INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS MEDIÇÃO DE TEMPERATURA TERMÔMETROS Introdução Entre as variáveis físicas normalmente medidas na indústria de processamento, e, sem duvida, a temperatura a mais importante. O estado térmico de um corpo e expresso pela sua temperatura. Quando se aplica calor ao corpo, sua temperatura aumenta. Dois corpos distintos estarão em equilíbrio térmico quando não houver passagem de calor entre um e outro. Eles estarão, nessas condições, a mesma temperatura. Esse e o princípio básico da maioria dos medidores de temperatura. O elemento de medição devera estar em contato íntimo com o meio cuja temperatura se quer determinar. Medindo-se alguma característica física do elemento de medição que seja relacionada com a temperatura, ter-se-a, indiretamente, o valor de sua temperatura, e, por extensão, a do meio no qual ele se encontra imerso. Entre os instrumentos baseados nesse princípio, incluem-se instrumentos que utilizam: a) Alterações físicas, tais como volume, pressão, etc., que incluem os termômetros de haste de vidro, de sistema termal, bimetálicos e outros; b) Alterações elétricas, incluindo termopares, bulbos de resistência e outros. Alguns instrumentos, como p.ex. os pirômetros ópticos, utilizam a radiação emitida por um corpo. Nesse caso, o elemento de medição assumira uma temperatura diferente daquela do corpo cuja temperatura se deseja determinar. Escalas de Temperatura Uma escala de temperatura ideal e independente da substância utilizada para definila. Uma escala desse tipo foi sugerida por Lord Kelvin, e é chamada escala termodinâmica. Sua execução pratica e bastante difícil, e, por esse motivo, utilizam-se escalas relacionadas com determinadas propriedades físicas dos corpos. A Escala Internacional Pratica de Temperatura de 1968, ou IPTS-68 é baseada em uma certa quantidade de pontos fixos, tais como: Ponto triplo do hidrogênio... - 259,34 C Ponto de ebulição do oxigênio d pressão de 101325 N/m²... 182, 962 C Ponto de fusão do gelo... 0 C
Ponto triplo da água... 0,01 C Ponto de ebulição da água, a pressão de 101325 N/m²... 100,000 C Ponto de solidificação de zinco... 419,58 C Ponto de solidificação do antimônio... 630,74 C Ponto de solidificação de ouro... 1064,43 C Ponto de solidificação da platina... 1772 C A interpolação entre os pontos fixos e feita por processos bem definidos: Entre -259,34 C e 630,74 C, utiliza-se o termômetro de resistência de platina pura, livre de tensões mecânicas. Entre 630,74 C e 1064,43 C, o elemento primário a ser utilizado e o termopar de piatina-ródio 10% / platina ( tipo S). Acima dessa ultima temperatura, utilizam-se pirômetros de radiação. A calibração precisa de qualquer outro medidor de temperatura será feita por comparação com as indicações obtidas dos elementos primários acima. Os pontos fixos mais conhecidos são os de fusão do gelo (09C) e de ebulição da água (100 C). Esses pontos correspondem a escala centígrada, ou Celsius ( C), que se estende para baixo, ate o ponto do "zero absoluto", correspondente a -273,15 C, e no qual cessa toda agitação molecular. Esse ponto nunca foi atingido na pratica, tendo sido seu valor obtido por considerações teóricas. A escala Kelvin ( K) inicia-se no zero absoluto, e é obtida somando - se 273,15 aos valores da escala centigrada. Dessa maneira, não existem temperaturas negativas na escala Kelvin. A temperatura medida nessa escala e chamada de temperatura absoluta. A escala Fahrenheit ( F) utiliza os pontos fixos + 32 F para a fusão do gelo, e +212 F para a ebulição da água. O zero absoluto na escala Fahrenheit corresponde a - 459,67 F. Define-se, então uma escala de temperaturas absolutas, a partir da escala Fahrenheit, é denominada escala Rankine ( R), obtida somando-se 459,67 aos valores da escala Fahrenheit. A escala Réamur ( Ré), pouco aplicada hoje em dia, estabelece para os pontos fixos de fusão do gelo e de ebulição da água os valores de 0 Ré e 80 Ré, respectivamente. A fig.1 mostra as 5 escalas de temperatura citadas, com a indicação dos pontos correspondentes ao zero absoluto, fusão do gelo e ebulição da água.
As conversões entre as escalas são feitas pelas formulas: Exemplo 1 Exprimir 200 C em K, F. R e Ré Solução: K: C + 273,15 = 200 + 273,15 = 473,15 K F:. C + 32 =. 200 + 32 = 392 F R: F + 459,67 = 392 + 549,67 = 851,67 R Ré :. C =. 200 = 160 Ré
Exemplo 2 Exprimir 500 F em C Solução: C: ( F 32). = (500 32). = 260 C Exemplo 3 Exprimir 20 C em F Solução: F:. C + 32 =. (- 20) + 32 = - 4 F Exemplo 4 Exprimir 50 F em C Solução: C: ( F 32). = (- 50 32). = - 45,5 C Termômetros de Haste de Vidro Um dos mais simples dispositivos para medição de temperatura, o termômetro de haste de vidro, encontra uma grande variedade de aplicações, tanto na indústria como em laboratórios. A faixa de temperaturas em que pode ser utilizado se estende de 200 C a + 510 C. Seu aspecto é o da fig. 2, a seguir. Consta ele essencialmente de um bulbo, em geral de vidro, e ligado a um tubo capilar de vidro. No sistema se coloca mercúrio ou outro liquido (em geral álcool etílico, ao qual se adicionou um corante, para melhor visibilidade). Pela ação do calor sobre o bulbo, o liquido se expande, preenchendo parte do capilar, e indicando numa escala o valor da temperatura do bulbo. A escala pode ser gravada diretamente sobre o vidro, ou sobre uma placa externa. O mercúrio solidifica a -38 C, constituindo esse portanto o limite inferior de temperatura em que pode ser utilizado. Por outro lado, seu ponto de ebulição e de 357 C. Quando se deseja usar um termômetro com preenchimento de mercúrio a temperaturas mais altas, o espaço existente acima da coluna e preenchido com um gás a alta pressão, para impedir a evaporação.
O álcool, bem como outros líquido orgânicos, é utilizado em temperaturas baixas, estendendo-se sua faixa de aplicação até -200 C, aproximadamente. Alguns termômetros de haste de vidro, e, em particular, os termômetros clínicos, são dotados de uma restrição no capilar, abaixo, do inicio da escala, que impede o retorno do liquido quando o termômetro é removido do ambiente cuja temperatura se deseja determinar. Nessas condições, o termômetro indicara a máxima temperatura atingida. Outra característica frequentemente encontrada e a existência de um alargamento na extremidade superior do capilar, constituindo um pequeno reservatório. A finalidade é proteger o termômetro contra a quebra do vidro, no caso de exceder-se o limite superior da escala. Termômetros de haste de vidro podem ser fornecidos para: a) Imersão total, nos quais a haste deve ser imersa no líquido até a altura da coluna. São os instrumentos de maior precisão, visto que tanto o bulbo quanto a haste ficam sujeitos a temperatura do meio, não exercendo, portanto, a temperatura ambiente qualquer influencia. Entretanto, sua utilização pode ser dificultada pela presença de vapores ou outros fatores. b) Imersão parcial, nos quais a haste deve ser imersa somente ate um traço de referencia, situado geralmente próximo do inicio da escala. Embora sua utilização seja mais simples, a temperatura ambiente pode exercer uma influencia na medida, se não for aquela para a qual o termômetro foi calibrado. Em trabalhos de precisão, podem ser utilizados tabelas ou gráficos de correção, para corrigir a influencia da temperatura ambiente. No termômetro de haste de vidro industrial (.fig. 3, pagina 6), também chamado " tipo capela ", o bulbo e a parte inicial do tubo capilar são colocados no interior de uma haste de proteção metálica, a qual, alem de proteger o bulbo contra choques mecânicos, permite também que sejam feitas medições em ambientes pressurizados. A haste pode ser " reta ", constituindo um prolongamento do tubo capilar, ou "angular" traseira, lateral a 90 e a 45 (esquerda ou direita), inclinada para frente ou
para trás, etc. Em alguns termômetros industriais, a posição da haste pode ser ajustada conforme a conveniência, do usuário. Nesse caso, o bulbo costuma ser metálico ligado ao tubo de vidro através de um capilar flexível também metálico A montagem do termômetro industrial se faz por intermédio de uma rosca, que permite a instalação no próprio equipamento, ou em uma luva soldada ao mesmo. Podem, também, ser fornecidos poços de proteção separados, para permitir a retirada do termômetro sem afetar o funcionamento do processo. Entretanto, o poço de proteção causa um aumento na constante de tempo do termômetro, fator esse que deve ser considerado quando houver flutuações rápidas da temperatura. Termômetros com haste de vidro podem ser fornecidos com contatos elétricos que fecham o circuito através da própria coluna de mercúrio, e que podem ser utilizados para controle ou alarme. A precisão de termômetros de haste de vidro e da ordem de da largura da faixa de medição; termômetros de laboratório podem ter precisão melhor, Termômetros "certificados", para uso como padrão, podem ser fornecidos com uma tabela ou gráfico dos erros ao longo da faixa de medição. Para se obter os resultados desejados, devem ser tomadas as precauções necessárias na instalação. O bulbo deve ser instalado de tal maneira que a velocidade do fluido em contato seja suficiente para assegurar uma transferência de calor rápida. A imersão deve ser adequada, para que a condução de calor ao longo das paredes do tubo ou do poço de proteção seja desprezível. A temperatura da escala deve ser próxima da ambiente, a fim de reduzir a um mínimo os erros resultantes. Termômetros bimetálicos Termômetros bimetálicos podem ser utilizados para medir temperaturas entre 40 C e 500 C. Se dois metais com coeficiente de dilatação diferente forem soldados um no outro, e presos a um apoio fixo em uma das extremidades, um aumento na temperatura fará com que o metal com maior coeficiente de dilatação se dilata mais que o outro. A deflexão resultante pode ser utilizada para
a medição da temperatura. Vide fig. 4. O metal de baixo coeficiente de dilatação e geralmente invar, uma liga de ferro e níquel, contando cerca de 36% de níquel. O metal de alto coeficiente de dilatação e geralmente latão. O termômetro bimetálico tem geralmente a aparência da fig. 5. O bimetal é enrolado na forma de hélice, com uma ponta presa ao tubo de proteção, e a outra ligada a uma haste, que tem a outra extremidade ligada a um ponteiro. O ponteiro pode mover-se sobre um dial circular. A haste pode ser fornecida com comprimentos até de cerca de 60 cm; o dial pode ter diâmetro de 3 a 12 cm. Na execução mais comum, a haste e a superfície do dial formam um ângulo reto. Em tipos mais elaborados, a haste pode ser fixada a parte de baixo do dial, ou pode ser ajustada em diversas posições. Da mesma maneira que para os termômetros de haste de vidro, devem ser tomadas as precauções necessárias para a instalação. Termômetros de Sistema Termal Sistema termal (Fig.6) e um conjunto selado composto de: a) Um bulbo oco metálico, que e exposto ao meio cuja temperatura se deseja determinar; b) Um tubo capilar, que serve como elemento de ligação; c) Uma espiral ou hélice tupo "Bourdon", semelhante as utilizadas em manômetros, que converte variações de pressão ou de volume em movimentos mecânicos.
O sistema termal de líquido é preenchido completamente com um líquido, geralmente mercúrio. Variações de temperatura causam uma dilataçao volumétrica do liquido, que ocasiona um movimento mecânico do bourdon. O sistema termal de gás é preenchido com um gás. O volume é praticamente constante. Variações de temperatura causam variações na pressão do gás, que são sentidas pelo bourdon. O sistema termal de vapor é preenchido parcialmente com um líquido, de "tal maneira que a superfície livre do mesmo se encontre no bulbo. O volume restante é preenchido com vapor desse mesmo líquido. No equilíbrio, a pressão do vapor é relacionada com a temperatura da interface. O bourdon mede essa pressão, fornecendo portanto uma indicação que depende da temperatura. O movimento do bourdon é transmitido através de hastes a pena de um registrador, ou ao ponteiro de um indicador. Opcionalmente, ele pode também acionar um controlador pneumático ou eletrônico. Para atender às necessidades de montagem, o bulbo pode ser equipado com conexões convenientes. Pode também ser fornecido com um poço de proteção, de modo a permitir a retirada do bulbo sem interrupção do processo. O material do bulbo e escolhido atendendo-se as necessidades. O material mais comum, e de uso obrigatório nos termômetros com preenchimento de mercúrio, e o aço inoxidável. Entretanto, cobre, latão e outras ligas podem também ser utilizados. O capilar é feito, em geral, de aço inoxidável ou de cobre, podendo dispor de proteção espiralada, recoberta ou não de plástico. Sistemas termais de líquido Esses sistemas respondem a variação de volume de um líquido com a temperatura. Embora ocorra, também, uma variação da pressão interna do sistema esta pode ser desprezada.
A variação do volume de um líquido com a temperatura pode ser dada por uma expressão do tipo: Em que: = volume final = volume inicial A = coeficiente de dilatação volumétrica T = temperatura Essa equação indica uma relação linear, que nem sempre é verdadeira na pratica. Uma relação mais rigorosa é dada por: O volume do líquido no bulbo e portanto determinado pelos coeficientes de dilataçao do liquido e pela variação de volume necessária para mover a pena ou o ponteiro de um extremo ao outro da escala. Geralmente, para um determinado tipo de aparelho, o bourdon e sempre o mesmo, qualquer que seja a faixa de medição. Nessas condições, o tamanho do bulbo devera ser tanto maior quanto menor a largura da faixa de medição. Como já foi dito, o mercúrio e o líquido mais utilizado, devido à grande diferença entre os pontos de ebulição e solidificação. Alem disso, o mercúrio tem uma variação de volume com a temperatura praticamente linear. Outros líquidos podem ser utilizados, tais como xileno, tolueno e álcool etílico. O coeficiente de dilatação volumétrica desses líquidos e cerca de seis vezes maior que o mercúrio, permitindo o uso de bulbos menores. São eles também utilizados nas industrias alimentícia e farmacêutica, onde o uso de mercúrio é proibido, devido a possibilidade de contaminação do produto processado, no caso de vazamento do liquido de preenchimento. Dependendo do líquido, esses termômetros podem trabalhar em temperaturas desde -100 C ate 650 C. A largura mínima da faixa de medição é da ordem de 15 C. Sistemas termais de gás Nesses sistemas, trabalha-se com um volume praticamente constante, de maneira que a relação pressão x temperatura obedece a lei dos gases:
em que é a pressão à temperatura e a pressão à temperatura. As pressões e temperaturas são absolutas. Em geral, os bulbos dos termômetros a gás são maiores que os dos demais termômetros do sistema termal. Quando o comprimento do capilar é pequeno, podem ser utilizados bulbos de tamanho mais reduzido. O gás de preenchimento e em geral o nitrogênio, que obedece, dentro de certos limites, à equação (8), Nessas condições, a escala é linear. Os limites de utilização dos termômetros a gás se estendem de -100 C a 400 C. Em temperaturas mais altas, o metal do bulbo pode tornar-se permeável, deixando perderse o gás. A largura mínima da faixa de medição é de cerca de 50 C Sistemas termais de vapor Sistemas termais de vapor operam a partir da pressão de vapor de um líquido que preenche parcialmente o sistema. Visto que a pressão de vapor depende tão somente da temperatura na superfície do líquido, e de fundamental importância que a superfície livre se encontre no bulbo, e não no capilar ou na espiral. Para tanto, convém distinguir 4 casos diferentes: a) Se a temperatura a ser medida estiver sempre acima da temperatura ambiente, o vapor se encontra no bulbo, e o líquido na espiral, capilar e parte do bulbo; b) Se a temperatura a ser medida estiver sempre abaixo da temperatura ambiente, o líquido se encontra no bulbo, e o vapor na espiral, capilar e parte do bulbo; c) Se a temperatura a ser medida estiver sempre acima ou abaixo da temperatura ambiente, será utilizado outro sistema como o da fig.,7 (pagina 11), em que a posição relativa do liquido e do vapor se inverte ao se passar pela temperatura ambiente. Esse processo de inversão toma certo tempo, resultando uma resposta muito lenta a temperatura ambiente.
d) Se a temperatura puder assumir valores acima, abaixo e iguais a temperatura ambiente, convém utilizar um sistema como o da fig. 8, em que a transmissão da pressão a espiral se faz através de um líquido não volátil e imiscível com o líquido usado pare a medição.
A relação entre a pressão máxima de vapor e temperatura de diversos líquido não é linear (fig. 9). Como conseqüência, a distancia entre as divisões de uma escala ou carta gráfico é maior no extremo superior da faixa de medição do que no extremo inferior.
Convém, por esse motivo, utilizar uma faixa de, medição tal que o ponto de trabalho se encontre a cerca de ¾ da escala. O líquido de preenchimento e escolhido de acordo com a faixa de medição. Por esse motivo, há uma limitação prática quanto ao "span" máximo desse tipo de instrumento. As temperaturas que podem ser medidas se estendem de -200 a 350 C, com "span" mínimo de 20 C e máximo de 150 C, aproximadamente. Precisão de sistemas termais A precisão dos instrumentos com sistema termal e da ordem de 0,5 a 1% da largura da faixa de medição. Entretanto, essa precisão só pode ser obtida se o bulbo estiver imerso em um liquido bem agitado, e se o capilar e o instrumento em si estiverem a uma temperatura ambiente sem grandes variações. O efeito da temperatura ambiente consiste na variação da indicação do instrumento, quando há uma variação na temperatura ambiente em que se encontra o capilar e/ou a espiral. Um aumento na temperatura ambiente causara, no caso de sistemas com preenchimento liquido, um aumento no volume do liquido contido no capilar e na espiral, ocasionando um aumento na indicação. Igualmente, nos sistemas preenchidos a gás, haverá um aumento na pressão do gás, com um correspondente aumento na indicação, Nos sistemas preenchidos com vapor, entretanto, essa influencia não se faz sentir. Com efeito, consideremos um sistema termal, desse tipo, no qual o liquido se encontra no bulbo. Um aumento na temperatura do capilar, p.ex. ocasionara uma elevação momentânea da pressão do vapor. Essa variação de pressão se transmite instantaneamente a todo o sistema, resultando uma pressão de vapor na superfície livre do liquido, maior que a pressão máxima do vapor, a temperatura em que se encontra o bulbo. Em conseqüência,
haverá uma condensação de vapor, até que a pressão se reduza ao valor primitivo. Raciocínio análogo pode ser feito para qualquer outra condição. No caso de sistemas com preenchimento líquido, pode-se provar que: Em que = erro total, C = volume interno do capilar = volume interno da espiral = volume interno do bulbo = diferença entre a temperatura do capilar e a temperatura do mesmo quando o instrumento foi calibrado, C = idem, para o espiral. Analisando a equação (9) podemos verificar que o erro pode ser diminuído: a) Diminuindo o volume do capilar. Visto que a seção interna do mesmo é fixada por considerações tecnológicas, o erro só pode ser diminuído usando-se um capilar tão curto quanto possível. b) Diminuindo o volume da espinal. Entretanto, essa diminuição é limitada pela necessidade de se obter uma força suficiente para mover a pena ou ponteiro do instrumento (bem como mecanismo do controlador, se for o caso). c) Aumentando-se o volume do bulbo. Isso nem sempre é possível, devido a problemas de espaço. d) Procurando-se reduzir ao mínimo as variações de temperatura ao longo do capilar e na caixa do instrumento. Em geral há necessidade de compensar-se as variações da temperatura ambiente. Essa compensação pode ser feita de duas maneiras: a) Compensação de caixa, em que se procura cancelar os efeitos de variações de temperatura na espiral. b) Compensação completa, em que se procura cancelar os efeitos de variações na espiral e também no capilar A compensação de caixa é feita por intermédio de um bimetal ou uma segunda espiral, montados como mostra a fig.11. Com uma escolha adequada dos componentes, qualquer movimento da espiral de medição será contrabalançado por um movimento contrario do bimetal ou da espiral de compensação.
O efeito de variações de temperatura ao longo do capilar e dado pelas equações: a) Para termômetros com preenchimento de mercúrio: b) Para termômetros com preenchimento de outros líquidos: A compensação de caixa será suficiente, no caso de capilares curtos (até cerca de 5 metros), ou quando as variações da temperatura ambiente forem pequenas. Se essas condições não forem satisfeitas, convém utilizar a compensação completa, a qual e feita por um dos dois métodos ilustrados na f i g.12
O primeiro sistema utiliza um fio de invar, dentro do tubo capilar. Os diâmetros são escolhidos de tal maneira que a dilataçao do mercúrio corresponda exatamente à dilatação do espaço entre o tubo capilar e o fio de invar. Nessas condições, alterações de temperatura ao longo do capilar não afetarão a indicação do instrumento. O segundo sistema utiliza um sistema termal adicional, com o capilar montado junto ao primeiro. O sistema termal adicional não tem bulbo. As espirais são montadas em oposição, de maneira que o efeito da temperatura ambiente sobre um capilar cancele o efeito sobre o outro capilar. Nos sistemas preenchidos a gás, a compensação de caixa é em geral suficiente, podendo ser feita por um bimetal ou uma segunda espiral. O efeito da altura consiste no aumento ou diminuição da pressão na espiral, e portanto da indicação, quando o bulbo é deslocado para cima e para baixo, respectivamente. Esse efeito se apresenta de maneira acentuada nos termômetros de vapor, quando a temperatura do bulbo e maior que a do capilar e da espiral, visto que nesse caso o capilar e preenchido com líquido. Quando esse for o caso, o instrumento deve ser calibrado com o bulbo na mesma posição, em relação ao instrumento, como no local onde será instalado. Quando o sistema tem preenchimento a vapor, e o bulbo se encontra a uma temperatura menor que a ambiente, bem como quando o preenchimento e a gás, não há necessidade de tomar-se essas precauções, visto que não há liquido no capilar. Nos sistemas preenchidos com mercúrio e outros líquidos, o movimento do bourdon se faz com a variação de volume do líquido, embora possa haver também uma pequena variação de pressão. Em geral, não há necessidade de especificar-se, então, a diferença de altura, a não ser no caso do mercúrio, quando a distancia e maior que cerca de 10 metros. O efeito barométrico se deve a variações da pressão atmosférica, e ocorre devido ao fato de a deflexão da espiral se produzir de acordo com a diferença entre a pressão interna e externa. Havendo variações naturais na pressão atmosférica, ou se o instrumento for calibrado em um local com altitude diferente daquela onde será instalado, pode ocorrer um pequeno erro, que pode ser notado nos instrumentos preenchidos com vapor, nos quais a pressão interna e da ordem de 100 a 200 psi. Nos instrumentos preenchidos com líquido ou gás, o efeito em geral e desprezível, visto que as pressões do preenchimento são bem mais altas. O efeito de imersão pode ser notado quando o bulbo não e suficientemente imerso no meio. Devido a condução de calor pelas paredes do bulbo e do poço de proteção, pode não haver equilíbrio térmico entre o bulbo e o meio. A indicação pode, então, ser diferente da temperatura verdadeira.
Classificação S.A.M.A. A S.A.M.A. (Scientific Apparatus Makers Association) classifica os sistemas termais como segue: I Preenchimento liquido, sem compensação; I A Preenchimento liquido, com compensação total I B - Preenchimento liquido, com compensação de caixa I I A Preenchimento com vapor, temperaturas acima do ambiente I I B - Preenchimento com vapor, temperaturas abaixo do ambiente I I C - Preenchimento com vapor, temperaturas acima e abaixo do ambiente I I D - Preenchimento com vapor, temperaturas acima, abaixo e iguais à ambiente I I I A Preenchimento à gás, compensação completa I I I B - Preenchimento à gás, compensação de caixa V A Preenchimento com mercúrio, compensação completa V B - Preenchimento com mercúrio, compensação de caixa Vantagens Comparados com outros tipos de medidores de temperatura, os instrumentos com sistema termal apresentam as seguintes vantagens: a) Simplicidade; b) Robustez; c) Baixo Custo; d) Sistemas auto-operados, sem necessidade de fontes de energia externa; e) À prova de explosão; f) Força suficiente para atuar controladores eletrônicos ou pneumáticos. Desvantagens a) Tamanho grande do elemento de medição, influindo no tempo de resposta; b) Tem "span" limitado de 15 C a 500 C; c) Temperatura máxima limitada a 650 C; d) Custo alto de conserto, visto que, em geral, o sistema termal todo deve ser preenchido novamente (em caso de vazamento), ou substituído; e) Distancia entre elemento de medição e instrumento limitada a cerca de 60 metros.
Observações Termômetros com preenchimento liquido são os de aplicação mais geral. Costuma-se dar preferência aos sistemas preenchidos com mercúrio, a não ser que a temperatura a ser medida seja baixa (menor que -38 C), ou quando o "span" deva ser estreito (os instrumentos com mercúrio tem "span" mínimo de cerca de 25 C, enquanto outros líquidos permitem reduzir esse valor a cerca de 15 C), ou quando há perigo de contaminação por vazamento do mercúrio. Termômetros com preenchimento a gás podem ser utilizados em temperaturas mais baixas. O bulbo é em geral maior, o que pode ser uma vantagem se o objetivo for o de medir a temperatura média de um volume grande. Entretanto, o "span" mínimo e de cerca de 50 C. Termômetros com preenchimento a vapor são, em geral, de custo mais reduzido. A resposta e rápida, a não ser quando a temperatura e próxima do ambiente. A não linearidade da escala pode ser um fator negativo.