ПОПЛАВКОВЫЙ ТЕРМОМЕТР Советский патент 1971 года по МПК G01K5/50 G09B25/00 

Изобретеиие относится к области измерения температуры, а также может служить демонстрациоиным нособнем.

В средней школе при изучении разделов физики, посвященных тенловым процессам в твердых телах и в жидкостях, возникают трудности, связанные со сложностью наглядной демонстрации зависимости между изменением температуры н изменением плотности жидких сред и объемного веса твердых тел, показом в опыте значения коэс|зфицнентов объемного расширения и их сравнения, а также выявлением нелинейности тенлового расширения воды.

Известен поплавковый термометр, содержаидий емкость с жидкостью, погруженные в нее поплавковые датчики температуры с коэффициентом объемного расширения, отличным от коэффициента объемного расширения л идкости и шкалу.

Цель изобретения - наглядно показать зависимость плотности жидкости и объемного веса испытуемых твердых материалов от температуры.

Это достигается тем, что поплавковые датчики температуры выполнены из испытуемых твердых материалов, причем к одиому из них, коэффициент объемного расширения которого больше, чем у жидкости, прикреплена цепочка, свободным концом опираюш;аяся на дно

емкости, а другой датчик с коэффициентом объемного расширения меньшим, чем у л идкости, нодвешен к крышке емкостн на пружине.

На чертеже показан поплавковый термометр. Он состоит из емкости / с прозрачной передней стенкой, заполненной иснытуемой жидкостью, двух поплавковых датчиков температуры 2 и 3, цепочки 4, пружины 5. пористой перегородки 6, регулировочного винта 7, термометрических шкал 8 и 5, вентиля 10.

Основным узлом термометра является пара поплавковых датчиков температуры 2 и ,, выполненных из материалов с большим, чем у жидкости (воды), н меньшим, чем у воды, коэффициентом объемного расшнрения.

Так иапример, датчик 2 из полиэтилена будет иметь коэффициент температурного объемного расширення порядка 0,0006-0,0009: а у воды прп температуре от 10 до он j oлеблется в пределах 0,000053-0,0003. Таким образом, в этих температурных нределах при нагреванни среды выталкивающая сила воды будет непрерывно увеличиваться, несмотря на одновременное уменьшение плотности воды.

Однако материалы с коэффициентом объемного расширения большим, чем у воды (полиэтилен, иарафин. гуттаперча и др.), как правнло имеют малый удельный (объемный) вес. Поэтому в устройстве поплавковый датчпк 2 из полиэтилена снабжен гибкой нодвеской, например металлической цепочкой 4, которая опирается своим свободным концом на неподвижную опору, например дно сосуда. Вес поплавка н его объем и вес цепочки подобраны так, чтобы в дпстиллнрованно иоде при температуре 20°С поплавковый датчик 2 занял в сосуде определеппое положение напротив отметки 20 на термометрической шкале 10.

Ве;п1чина звеньев и их вес иодобраны так, что при изменении температуры жидкости па 1°С поплавковый датчик иеремещается но шкале вверх (нри иовышеиии) и вниз (при понижении температуры) иа 1 мл. Это соотношение в экспериментальном образце было достигнуто при весе нолиэтиленового (высокого давления) датчнка 10,3 г, общем весе ценочки 1.5 г и весе одного звеиа щеночки 0,011 г.

В связи с большой разницей в коэффициентах объемного расширения у полиэтилепа высокого давлепия и воды нелинейностью в температурном расширении воды можпо в данном случае нренебречь.

Поплавковый датчик температуры ) выполиеи пз материала с коэффициентом объемного расширения значительно меньшим, чем у воды. К таким материалам относятся графит (0,000002), стекло (0,000024), алкшпиий при температуре выше 10С (0,00008), эбонит при температуре выше 20°С (0,000192) ii другие. Любой из них имеет удельны вес (объемный вес) больший, чем у воды. Поэтому поплавковый датчик из .любого материала должен быть либо нустотелылъ с нодпеской в виде цепочки, либо сплошным.

В ноплавковом термометре датчик выполпен из цельиого материала, например графита. С целью придания ему в воде объемного веса, равного плотности воды при дайной температуре (20°С), поплавок подвешен на нружннной нодвеске, yiipyrocTb которой подобрана так, чтобы при изменении темнературы воды нонлавковый датчик переменился но вертикали вдоль термометрической шкалы 8. В данном случае благодаря очень большой разнице в объемном расширении воды и твердого тела шкала отметок тем 1ературы получается непропорциональной но делениям, что наглядно демонстрирует нелинейность температурного расширения воды.

Для регулирования исходиого ио.чожеиня датчика 3 на одном уровне с датчиком 2 пр жинная подвеска может pei-улироваться по высоте с помощью винта 7.

Поплавковый термометр рассчитан на дистиллированную воду, но с пекоторой потерей точиости работы (практически иеощутимой) прибор может работать иа обычной стандартной хорошо прокипячеиной питьевой воде.

Перегородка 6 сделана пористой для циркуляции воды. Она предотвращает замену поплавков местами.

Для приведения поплавкового тер-мометра в действие в сосуд через вептиль W заливают дистиллироваццую воду. В случае необходимости, если уровень датчика 3 не совиадает со шкалой, его перемещают по вертикали до совпадения со шкалой с помощью виита 7. При изменении температуры воды в емкости поплавки изменяют свое положение ио вертикали. Так при повышении температуры датчик 2 перемешается вверх, а датчик 3 в это же время - вниз. При охлаждеппи движение датчика происходит в обратном порядке.

Так достигается показ зависимости плотности жидкости от температуры на примере движения датчика 3, показ нелинейиости температурного расширения воды на примере шкалы 8, демонстрация значения велнчин коэффициеитов объе.много расширения твердых тел на нримере различного по паправлеипю движения поплавковых датчпков, показ изменения объема твердых тел при измеиении их температуры на примере датчика 3.

Предмет и з о б р е т е и и я

Поплавковый термометр, содержащий емкость с жидкостью, погружецные в нее понлавковые датчики температуры с коэффнциентом объемного расширения, отличным от коэффиццента объемного расширения жидкости, и шкалу, отличающийся тем, что, с целью наглядной демонстрации зависимости плотности жидкости и объемного веса испытуемых твердых матерналов от температуры, в нем понлавковые датчики температуры выполнены нз испытуемых материалов, причем к одному из нпх, коэффициент объемного расширения которого больше, чем у жидкости, прикреплена ценочка, опирающаяся свободным концом на

дно емкоети, а другой датчик с коэффнциентом объемного расширения меньшим, чем у жидкостн, подвешен к крышке емкости па нружине.