Раздел 2. Измерение теплотехнических величин

Тема 2.1. Измерение температуры Общие сведения о температуре

Температура – степень нагретости тела, она пропорциональна кинетической энергии тела. Температура наряду с давлением и объемом характеризует состояние вещества. Если в системе тел температура различна, то более нагретое тело отдает тепло менее нагретому. Измерить температуру тела непосредственно (как, например, измеряют длину, массу, время) не возможно, так как в природе не существует эталона температуры. Для определения температуры тела можно использовать явления, которые происходят под действием тепла (расширение вещества, изменение электрического сопротивления, излучение нагретого тела, возникновение термоЭДС, изменение давления). Эти процессы положены в основу устройств для измерения температуры. Таким образом, измерение температуры основано на наблюдении за изменением физических свойств другого вещества, которое вступает в равновесие с телом, температура которого определяется. Это вещество называется термометрическим или рабочим. Такой метод дает не абсолютное значение температуры, а разность меду исходной температурой рабочего вещества, условной принятой за нуль, и температурой, полученной при установлении равновесия с телом. Для определения температуры используют те физические свойства вещества, которые изменяются однозначно при изменении температуры, не подвержены влиянию других факторов и легко поддаются измерению. Это объемное расширение, изменение давление в замкнутом объеме, изменение электрического сопротивления, возникновение термоЭДС, интенсивность излучения. Перечисленные свойства положены в основу устройства приборов для измерения температуры.

Температурные шкалы

Изменение агрегатного состояния (плавление, кипение, конденсация) вещества протекает для этого вещества при постоянной температуре. Значение температур равновесия между твердой и жидкой или жидкой и газообразной фазами при нормальном давлении (0,1 МПа) называют реперными точками. Рассмотрим в качестве вещества воду. Если взять интервал между реперными точками плавления льда О и кипения воды 100, измерить в этих пределах объемное расширение термометрического вещества, например, ртути, находящейся в узком цилиндрическом сосуде, разделить на 100 равных частей изменение высоты столба ртути, то будет построена температурная шкала. Деления температурной шкалы называют градусами. Деления также наносят и за пределами реперных точек.

Так как при построении этой шкалы была произвольно выбрана пропорциональная зависимость температуры от объемного расширения ртути, точно можно измерить температуру только в двух точках – 0 и 100 градусов. Результаты измерения в остальном диапазоне будут неточными. Наиболее точной является термодинамическая температурная шкала, предложенная ученым Кельвином и не зависящая от свойств рабочего вещества. Термодинамическая температурная шкала начинается с абсолютного нуля (температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю,). Термодинамическая температура совпадает с показаниями газового термометра, заполненного идеальным газом (близкие к ид. газу – водород, гелий, азот), в котором изменение давления пропорционально изменению температуры. Условное обозначение температуры Т, единицы измерения -К.

В дальнейшем (1927г) с помощью газовых термометров была построена МПТШ (практическая), близкая к термодинамической. В 1948 году МПТШ была пересмотрена. Позднее она снова была пересмотрена, так как потребовалось расширение шкалы в зону низких температур 10-90 К и повышение точности шкалы. Была приняла МПТШ-68, градусы которой обозначались t, C. Градус Цельсия равнялся градусу Кельвина. Для определения температур между реперными точками использовались формулы, устанавливающие связь между МПТШ-68 и показаниями эталонных приборов.

В настоящее время применяется шкала МТШ-90, которая охватывает измерения от 0.65К. Шкала разбита на диапазоны, внутри которых температура измеряется определенными видами термометров.