Глава 5. Приборы для измерения температуры

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температурой называют физическую величину, количественно характеризующую меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.

Из определения температуры следует, что она не может быть измерена непосредственно, и судить о ней можно по изменению других физических свойств тел (объема, давления, электрического сопротивления, термо-ЭДС, интенсивности излучения и т.д.). Эти свойства тел называют термометрическими, и вещества, характеризующиеся такими свойствами, также называются термометрическими. По этой причине невозможно создать эталон температуры, подобно тому, как создаются эталоны других величин.

Средство измерения температуры называют термометром.

В системе СИ основной единицей является Кельвин. Градус Кельвина определяется как 1/273,16 часть температуры тройной точки воды. Привычная нам десятичная температурная шкала была предложена А.Цельсием в 1742 году, в которой расстояние по шкале между точкой таяния льда и точкой кипения волы делилось на 100 частей.

Градус Цельсия узаконен в системе СИ как производная единица, определяемая по формуле:

Т(⁰С) = Т(К) – 273,16 (5.1)

Во многих странах Западного полушария и, в первую очередь, в США общепринятой является шкала Фаренгейта. В качестве нижней опорной точки (0°F) изобретатель шкалы использовал температуру замерзания солевого раствора, самую низкую воспроизводимую в то время, а в качестве верхней точки - температуру тела человека (96°F - в старину было принято считать дюжинами).

Перевод °С в °F легко можно произвести по формуле:

Т(°С) =5/9·{Т(⁰F) – 32} (5.2.)

В абсолютной термодинамической шкале температура в Кельвинах через температуру в градусах Фаренгейта выразится как:

Т(К)= 255,38 + 5/9·{T(°F)} (5.3)

Довольно редко, но все еще встречаются термометры, отградуированные в градусах Реомюра. Шкала Реомюра строится таким образом, что разность температур плавления льда и кипения воды делится на 80 частей. Причиной этого является тот факт, что спирт с водой (основная термометрическая жидкость) расширяется между точкой замерзания воды и точкой кипения на 8% своего объема. Температурные интервалы в шкале Кельвина и Реомюра относятся как 100/80 или как 5/4, т. е.

Т(°С) = 5/4·{T(⁰R)} (5.4)

Все типы термометров принято делить на два класса в зависимости от методики измерений.

Традиционный и наиболее массовый вид термометров - контактные термометры, отличительной особенностью которых является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется (схема 5.1).

Вторую группу составляют бесконтактные термометры, для измерения которыми исчезает необходимость в тепловом контакте среды и прибора, достаточно собственного теплового или оптического излучения.

Контактные приборы и методы по принципу действия разделяются на:

а) термометры расширения, принцип действия которых основан на зависимости объемного расширения жидкости и линейных размеров твердых тел от температуры;

Термометры стеклянные жидкостные по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы: образцовые; лабораторные и специального назначения; метеорологические; термометры для сельского хозяйства; термометры бытовые.

Конструктивные формы стеклянных жидкостных термометров разнообразны, однако среди этого разнообразия можно выбрать три основных типа конструкций: с наружной шкалой, палочные и с вложенной шкалой.

Дилатометрические и биметаллические термометры основаны на использовании свойств твердого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры.

б) манометрические термометры, принцип действия которых основан на изменении давления рабочего (термометрического) вещества в зависимости от температуры;

в) термоэлектрические термометры (термопары), принцип действия которых основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры;

г) термометры сопротивления, принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента (проводника или полупроводника) от температуры.

Бесконтактные методы, в основе которых лежит улавливание собственного теплового или оптического излучения, можно представить следующими направлениями:

а) пирометрия - измерение температуры самосветящихся объектов: пламени, плазмы, астрофизических объектов;

б) радиометрия - измерение температуры по собственному тепловому излучению тел. Для невысоких и комнатных температур это излучение находится в инфракрасном диапазоне длин волн;

в) тепловидение - радиометрическое измерение температуры с пространственным разрешением и с преобразованием температурного поля в телевизионное изображение, иногда с цветовым контрастом. Позволяет измерять градиенты температуры, температуру среды в замкнутых объемах, например, температуру жидкостей в резервуарах и трубах.

На рисунке 5.1. показаны диапазоны измерения основных типов термометров.

Рисунок. 5.1.

Диапазоны измерения термометров наиболее распространенных типов:

а — механических контактных; б — механических контактных особых типов (SК — конусы Зегера); в — электрических контактных; г — электрических контактных особых типов (NTC и РТС — терморезисторы с отрицательным и положительным температурным коэффициентом); д — пирометры.

Схема 5.1. Классификация контактных термометров

В таблице 5.1 приведен список систем температурных измерений, и их основные характеристики.

Таблица 5.1. Системы измерения температуры

Принцип	Система	Характеристики
По расширению	Биметаллическая пластина	Может применяться для термостатов, диапазон измерения -30...600° С, точность ± 1 %, прочные
Жидкость в стеклянных трубках	Непосредственное измерение, диапазон зависит от используемой жидкости. Для ртути -35...600° С, спирта -80...70° С. Обычная точность ± 1 %
Жидкость в металлических трубках	Диапазон зависит от жидкости, в пределах -90...650°С. Точность ± 1 %, прочные, дистанционные измерения
Газ в металлических конструкциях	Диапазон -100...650° С, точность ± 0,5 %, прочные, дистанционные измерения
Давление паров	Диапазон измерения 0...2500 С, точность ± 1 %
По сопротив-лению	Металлические проводники	Диапазон измерения зависит от металла. Для платины -200...850° С, меди -200...250° С. Точность измерения для платины ± 0,5 %
Термистор	Нелинейность, диапазон -100...300 °С. Быстрое реагирование
Термо-электрический	Термопара	Диапазон, чувствительность, точность зависят от металлов термопар. Например, для пары железо-константан в диапазоне -180...760° С чувствительность 53 мкВ/°С, точность ± 1...3 %.
Пирометр	Исчезающая нить накала	Диапазон 600...3000° С, точность ± 0,5 %. Отсутствует физический контакт с нагретым объектом
Излучение	Диапазон 0...30000 С, точность ± 0,5 %. Отсутствует физический контакт с нагретым объектом
Двухцветная	Диапазон 0...3000° С.точность ± 0,5 %, нет физического контакта с нагретым объектом

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: