigere end andre temperaturmåleapparater.
• De er praktiske og bekvemme at bruge.
• I modsætning til elektriske termometre kræver de ikke strømforsyning eller batterier til opladning.
• De kan ofte anvendes i områder, hvor der er problemer med elektricitet.
• De giver en meget god repeterbarhed, og deres kalibrering forbliver upåvirket.

Begrænsninger

Anvendelse af termometre med væske i glas omfatter også følgende begrænsninger:

• De anses for uegnede til anvendelser, der involverer ekstremt høje eller lave temperaturer.
• De kan ikke anvendes i områder, hvor meget nøjagtige resultater er ønskelige.
• I forhold til elektriske termometre er de meget svage og sarte. Derfor skal de håndteres med ekstra forsigtighed, fordi de risikerer at gå i stykker.
• Og desuden kan de ikke give digitale og automatiserede resultater. Derfor er deres anvendelse begrænset til områder, hvor kun manuel aflæsning er tilstrækkelig, f.eks. et termometer til husholdningsbrug.
• “Temperaturaflæsninger bør noteres umiddelbart efter aftagning, fordi et termometer af glas kan påvirkes af omgivelsestemperaturen, varme fra den hånd, der holder det, rengøring osv. Denne temperatur bør noteres, fordi et termometer af glas ikke giver mulighed for at huske den målte temperatur.”
• Aflæsning af temperaturen via termometre med væske i glas kræver et strålende syn.
• Væskeelementet i et termometer af glas kan være farligt eller risikabelt for helbredet på grund af deres potentielle kemiske spild.
• Disse termometre viser temperaturen enten i Celsius- eller Fahrenheit-skalaer. Det er derfor nødvendigt at foretage en temperaturomregning, hvis temperaturen skal aflæses på en anden skala.

Typer af termometre med væske i glas

Der findes to hovedtyper af termometre med væske i glas, som er nævnt nedenfor:

1. Kviksølvtermometre
2. Alkoholtermometre

Kviksølvtermometre

Denne type termometer blev udviklet af en tysk baseret fysiker ved navn Daniel Gabriel Fahrenheit.

Det består af kviksølv som en væske, der er fyldt i et glasrør. På glasrørets krop er der kalibrerede mærker, som letter aflæsningen af temperaturen.

Der dannes en pære i den ene ende af termometeret, som indeholder den største del af kviksølvet.

Den ekspansion og sammentrækning af denne kviksølvstørrelse øges derefter yderligere i den ekstremt tynde boring i glasrøret. Det er med til at øge termometerets følsomhed.

I almindelighed er området over kviksølvet fyldt med inerte gasser som f.eks. kvælstof. Dette område kan dog også efterlades evakueret.

Der findes forskellige typer kviksølv-i-glas-termometre. “Et maksimumtermometer er en unik form for kviksølvtermometer, der fungerer ved at have en indsnævring i halsen tæt på pæren.

Kviksølvet presses op gennem indsnævringen ved hjælp af ekspansionskraften, når temperaturen stiger. Når temperaturen falder, knækker kviksølvsøjlen ved forsnævringen og kan ikke vende tilbage til pæren, men forbliver stationær i røret.”

Med et maksimumtermometer kan man måle den maksimale temperatur over et forudbestemt tidsrum.

Retablering af maksimumtermometeret er en meget enkel proces, som blot kræver en kraftig svingning af termometeret.

Kviksølvets frysepunkt er – 38,83 °C, hvor det størkner. Det resulterer dog ikke i ekspansion ved størkning, og der vil derfor ikke være nogen fare for glasbrud i termometerrøret.

Når temperaturen stiger, kommer kvælstofgassen, der er fyldt over kviksølvet i glasrøret, normalt ned i søjlen og sidder fast der.

Denne hele handling kan påvirke termometerets funktion. For at undgå denne vanskelighed skal man formå at få kviksølvtermometre indenfor, når temperaturen falder til – 37°C.

I områder, hvor den øvre temperaturgrænse er – 38,83°C, kan man anvende et termometer af en kviksølv-talliumlegering med en fryse i.dvs. størkningspunktet er – 61,1 °C.

Alkoholtermometre

Alkoholtermometre erstatter kviksølvtermometre i mange anvendelser.

De anvender alkohol som væske i glasrør. Temperaturmålingsområdet for alkoholtermometre varierer fra 115 °C til 785 °C, hvor førstnævnte er alkoholens frysepunkt og sidstnævnte er alkoholens kogepunkt.

Et typisk termometer til måling af omgivelsestemperaturer skal have et temperaturområde på -20 °F til 120 °F i.dvs. -30°C til 50°C.

Alkohol er et flygtigt stof og kan derfor medføre, at søjlen i termometeret skilles ved mekaniske stød.

Søjlen kan derefter samles igen ved at lade termometeret falde ned over en træoverflade, der er omsluttet af masser af papirark. “Hold termometeret i lodret stilling med pæreenden nedad, 4 til 6 tommer over træoverfladen, der er dækket af papir, og lad det derefter falde.”

Når termometerpæren rammer papiret, skal du gribe termometeret med den anden hånd for at forhindre, at det går i stykker. Der kan hænge små mængder alkohol fast på den del af kapillarrøret, der ligger over alkoholsøjlen.”

Den del af termometeret, der har høj temperatur, kan varmes op under en glødelampe, hvilket vil bringe alkoholen ned til søjlen.

Man kan også montere termometeret lodret i løbet af natten, hvilket vil lade alkoholen trække tilbage til kolonnen.

Dette termometer bør aldrig anvendes med en skilt væskekolonne, da det generelt fører til ukorrekte temperaturmålinger.

Også læses : Hvad er temperatur?