LÄMPÖTILAN MITTAUS MEKAANISILLA MITTAREILLA

Lämpötilan mittaus on yksi tärkeimmistä mittaussuureista, sillä luonnon ilmiöt ovat tavalla tai toisella lämpötilasta riippuvaisia. Esimerkiksi kemian- ja prosessiteollisuudessa lämpötilan luotettava tunteminen on välttämätöntä, koska miltei kaikkien kemiallisten ja fysikaalisten prosessien kulku riippuu lämpötilasta. Virheelliset lämpötilamittaukset voivat johtaa suuriin taloudellisiin menetyksiin. 

Lämpötila-asteikot

Celsius -asteikon kiintopisteet ovat jään sulamispiste 0 °C ja veden kiehumispiste 100 °C normaalipaineessa 1.0132 x 10⁵ Pa. 

Termodynaamisen lämpötila-asteikon nollakohtana on ns. absoluuttinen nollapiste -273.15 °C , jonka lisäksi on kiintopisteeksi valittu veden kolmoispiste ts. lämpötila, jossa jää, vesi ja höyry esiintyvät samanaikaisesti tasapainossa. Kyseiseksi lämpötilaksi on määritelty 273.16 K, jolloin asteikon jaotus yhtyy Celsius -asteikon jaotukseen. Näin määritellyn absoluuttisen lämpötila-asteikon eli Kelvin -asteikon jako-osa on SI -järjestelmän mukainen lämpötilan perusyksikkö kelvin K. 

Fahrenheit -asteikko on yleisessä käytössä anglosaksisissa maissa, tosin näissäkin ollaan siirtymässä SI -järjestelmään. Fahrenheit merkitsi veden jäätymispistettä 32 asteella ja terveen ihmisruumiin lämpötilaa 96 asteella. Nollaksi asteeksi hän määritteli jää-vesi-ammoniakkisuolaseoksen lämpötilan. 

Celsius-, Fahrenheit- ja Kelvin -asteikon välillä vallitsee seuraavat yhteydet:

˚C=5/9(˚F-32)

˚F=9/5˚C+32

K=˚C+273,15

Mekaaniset mittarit

Mekaanisia lämpötila-antureita käytetään teollisuudessa paikallisina lämpötilamittareina, sillä ne eivät muodosta sähköistä signaalia, joka voitaisiin yhdistää valvomolaitteeseen. Niiden tarkkuus ei myöskään ole samaa luokkaa kuin sähköisten anturien. 

Bimetallimittari 

Bimetallimittarissa on kaksi ohutta, eri lämpötilakertoimen (= samalla lämpötilamuutoksella laajenevat eri pituuden) omaavaa metalliliuskaa valssattu yhteen ja taivutettu spiraaliksi tai kierteeksi. Lämpötilan muuttuessa suuremman lämpötilakertoimen omaava liuska pyrkii laajenemaan/supistumaan toista liuskaa enemmän, mistä seuraa liuskaparin kiertyminen. Liuskaparin toinen pää on kiinnitetty mittarin runkoon ja toiseen päähän on kiinnitetty osoitin. Lämpötilan muuttuessa liuskaparin kiertyminen aiheuttaa lämpötilaan verrannollisen osoittimen liikkeen. 

Bimetallilämpömittareita löytyy kotitalouksissa esim. paisto- ja kiuasmittareina. Teollisuudessa sitä käytetään sovelletuksissa, joissa ei tarvita suurta tarkkuutta. Mittausalue on -70 - +500 °C. 

Bimetallielementtejä käytetään lämpökytkiminä erilaisissa sähkölaitteissa: lämpötilan noustessa bimetalliliuska käyristyy ja virtapiiri katkeaa määrätyssä lämpötilassa. Samoin bimetallielementtejä käytetään lämpötilan kompensointiin laitteissa, joissa lämpölaajeneminen aiheuttaisi virheen mittaustulokseen. 

Nestepatsaslämpömittari muodostuu nesteellä täytetystä lasisäiliöstä ja tähän yhdistetystä kapillaariputkesta. Kun neste lämpenee, se lämpölaajenee ja nousee kapillariputkeen, johon on merkitty asteikko. Täyttönesteenä voidaan käyttää elohopeaa (kotona pakkasmittari), alkoholia, tolueenia ja joitakin orgaanisia nesteitä, kuten pentaania. Mittausalue vaihtelee riippuen täyttönesteestä -200 - 750 °C. 

Teollisuudessa mittarin kestävyys on oleellista, joten mittarit on valmistettu kestävistä lasilaaduista ja suojattu metallikuorella. Mittarien käyttöalue on -40 - 500 °C. 

Kapillaarilämpömittari 

Kapillarilämpömittari muodostuu anturisäiliöstä välitysaineineen ja kapillaariputkesta, joka on liitetty bourdonkaareen ja edelleen osoittimeen.  

Jos välitysaineena on neste, mittaus perustuu nesteen lämpölaajenemiseen. Jos välitysaineena on kaasu tai höyry, mittaus perustuu kaasun/höyryn paineen muuttumiseen lämpötilan muuttuessa.  

© Leila Frondelius 2005