(接上期)
三、玻璃液體溫度計(jì)的類型和用途
玻璃液體溫度計(jì)的應(yīng)用非常廣泛，所以種類也繁多。
1.按玻璃液體溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)可分為棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式三種類型
棒式溫度計(jì)是將玻璃毛細(xì)管同感溫泡熔焊在一起。棒式溫度計(jì)的毛細(xì)管玻璃的外徑較大，它的刻線和溫度數(shù)字等標(biāo)志蝕刻在玻璃棒表面上。為方便讀數(shù)，在背面熔有一條白色或黃色的釉帶。對(duì)于350℃以上的玻璃液體溫度計(jì)用玻璃，由于熔入彩色釉帶較困難，所以有的上限溫度高于350℃的溫度計(jì)只能做成透明棒式。
內(nèi)標(biāo)式玻璃液體溫度計(jì)毛細(xì)管玻璃的外徑較小，故其標(biāo)尺和標(biāo)志蝕刻或印在乳白色的玻璃瓷板上，并與毛細(xì)管玻璃固定緊靠在一起，兩者封裝在內(nèi)徑稍大于標(biāo)尺板寬度的玻璃套管內(nèi)。這種型式的玻璃液體溫度計(jì)讀數(shù)清晰，由于標(biāo)尺板密封在玻璃套管內(nèi)不與被測(cè)介質(zhì)接觸，故標(biāo)尺的涂色不易脫落。但與棒式溫度計(jì)相比有較大的熱惰性，而且由于標(biāo)尺板與毛細(xì)管的相對(duì)位置易改變，會(huì)給玻璃液體溫度計(jì)的示值帶來(lái)系統(tǒng)誤差。
外標(biāo)式玻璃液體溫度計(jì)的標(biāo)尺是印在木制的、塑料的、金屬的或其他材質(zhì)制成的板上，毛細(xì)管與標(biāo)尺也是緊靠固定在一起的。這種型式的玻璃液體溫度計(jì)準(zhǔn)確度較低，但價(jià)格便宜、讀數(shù)清晰，主要用作寒暑表測(cè)量環(huán)境溫度。
2.按玻璃液體溫度計(jì)使用時(shí)的浸沒(méi)方式，可分為全浸式、局浸式和完全浸沒(méi)(又稱潛浸)式三種
所謂全浸，就是玻璃液體溫度計(jì)感溫液柱絕大部分浸沒(méi)在被測(cè)溫度的介質(zhì)內(nèi)，僅露出感溫液柱上端面附近很短的液柱，以便在示值檢定、實(shí)際使用時(shí)讀取示值。在有關(guān)檢定規(guī)程中規(guī)定，全浸式溫度計(jì)的露出液柱長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)(10～15)mm。全浸式玻璃液體溫度計(jì)浸沒(méi)深度隨測(cè)量溫度的高低而改變。一般在全浸式玻璃液體溫度計(jì)的背面標(biāo)識(shí)“全浸”字樣。這種浸沒(méi)方式的玻璃液體溫度計(jì)受環(huán)境溫度的影響較小，故測(cè)量準(zhǔn)確度較高，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)都是全浸式。
局浸式是指感溫液柱的一部分浸沒(méi)在被測(cè)溫度介質(zhì)內(nèi)，另一部分則露出在被測(cè)介質(zhì)以外。這種玻璃液體溫度計(jì)在測(cè)量不同溫度時(shí)的浸沒(méi)深度始終不變。其浸沒(méi)位置的固定標(biāo)志有如下幾種形式:在玻璃液體溫度計(jì)玻璃的外表面上蝕刻出一條線；將棒式玻璃液體溫度計(jì)的毛細(xì)管玻璃燒制擴(kuò)大成為一個(gè)呈“竹節(jié)”狀的圓環(huán)；內(nèi)標(biāo)式玻璃液體溫度計(jì)上下外徑不同的套管熔接處；對(duì)于高精密玻璃水銀溫度計(jì)要標(biāo)志出浸沒(méi)深度和露出液柱溫度等。這一固定標(biāo)志稱局浸式玻璃液體溫度計(jì)的浸沒(méi)線(或局浸線)。由于局浸式玻璃液體溫度計(jì)的露出液柱(浸沒(méi)位置到毛細(xì)管內(nèi)感溫液面間的液柱)受周?chē)h(huán)境溫度等因素的影響較大，其測(cè)量準(zhǔn)確度要低于全浸式玻璃液體溫度計(jì)。
完全浸沒(méi)式是指溫度計(jì)完全浸沒(méi)在被測(cè)溫度介質(zhì)內(nèi)。例如，氣象用玻璃液體溫度計(jì)的檢定和使用及外標(biāo)式玻璃液體溫度計(jì)的使用等均屬于完全浸沒(méi)式。
3.按所使用感溫液體的種類，可分為水銀玻璃液體溫度計(jì)和有機(jī)液體溫度計(jì)
感溫液體是玻璃液體溫度計(jì)感受和顯示溫度的主體部分。當(dāng)玻璃材料選定后，玻璃液體溫度計(jì)的使用范圍、靈敏度、準(zhǔn)確度和熱惰性等均取決于感溫液的性能。
可以作為感溫液的物質(zhì)較多，但是完全達(dá)到上述要求的感溫液極少。目前，常用的感溫液是水銀和部分有機(jī)液體。
水銀是比較理想的感溫液體，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)水銀的凝固點(diǎn)為-38.855℃，而沸點(diǎn)為356.66℃。其適用的溫度范圍較寬，目前常用的溫度范圍為-30℃～300℃。由于水銀的飽和蒸汽壓較小，因此，在水銀液面上部的毛細(xì)管和安全泡空間內(nèi)只需充入較小壓力的氣體，便能顯著地提高水銀的沸點(diǎn)，也就相應(yīng)地提高了玻璃液體溫度計(jì)的測(cè)溫上限，可以達(dá)到600℃，甚至更高，但實(shí)際應(yīng)用的溫度上限為500℃或600℃。水銀溫度計(jì)的測(cè)溫下限為-30℃。為延伸其使用下限，從20世紀(jì)30年代有美國(guó)、日本以及前蘇聯(lián)開(kāi)始先后著手研究，在水銀中添加一定量的鉈制成凝固點(diǎn)更低的合金。最終研制出最低測(cè)量溫度為-56℃的汞鉈溫度計(jì)。在20世紀(jì)中期，我國(guó)沈陽(yáng)市玻璃計(jì)器廠采用在水銀中加入一定比例的高純鉈和銦制成合金。其凝固點(diǎn)達(dá)到-62℃，由此研制出了測(cè)量下限溫度為-60℃的精密和標(biāo)準(zhǔn)汞基溫度計(jì)。(2)水銀表面張力大、內(nèi)聚力也較大，不潤(rùn)濕玻璃，因而不掛附在玻璃毛細(xì)管壁上，故能制造出精確優(yōu)良的溫度計(jì)。(3)與有機(jī)液體相比，水銀的膨脹系數(shù)較小，但隨溫度變化改變得也小，所以水銀溫度計(jì)的刻度是近似等間隔的。(4)水銀的比熱容小、導(dǎo)熱系數(shù)大、傳熱快，所以水銀溫度計(jì)的熱惰性小。(5)水銀易于提純?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，水銀溫度計(jì)得到廣泛應(yīng)用，不但用于精密測(cè)溫，而且還作為溫度量值傳遞過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)器。但水銀的最大缺點(diǎn)是污染環(huán)境，危及人們的身體健康。
常用的有機(jī)液體包括酒精、甲苯、煤油、石油醚、戊烷等，其中酒精用得較廣泛。有機(jī)液體溫度計(jì)一般用于低溫測(cè)量。低于-60℃的溫度計(jì)用感溫液為有機(jī)液體，它的品種較多，不同品種的有機(jī)液體適用的溫度范圍不同，添加凝固點(diǎn)下降劑后，最低使用下限溫度為-200℃，增加溫度計(jì)內(nèi)充惰性氣體的壓力，最高使用上限能達(dá)200℃，但常見(jiàn)的溫度范圍為-100℃～100℃。
有機(jī)液體與水銀相比有如下優(yōu)點(diǎn):(1)凝固點(diǎn)低，以此制作的玻璃液體溫度計(jì)的測(cè)溫下限也低。(2)視膨脹系數(shù)大，在感溫泡大小相同的情況下，玻璃液體溫度計(jì)主標(biāo)尺上的1℃距離長(zhǎng)，因而玻璃毛細(xì)管的孔徑大，玻璃液體溫度計(jì)標(biāo)尺刻線粗，感溫液柱上端面明顯，讀數(shù)清晰。(3)易于著上紅、藍(lán)、黃等顏色，使示值醒目，易于讀取。
但有機(jī)液體與水銀相比也有如下缺點(diǎn):(1)測(cè)量上限低，測(cè)溫范圍窄。有機(jī)液體的飽和蒸汽壓比水銀的大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，很難用充氣提高內(nèi)壓的辦法上延它的測(cè)溫上限。故每一種有機(jī)液體覆蓋的溫度范圍都較窄。(2)內(nèi)聚力小，潤(rùn)濕玻璃，掛壁十分嚴(yán)重。掛壁量的多少，與玻璃液體溫度計(jì)由較高溫度降至較低溫度的降溫速率密切相關(guān)。當(dāng)降溫速率快時(shí)，掛壁量大，而且在玻璃液體溫度計(jì)直立測(cè)溫的狀況下，掛壁的液滴會(huì)沿毛細(xì)管下流形成小的液柱，呈斷柱的形式；反之，降溫速率慢時(shí)掛壁量少。在示值檢定和實(shí)際使用中，其降溫速率很難達(dá)到一致，因此，會(huì)造成很大的示值誤差。上述現(xiàn)象是有機(jī)液體的最大缺點(diǎn)，也是它不能用于精密測(cè)溫的原因所在。(3)視膨脹系數(shù)隨溫度變化大，致使玻璃液體溫度計(jì)在不同溫度范圍內(nèi)的標(biāo)尺間距不相同。視膨脹系數(shù)大，露出液柱的溫度修正量也大。(4)有機(jī)液體的熱容量大而導(dǎo)熱系數(shù)小，所以有機(jī)液體溫度計(jì)的熱惰性大。
由于大量水銀溫度計(jì)破碎后，可能造成比較嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已開(kāi)始限用甚至禁用水銀溫度計(jì)。從2011年3月開(kāi)始，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)拒絕對(duì)水銀溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。早在2002年，原國(guó)家環(huán)?？偩峙c國(guó)家經(jīng)貿(mào)委共同制定了禁止和限制汞生產(chǎn)、使用的規(guī)定，以加快汞產(chǎn)品的替代，從根本上消除汞害。很多溫度計(jì)生產(chǎn)企業(yè)在研究耐高溫有機(jī)液體玻璃溫度計(jì)，提高有機(jī)液體溫度計(jì)的使用上限。目前已有公司研制出溫度上限為200℃的有機(jī)液體溫度計(jì)，可以廣泛應(yīng)用于石化領(lǐng)域，大量替代水銀溫度計(jì)，減少環(huán)境的污染，保障人們的身體健康。（未完待續(xù)）