Лекция №1 Глава1. Датчики температуры
Температура является наиболее часто умеренной величиной. Ее измерения составляют около половины общего числа измерений всех физических величин. Электрические, физические и механические свойства различных сред, материалов и устройств в большей или меньшей мере зависят от температуры, поэтому по результатам ее измерений судят о состоянии различных устройств и процессов, протекающих в них. Температурные измерения являются основными в энергетике.
Многообразие температурных зависимостей свойств твердых тел, жидкостей и газов позволяет строить термометры, основанные на многих принципах. Это дает возможность создавать термопары, предназначенные для измерений при различных условиях в широком диапазоне температуры.
1.1 Температура как физическая величина
Температуру
обычно оценивают по значению какого-либо
параметра (термометрическому свойству)
тела, находящегося в тепловом равновесии
с телом, температуру которого измеряют.
Такими свойствами могут быть температурное
расширение газов, жидкостей и твердых
тел, сопротивление, термо-ЭДС и т.п.
Для измерения температуры необходимо иметь систему опорных точек и шкалу, основанную на этой системе. В настоящее время основной является Международная практическая температурная шкала, принятая на базе международных соглашений в 1968г (МПТШ-68). Для построения шкалы выбирают две опорные точки, которые можно легко воспроизвести с высокой точностью. В качестве таких точек выбраны абсолютный нуль и температура тройной точки воды. Единица температуры Кельвин (К) определяется как 1/273,16 часть температуры тройной точки воды. Наряду со шкалой Кельвина часто применяют шкалу Цельсия. Размер градуса Цельсия равен размеру градуса Кельвина, но шкала Цельсия смещена на 273,16 К: ее нуль соответствует температуре тройной точки воды, т.е. температура по шкале Цельсия определяется как 0С=К-273,16К.
Тройную точку воды воспроизводят с помощью устройства, показанного на рис.1.1. Ее создают в стеклянной трубке 1, в которую помещают градуированный термометр. Трубка окружена стеклянной колбой 2, в которую через отверстие 3 заполненной водой определенного изотопного свойства, а за тем колбу откачивают до давления 611 Па и отверстие закачивают. Колба помещена в сосуд 4. С хорошей термоизоляцией, достигаемой за счет двойных стенок с откачкой объема между ними. Сосуд заполняют смесью воды с колотым льдом, а в трубку 1 насыпают сухой лед. На ее внешней поверхности образуется слой льда 5, после чего его частично подтаивают введением в трубку 1 металлического стержня, имеющего комнатную температуру. Таким образом, на поверхности трубки 1 образуется граница трех фаз: пар, жидкость и лед. Это состояние сохраняется длительное время (от недель до месяцев). Воспроизводимость тройной точки воды составляет 2·10-4К.
3
4
2
5
1
Двух реперных точек оказывается достаточно лишь для теоретического построения шкалы. На практике из-за ограниченного диапазона термометров и нелинейности их шкал для градуировки необходимо иметь большее количество реперных точек. Обычно они воспроизводятся как температуры равновесия между твердой и жидкой или жидкой и газообразной фазами. Шкала МПТШ основана двенадцати первичных опорных точках, некоторые из которых приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1