Жидкостные термометры: особенности, принцип работы, разновидности

Жидкостный термометр абсолютно справедливо до сих пор считается наиболее распространенным, хотя самый пик его использования пришелся на вторую половину прошлого века. Тем не менее, именно такого типа прибор и сегодня можно встретить в большинстве случаев, когда необходимо измерение температуры, потому следует разобраться, что это, как работает и как с ним обращаться.

Жидкостный термометр, как следует из названия, представляет собой прибор для измерения температуры, работа которого возможна благодаря использованию жидкости – текущая температура определяется благодаря тепловому расширению вещества. Вы могли не знать, что этот прибор называется именно так, но его описание даст понять, что его вы видели многократно – это узкий и тонкий, вертикально ориентированный прозрачный резервуар из стекла или кварца. Внутри него – столбик подкрашенной жидкости, уровень которой меняется в зависимости от температурных условий окружающей среды. К резервуару крепится шкала с отметками, позволяющая выразить результат замеров в градусах.

То, чем заполнен капилляр термометра, должно быть указано в регистрационном удостоверении, ведь утечка спирта, часто выступающего в роли жидкости, не катастрофична для присутствующих, а вот утечка ртути весьма опасна. ГОСТ не запрещает использовать оба варианта наполнителя и экспериментировать с другими жидкостями, но пользователь обязан знать состав, чтобы адекватно реагировать на разгерметизацию капилляра.

Жидкостные термометры так или иначе считаются одними из самых лучших. Во-первых, они работают на чистой физике, не нуждаясь в источниках питания. Во-вторых, ртутный вариант обладает минимальной термометрической погрешностью – она составляет не более 0,1 градуса. Любые жидкостные термометры стоят очень дешево, обслуживать их просто, а при соблюдении правил эксплуатации они могут служить десятилетиями. При этом диапазон измеряемых температур, в зависимости от выбранной жидкости, может быть каким угодно – от -200 до +750 градусов!

Минусы у жидкостных термометров тоже присутствуют, но они обычно касаются не всех таких агрегатов, а только конкретной жидкости, которая используется. Сверхточный ртутный агрегат опасен утечкой своей «начинки», которая при -39 градусах и вовсе замерзает, а межповерочный интервал устройства составляет добрых 10 минут – быстрее зафиксировать точные данные не получается. Спиртовой термометр «работает» быстрее и является безопасным, но не дает аналогичной точности.

Есть еще и термометры, наполненные органическими жидкостями. Их недостатком является то, что наполнитель смачивает стекло, оставляя на нем разводы при «отступлении», и это может сбивать с толку человека, снимающего показания.

Потенциальная сфера применения жидкостных термометров довольно разнообразна, но для каждого случая следует выбирать прибор, предназначенный для решения конкретной задачи. Чаще других можно встретить следующие варианты агрегатов:

• для помещений с поверкой уровня температуры – чаще всего спиртовые агрегаты, предназначенные для измерения условий в комнате, где находятся люди; могут также использоваться на улице в регионах, где не бывает экстремальных температур, часто ограничиваются шкалой от -50 до +50;
• для измерения температуры при готовке – оснащены только плюсовой температурной шкалой, от уровня комнатной температуры до максимума, который способна выдать печь или духовка; необходимы для создания условий, позволяющих довести продукты до оптимальных кулинарных кондиций;
• для систем отопления – также имеют лишь плюсовую шкалу примерно до 70-80 градусов, предназначены для определения температуры теплоносителя, достаточной для полноценного обогрева помещения, но которой не хватило бы для выхода устройства из строя;
• технический – предназначен для измерений температуры в любых других ситуациях, теоретически имеет наиболее широкий диапазон измеряемых температур, но при этом может быть узкоспециализированным, что уменьшает шкалу и повышает точность проводимых измерений.

Жидкостный термометр работает на основании физической закономерности, согласно которой большинство веществ при нагревании имеют свойство расширяться. Для заполнения вертикального капилляра используют жидкости, как вещества, имеющие достаточно стабильный коэффициент расширения. Помимо основной жидкости, которая расширяется или сужается в зависимости от изменений температуры, в колбе нет ничего, даже воздуха – это позволяет наполнителю вести себя естественно при расширении, ведь газ мог бы тормозить расширение.

Вариантов наполнителей существует довольно много – об этиловом спирте и ртути знает даже средний обыватель, однако используются еще и толуол, а также такие органические жидкости, как керосин, петролейный эфир или пентан. Каждое из этих веществ имеет свои специфические характеристики, а выбор на тот или иной наполнитель обычно падает благодаря тому, что существенно различаются температуры замерзания и испарения этих веществ.

Что касается шкалы, то она также приспособлена под потребности, ради которых изготовлен данный вид термометра. Так, в нашей стране широко распространены бытовые термометры для измерения температурных условий в помещении или на улице, у которых шкала размечена в градусах Цельсия, а диапазон примерно соответствует климатическим условиям региона (модели для улицы) или типичной температуре в помещении. При этом во многих англоязычных странах для тех же нужд используется шкала с фаренгейтами – при желании их можно перевести в градусы по Фаренгейту, но много где людям удобнее так. Кроме того, ртутные градусники медицинского и ветеринарного назначения оснащены шкалой, размеченной в десятых долях градуса – это позволяет определить температуру с высочайшей точностью.

Классификация термометров весьма обширная – грубо говоря, для измерения температуры любого вещества в любых условиях, где это вообще может понадобиться, используется свой вид агрегата. Спецификация во многих случаях очень точно описывает потенциальную сферу применения – например, существуют классы ТТЖ-М исп. 1-П (технические модели со стеклянным корпусом, классические градусники или керосиновые модели для оценки состояния среды в трубопроводах)), ТСЖ-Х (устройства для холодильников, отличаются стойкостью к низким температурам, но могут быть не приспособлены для нагрева хотя бы до комнатных условий), ТС-4М (устройства для молока) и так далее. Каждый из таких вариантов имеет свои собственные характеристики, идеально приспособленные для будущих условий работы.

Обладая минимальными знаниями о назначении той или иной термометрической жидкости, можно по одному лишь внешнему виду агрегата определить, для каких целей он нужен. Например, желтый капилляр, при определенном угле наклона отсвечивающий характерным металлическим блеском, говорит о том, что устройство заполнено ртутью, а если еще и шкала в десятых градуса, то можно сделать вывод, что это градусник – тут очень тонко выставленные показатели расширения позволяют определить температуру с идеальной точностью.

Когда речь заходит о выборе производителя бытовых жидкостных термометров, то можно не обращать особого внимания на производителя – качество всех брендов примерно одинаковое, и если вы обращаетесь с агрегатом аккуратно, то он прослужит очень долго.

Среди российских производителей наибольшую известность получил бренд «Термоприбор» (город Клин) – это предприятие выпускает широчайший ассортимент температурных агрегатов для всех видов измерений, включая виброустойчивые модели. Что касается последнего сегмента, то только здесь у «Термоприбора» есть определенная конкуренция в виде петербургского предприятия «Росма».

Безусловно, в мире производителей термометров намного больше, и хотя бы некоторые из них так или иначе представлены в нашей стране. Среди них – довольно известные AEG, BabyOno, Braun, Bremed, CamryClatronic, Gamma, Little Doctor, Omron, Rossmax, Microlife, Nokia, TFA и ряд других. Некоторые из названных брендов специализируются не столько на жидкостных, сколько на инфракрасных или электронных агрегатах, а другие, напротив, выпускают только капиллярные термометры.

Ни для кого не секрет, что ртуть опасна для здоровья человека, и если термометр разбился, следует принимать особые меры по очистке помещения. Тут же уточним, что агрегаты с красной жидкостью не опасны ни в коей мере – если даже прибор разбился, то из него вытечет только спирт. При такой «аварии» нужно просто дать пролившейся жидкости высохнуть, тщательно поискать и удалить все стеклянные осколки, решить вопрос с красным пятном, которое могло остаться на ковре.

Намного серьезнее будет ситуация, если разбился тот термометр, у которого был желтый капилляр с металлическим отливом. Обратите внимание, что опасна не столько ртуть (если только она не попадает в организм), сколько ее испарения, потому крайне неправильно сметать ее веником или пытаться втянуть пылесосом – так вы только раздробите ртутные шарики и не решите проблему.

Если вы живете в небольшом городке далеко от мегаполисов, где помощи со стороны ждать не приходится, действуйте решительно, но с умом. Во-первых, не накапливайте в помещении ртутные пары – обязательно откройте окно или балкон, но не создавайте сквозняков. Если есть возможность, понизьте температуру ниже 19 градусов – так ртуть перестанет испаряться. Во-вторых, не бросайте ртуть в мусор – она ведь продолжит испаряться; вместо этого «упакуйте» ее в банку с водой (у посудины должна быть закручивающаяся крышка). Пропитавшиеся ртутью вещи лучше выбросить, комнату внимательно осмотрите с фонариком.

О принципе действия жидкостного термометра смотрите далее.