Температурные шкалы

Абсолютная температура – это термодинамический параметр который согласно второго закона термодинамики определяется независимо от свойств какого-либо вещества.

Таким образом термодинамическая шкала или шкала Кельвина совпадает со шкалой газового термометра, заполненного идеальным газом, по которой для давления 760 мм. рт. ст. принимает точку кипения воды за 100 ⁰С, а точку плавления льда 0 ⁰С международной практической сто градусной шкалы.

Абсолютная шкала определяет степень отклонения теплового состояния системы от ее состояния при абсолютном нуле.

см. (А3Т4).

(А5Т5):

Связь между абсолютной международной практической сто градусной шкалой имеет вид:

.

Шкала Реомюра – диапазон температур разделен на 80 частей.

Шкала Форенгейта:

t = 0 ⁰С (плавление льда) = t_F = 32 ⁰F

t = 100 ⁰С (кипение воды) = t_F = 212 ⁰F,

т.е. от 0 ⁰С до 100 ⁰С по Форенгейту Δt_F = 180 ⁰F, т.е. соотношение между сто градусной шкалой и шкалой Форенгейта:

,

где n_t – число делений по стоградусной шкале или

,

где n_F – число делений температурной шкалы по Форенгейту.

Эталон температуры – газовые термометры. МПТШ – построена на получении газометрическим методом значения температуры реперных точек (см табл.) путем ее интерполяции и экстраполяции выше точки плавления (затвердевания золота). Эта шкала по мере совершенствования воспроизводящих ее средств приближается к ТТШ.

Интерполяция температур реперных точек осуществляется по специальным зависимостям, устанавливающим связь между показаниями эталонов, аттестованных по РТ и МПШТ. В качестве эталонов при низких температурах применяются платиновые ТС, а при высоких – температурные лампы и пирометры.

Весь температурный диапазон перекрывается семью шкалами, которые воспроизводятся различными методами, в зависимости от области шкалы различают:

Таблица температурных диапазонов, воспроизводимых

различными методами

Таблица №1

Вид температуры	Диапазон температур	Метод воспроизведения
Сверхнизкие температуры	(1,5÷4,2) К	На основе измерения паров гелия - 4
Низкие	(4,2÷13,8) К	Германиевые терморезисторы
Средние1	(13,8÷273,16) К (273,16÷903,89) К	Платиновые терморезисторы
Средние2	(903,89÷1337,58) К	Термопары платинородий – платина
Высокие	(1337,58÷2800) К	Температурные лампы
Сверхвысокие температуры	(2800÷10000) К	Спектральные методы

Огромный диапазон измеряемых температур (температура Т=10¹² К) обусловил большое разнообразие методов и средств измерения температур. Наиболее распространенные методы измерения температур, реализованные в ППТ, представлены в таблице.

Термочастотные могут быть на основе механических, акустических, ядерных и других резонаторов.

ППТ, отличающейся отсутствием контакта с ОК базируются на энергообмене (теплообмене), путем излучения между ОК и термо-чувствительным элементом (входной преобразователь). Суть механизма этого эффекта состоит в том, что все разогретые (и не только) тела излучают в окружающее пространство электромагнитные волны различных длин.

В зависимости от вида излучения и определяющих его параметров бесконтактные ППТ принято делить на:

• пирометрические (по тепловому излучению) (4000÷6000 К);

• спектрометрические (сверхвысоких температур - плазма).

При t<4000÷6000 К ОК испускает тепловое излучение, обусловленное тепловым движением в твердых, жидких или газообразных веществах или в плазме.

В этой области температур происходит излучение в широком спектре длин волн характерных для так называемого "серого излучателя", у которого излучательная способность слабо зависит от длины волны λ.

При более высоких температурах >6000 К излучение обусловлено процессами диссоциации и ионизации.

При этом вещества находятся в виде плазмы, состоящей из различных частиц, которым приписывается своя температура (молекулярная температура, электронная температура, температура возбуждения и др.).

Спектр излучения плазмы состоит в основном из отдельных линий, и только небольшая её часть составляет непрерывный спектр. Поэтому прямая пирометрия неприменима при измерении температуры плазмы и использует спектрометрические ППТ, основанные на измерении параметров отдельных спектральных линий и других величин, зависящих от спектральных свойств.

По используемым термометрическим эффектам и тепловым свойствам ОК (измерительная среда) ППТ можно разделить на:

• контактные (основанные на термометрических методах);

• без контактные (пирометрические и спектрометрические) и др.

ППТ на основе первой группы методов характеризуются тем, что энергообмен (теплообмен) осуществляется главным образом путем:

• теплопроводности;

• конвекции.

Теплообмен путем излучения в этом случае вносит погрешность в РИ (источник дополнительной погрешности). Термометрические ППТ, основаны на температурной зависимости свойств различных веществ, используемых в качестве термочувствительного элемента, которые находятся в непосредственном контакте с ОК (исследования).