(接上期)
三、玻璃液體溫度計的類型和用途
玻璃液體溫度計的應(yīng)用非常廣泛，所以種類也繁多。
1.按玻璃液體溫度計的結(jié)構(gòu)可分為棒式、內(nèi)標(biāo)式和外標(biāo)式三種類型
棒式溫度計是將玻璃毛細(xì)管同感溫泡熔焊在一起。棒式溫度計的毛細(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。對于350℃以上的玻璃液體溫度計用玻璃，由于熔入彩色釉帶較困難，所以有的上限溫度高于350℃的溫度計只能做成透明棒式。
內(nèi)標(biāo)式玻璃液體溫度計毛細(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讀數(shù)清晰，由于標(biāo)尺板密封在玻璃套管內(nèi)不與被測介質(zhì)接觸，故標(biāo)尺的涂色不易脫落。但與棒式溫度計相比有較大的熱惰性，而且由于標(biāo)尺板與毛細(xì)管的相對位置易改變，會給玻璃液體溫度計的示值帶來系統(tǒng)誤差。
外標(biāo)式玻璃液體溫度計的標(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準(zhǔn)確度較低，但價格便宜、讀數(shù)清晰，主要用作寒暑表測量環(huán)境溫度。
2.按玻璃液體溫度計使用時的浸沒方式，可分為全浸式、局浸式和完全浸沒(又稱潛浸)式三種
所謂全浸，就是玻璃液體溫度計感溫液柱絕大部分浸沒在被測溫度的介質(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、實際使用時讀取示值。在有關(guān)檢定規(guī)程中規(guī)定，全浸式溫度計的露出液柱長度應(yīng)不超過(10～15)mm。全浸式玻璃液體溫度計浸沒深度隨測量溫度的高低而改變。一般在全浸式玻璃液體溫度計的背面標(biāo)識“全浸”字樣。這種浸沒方式的玻璃液體溫度計受環(huán)境溫度的影響較小，故測量準(zhǔn)確度較高，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計都是全浸式。
局浸式是指感溫液柱的一部分浸沒在被測溫度介質(zhì)內(nèi)，另一部分則露出在被測介質(zhì)以外。這種玻璃液體溫度計在測量不同溫度時的浸沒深度始終不變。其浸沒位置的固定標(biāo)志有如下幾種形式:在玻璃液體溫度計玻璃的外表面上蝕刻出一條線；將棒式玻璃液體溫度計的毛細(xì)管玻璃燒制擴(kuò)大成為一個呈“竹節(jié)”狀的圓環(huán)；內(nèi)標(biāo)式玻璃液體溫度計上下外徑不同的套管熔接處；對于高精密玻璃水銀溫度計要標(biāo)志出浸沒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的浸沒線(或局浸線)。由于局浸式玻璃液體溫度計的露出液柱(浸沒位置到毛細(xì)管內(nèi)感溫液面間的液柱)受周圍環(huán)境溫度等因素的影響較大，其測量準(zhǔn)確度要低于全浸式玻璃液體溫度計。
完全浸沒式是指溫度計完全浸沒在被測溫度介質(zhì)內(nèi)。例如，氣象用玻璃液體溫度計的檢定和使用及外標(biāo)式玻璃液體溫度計的使用等均屬于完全浸沒式。
3.按所使用感溫液體的種類，可分為水銀玻璃液體溫度計和有機(jī)液體溫度計
感溫液體是玻璃液體溫度計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:(1)水銀的凝固點為-38.855℃，而沸點為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，也就相應(yīng)地提高了玻璃液體溫度計的測溫上限，可以達(dá)到600℃，甚至更高，但實際應(yīng)用的溫度上限為500℃或600℃。水銀溫度計的測溫下限為-30℃。為延伸其使用下限，從20世紀(jì)30年代有美國、日本以及前蘇聯(lián)開始先后著手研究，在水銀中添加一定量的鉈制成凝固點更低的合金。最終研制出最低測量溫度為-56℃的汞鉈溫度計。在20世紀(jì)中期，我國沈陽市玻璃計器廠采用在水銀中加入一定比例的高純鉈和銦制成合金。其凝固點達(dá)到-62℃，由此研制出了測量下限溫度為-60℃的精密和標(biāo)準(zhǔn)汞基溫度計。(2)水銀表面張力大、內(nèi)聚力也較大，不潤濕玻璃，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。(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，所以水銀溫度計的熱惰性小。(5)水銀易于提純。基于上述優(yōu)點，水銀溫度計得到廣泛應(yīng)用，不但用于精密測溫，而且還作為溫度量值傳遞過程中的標(biāo)準(zhǔn)器。但水銀的最大缺點是污染環(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)液體溫度計一般用于低溫測量。低于-60℃的溫度計用感溫液為有機(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，添加凝固點下降劑后，最低使用下限溫度為-200℃，增加溫度計內(nèi)充惰性氣體的壓力，最高使用上限能達(dá)200℃，但常見的溫度范圍為-100℃～100℃。
有機(jī)液體與水銀相比有如下優(yōu)點:(1)凝固點低，以此制作的玻璃液體溫度計的測溫下限也低。(2)視膨脹系數(shù)大，在感溫泡大小相同的情況下，玻璃液體溫度計主標(biāo)尺上的1℃距離長，因而玻璃毛細(xì)管的孔徑大，玻璃液體溫度計標(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:(1)測量上限低，測溫范圍窄。有機(jī)液體的飽和蒸汽壓比水銀的大幾個數(shù)量級，因此，很難用充氣提高內(nèi)壓的辦法上延它的測溫上限。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，潤濕玻璃，掛壁十分嚴(yán)重。掛壁量的多少，與玻璃液體溫度計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，掛壁量大，而且在玻璃液體溫度計直立測溫的狀況下，掛壁的液滴會沿毛細(xì)管下流形成小的液柱，呈斷柱的形式；反之，降溫速率慢時掛壁量少。在示值檢定和實際使用中，其降溫速率很難達(dá)到一致，因此，會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，也是它不能用于精密測溫的原因所在。(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)液體溫度計的熱惰性大。
由于大量水銀溫度計破碎后，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)國家和地區(qū)已開始限用甚至禁用水銀溫度計。從2011年3月開始，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)拒絕對水銀溫度計進(jìn)行校準(zhǔn)。早在2002年，原國家環(huán)保總局與國家經(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。很多溫度計生產(chǎn)企業(yè)在研究耐高溫有機(jī)液體玻璃溫度計，提高有機(jī)液體溫度計的使用上限。目前已有公司研制出溫度上限為200℃的有機(jī)液體溫度計，可以廣泛應(yīng)用于石化領(lǐng)域，大量替代水銀溫度計，減少環(huán)境的污染，保障人們的身體健康。（未完待續(xù)）