Principen för termometern med vätska i glas
Termometern med vätska i glas är den vanligaste anordningen för att mäta temperatur och den är billig att tillverka och lätt att använda.
Termometern med vätska i glas har en glaskolv som är fäst vid ett förseglat glasrör (även kallat stämman eller kapillärröret).
Den har en mycket tunn öppning, en s.k. borrning, som utgår från kolven och sträcker sig ner i mitten av röret.
Lampan är vanligtvis fylld med antingen kvicksilver eller rödfärgad alkohol och är fri att expandera och stiga upp i röret när temperaturen ökar, och att dra ihop sig och röra sig nedåt i röret när temperaturen sjunker.
I termometrar med vätska i glas (Liquid In Glass Thermometers (LIG)) är det termiskt känsliga elementet en vätska som ingår i ett kuvert av graderat glas.
Principen som används för att mäta temperaturen är principen om vätskaens skenbara termiska expansion.
En typisk termometer med vätska i glas visas i figuren nedan.
Glasrörets bakgrund är täckt med vit emalj och glasrörets framsida bildar ett förstoringsglas som förstorar vätskekolonnen och underlättar avläsningen av temperaturen.
I nedanstående figur (vänster) visas en termometer helt i glas med skalan etsad i skaftet.
Termometrar med vätska i glas är ömtåliga och för industriell användning monteras termometern i ett skyddande hölje och skalan graveras på en separat platta som är en del av det skyddande höljet.
En industriell termometer visas i nedanstående figur (höger).
Den består huvudsakligen av:
- En glödlampa som fungerar som en behållare för den fungerande vätskan, där den lätt kan expandera eller krympa i kapacitet.
- En stubbe, ”ett glasrör som innehåller en liten kapillär som är ansluten till glödlampan och som vidgas i botten till en glödlampa som är delvis fylld med en fungerande vätska”.
- En temperaturskala som i princip är förinställd eller tryckt på stammen för att visa temperaturmätningar.
- Referenspunkt dvs. en kalibreringspunkt som oftast är ispunkten.
- En arbetsvätska som i allmänhet är antingen kvicksilver eller alkohol.
- En inert gas, huvudsakligen argon eller kväve som fylls i termometern ovanför kvicksilvret för att trimma ned dess avdunstning.
Vätskor som används i glastermometrar
Fördelar
Följande är de viktigaste fördelarna som är förknippade med användningen av termometrar med vätska i glas:
- De är jämförelsevis billigare än andra temperaturmätningsinstrument.
- De är behändiga och bekväma att använda.
- Till skillnad från elektriska termometrar behöver de inte strömförsörjning eller batterier för laddning.
- De kan ofta användas i områden där det finns problem med elektricitet.
- De ger en mycket god repeterbarhet och kalibreringen förblir opåverkad.
Begränsningar
Användningen av termometrar med flytande glas innefattar också följande begränsningar:
- De anses vara olämpliga för tillämpningar som involverar extremt höga eller låga temperaturer.
- De kan inte användas i områden där mycket exakta resultat är önskvärda.
- I jämförelse med elektriska termometrar är de mycket svaga och känsliga. Därför måste de hanteras med extra försiktighet eftersom de riskerar att gå sönder.
- För övrigt kan de inte ge digitala och automatiserade resultat. Därför är deras användning begränsad till områden där endast manuell avläsning är tillräcklig, t.ex. en hushållstermometer.
- ”Temperaturavläsningar bör noteras omedelbart efter det att de tagits bort eftersom en glastermometer kan påverkas av omgivningstemperaturen, värme som produceras av handen som håller den, rengöring osv. Denna temperatur bör noteras eftersom en glastermometer inte erbjuder en återkallelse av den uppmätta temperaturen.”
- Avläsning av temperaturen via termometrar med vätska i glas kräver en strålande syn.
- Vätskeelementet i en glastermometer kan vara farligt eller riskfyllt för hälsan på grund av deras potentiella kemiska spill.
- Dessa termometrar visar temperaturen antingen i Celsius- eller Fahrenheit-skalor. Det krävs alltså en temperaturomvandling om temperaturen ska anges i någon annan skala.
Typer av termometrar med vätska i glas
Det finns två huvudtyper av termometrar med vätska i glas som nämns nedan:
- Kvicksilvertermometrar
- Alkoholtermometrar
Kvicksilvertermometrar
Denna typ av termometer utvecklades av en tysk fysiker vid namn Daniel Gabriel Fahrenheit.
Den består av kvicksilver som vätska fylld i ett glasrör. På glasrörets kropp finns kalibrerade märken som underlättar avläsningen av temperaturen.
I termometerns ena ände bildas en glödlampa som innehåller den största delen av kvicksilvret.
Expansionen och sammandragningen av denna kvicksilverstorlek ökar sedan ytterligare i glasrörets extremt tunna borrning. Det hjälper till att öka termometerns känslighet.
I allmänhet fylls området över kvicksilvret med inerta gaser som kväve. Detta område kan dock lämnas evakuerat också.
Det finns olika typer av termometrar med kvicksilver i glas. ”En maximumtermometer är en unik typ av kvicksilvertermometer som fungerar genom att den har en förträngning i halsen nära bulben.
Kvicksilvret tvingas upp genom förträngningen genom expansionskraften när temperaturen ökar. När temperaturen sjunker bryts kvicksilverkolonnen vid förträngningen och kan inte återvända till bulben utan förblir stationär i röret.”
Med hjälp av en maxtermometer kan man mäta den maximala temperaturen under en förutbestämd tidsperiod.
Återställning av maxtermometern är en mycket enkel process som bara kräver att termometern svänger skarpt.
Vikvicksilvrets fryspunkt ligger på – 38,83°C, vid vilken det stelnar. Det leder dock inte till expansion vid stelningen och därför finns det ingen risk för glasbrott i termometerröret.
När temperaturen stiger kommer den kvävgas som är fylld ovanför kvicksilvret i glasröret vanligtvis ner i kolonnen och fastnar där.
Denna hela åtgärd kan påverka termometerns funktion. För att undvika denna svårighet måste man lyckas få in kvicksilvertermometrar när temperaturen sjunker till – 37 °C.
I områden där den övre temperaturgränsen är – 38,83 °C kan man använda en termometer av kvicksilver- och talliumlegering som har en frysning i.
Alkoholtermometrar
Alkoholtermometrar ersätter kvicksilvertermometrar i många tillämpningar.
De använder alkohol som fyllnadsvätska i glasrör. Temperaturmätningsområdet för alkoholtermometrar varierar från 115 °C till 785 °C, där den förstnämnda är alkoholens frystemperaturpunkt och den sistnämnda är alkoholens kokpunkt.
En typisk termometer för avläsning av omgivningstemperaturer måste ha ett temperaturområde på -20 °F till 120 °F i.dvs. -30 °C till 50 °C.
Alkohol, som är ett flyktigt ämne, kan leda till att kolumnen i termometern lossnar på grund av mekanisk stöt.
Kolumnen kan då sammanfogas igen genom att termometern faller över en träyta som är omsluten av massor av pappersark. ”Håll termometern i ett vertikalt läge med bulbändan nedåt, 4 till 6 tum över träytan som är täckt med papper, och låt den sedan falla.”
När termometerns bulb träffar pappret, fånga termometern med den andra handen för att förhindra att den går sönder. Små mängder alkohol kan fastna på den del av kapillärröret som ligger ovanför alkoholkolonnen.”
Den del av termometern som har hög temperatur kan värmas upp under en glödlampa, vilket kommer att föra ner alkoholen till kolonnen.
Man kan också montera termometern vertikalt över natten, vilket gör att alkoholen dras tillbaka till kolonnen.
Denna termometer bör aldrig användas med en delad vätskekolonn, eftersom det i allmänhet leder till felaktiga temperaturmätningar.
Även läs : Vad är temperatur?