4. Методы измерения термодинамических величин Температура
Термометр – прибор для измерения температуры.
Контактное измерение температуры
Термометры расширения.
Жидкостные термометры заполняют: толуолом, этиловым спиртом, керосином, пентаном и ртутью. Ртуть любят за то, что она не смачивает стекло. Погрешность хороших ртутных термометров 0,002 градуса (чисто по ртути). Органические заполнители могут работать при более низких температурах, но обладают большей погрешностью. Лабораторные термометры позволяют измерять температуру в диапазоне -55 – +600 °С. Погрешность измерений 0,01 градус (1%).
Для создания датчиков температуры в капилляр впаивают контакты, которые замыкаются через ртуть при достижении соответствующей температуры. Иногда контакты делают подвижными.
Биметаличекие термометры
Коэффициент расширения латуни (18 – 23)*10-6°С-1, для никелевой стали - 23*10-6°С-1. При этом сплав инвар имеет коэффициент теплового расширения 0,9*10-6°С-1, кварц – 0,55 10-6°С-1. Используя двухслойные пластины, можно сделать стрелочный термометр, но чаща такие пластины используются в качестве реле. Погрешность – 5%. Диапазон: 0 - 500°С.
Жидкостные манометрические термометры используют зависимость между температурой и давлением газов или насыщенных паров жидкостей. При нагреве давление рабочего тела повышается, деформирует специальную пружину (которая является частью рабочего объёма) и отклоняет стрелку. Газовые приборы заполняются инертными газами (азотом, гелием). Нижняя граница диапазона определяется критической температурой газа (азот --147 °С, гелий - -267°С). Верхний предел – материалом корпуса и пружины. Точность 1 %. В конденсационных термометрах используются пары низкокипящих жидкостей (ацетон, метилхлорид, этилхлорид). Диапазон от 0°С до 400 °С. Точность также около 1%. Также есть чисто жидкостные, но там давление создаётся уже больше расширением жидкости. Заполняют ртутью, керосином, лигроином. Диапазон -30°С - +600°С.
Подобные термометры подвержены сильному влиянию внешних условий: изменения температуры окружающего воздуха, колебания атмосферного давления, высота размещения. Обычно используются для измерения температуры различного вида топлива на заправках.
Термометры сопротивления. В качестве чувствительного элемента используют терморезистор. В качестве материалов выступают чистые металлы: платина (основной материал), медь, никель и полупроводники (германий, окиси меди и марганца, титана и магния). Термометры сопротивления делятся на эталонные, образцовые и рабочие. Эталонные нужны для воспроизведения и передачи стандартной шкалы в интервале (14 – 904 К). Погрешность около 0,5%. Зависимость обратная и логарифмическая. -40 - +40 – от 50 Ом до 1 Ом.
Варианты измерений: измерение сопротивления, измерение падения напряжения (при фиксированном токе), значению тока (при фиксированном напряжении). В первом случае обычно используется мостовая схема, где терморезистор нужно скомпенсировать потенциометром (с соответствующей шкалой).
Термоэлектрические термометры. Используют термопару. Два спая держатся при разных температурах (одна фиксирована; обычно 0°С или 20°С). В результате контактная разность потенциалов на разных спаях разная и возникает термоэдс. Характерная величина коэффициента – 50 мкВ / градус. Наиболее популярные материалы: хромель-копель, хромель-алюминий, платинородий-платина, вольфрам-рений. Диапазон: -250 – 2500 °С. Погрешность 0,5 – 1 %.
