16. Международная температурная шкала.

ТЕМПЕРАТУРА – величина, которая характеризует состояние в-ва и пропорциональна кинетической энергии его молекул. Е=(3/2)КТ, К – постоянная Больцмана.

Температура характеризует как качественную, так и количественную стороны процессов переноса тепла при теплообмене и теплопередаче. Измерение температуры возможно только косвенным путем (по изменению объема, длины, электрического сопротивления, давления, термоэлектродвижущей силы, электромагнитному излучению).

Фаренгейт, Цельсий и Ренуар в первую очередь задались точками плавления льда: Ф=32, Р=0, Ц=0. Точка кипения воды Ф=212, Р=80, Ц=100. Т=Т₀+КС, К – коэффициент пропорциональности, определяемый по значению термометрических свойств. С- термометрическое св-во в-ва при данной температуре.

НЕДОСТАТКИ данного метода: 1) использование различных термометрических в-тв дает различные температуры. 2) термометрические свойства по разному изменяются в зависимости от температуры. 3)изменения нелинейны.

В 1848г Кельвин предложил использовать шкалу, которая получила название термодинамичес-кая. Здесь был предложен подход, за основу которого был взят цикл Карно.

Шкала термодинамическая основана на работе идеального цикла Карно, в котором полученная в цикле работа зависит от температур начала и конца процесса. Следовательно данная шкала не зависит от термометрических свойств вещества. Недостаток – трудно определить количество работы, необходимое для совершения начального и конечного процесса.

1-я международная температурная шкала (МТШ) была принята в 1927, изменена в 1968.

Сейчас действует шкала 1990г. 13,5К – первая точка измерения в 1968. МТШ 1990 охватывает диапазон от 0,65К до наивысшей температуры, доступной измерениюв соответствии с законом Планка для монохроматического излучения.

Основной единицей измерения температуры в МТШ является градус Кельвина (1/273,16) – соотношение между тройственной точкой воды, т.е. шкала поделена на 273,16 между 3-мя состояниями воды твердым, жидким и газообразным.

t=T-T₀, T₀=273,15

Физический смыл 1К и 1⁰С тождественен.

17.

Одновременно с расширением термометрической жидкости происходит

также расширение резервуара и капилляра, фактически мы судим о

температуре не по изменению объема жидкости, а по видимому изменению

объема термометрической жидкости в стекле. Поэтому видимое расширение

жидкости несколько меньше действительного. В табл. 1.1 приведены

некоторые термометрические жидкости и их характеристики измерения

+600°С определяется прочностными характеристиками стекла.

В связи с тем что температура кипения ртути при атмосферном давлении

значительно меньше верхнего предела применения ртутных термометров, в

термометрах, предназначенных для измерения высоких температур, капилляр

над ртутью заполняется инертным газом, например азотом. При этом для

исключения образования паров ртути в капилляре давление газа должно быть

тем больше, чем выше верхний предел измерения. Для термометров с верхним

пределом измерения 600°С давление газа над ртутью превышает 3 МПа (30

кгс/см2).

18. Манометрические термометры

П ринцип действия манометрических основан на зависимости давления термометрического вещества в герметичной системе от температуры.

1-термобаллон 2-капилляр 3-манометр

В зависимости от термометрического вещества, заполняющего систему, бывают: 1)газовые 2)жидкостные 3)конденсационные

Преимущества: 1)могут работать в условиях повышенной вибрации

2)исп-ся во взрывоопасных и пожароопасных помещениях

Недостатки: 1)влияние барометрического давления

2)изменение температуры окр. среды 3) Изменение давления внутри системы

Газовые для измерения температур -200600ºС. В качестве раб. вещества в них исп-ся гелий (при низких температурах), азот (при средних температурах), аргон (при высоких температурах). Класс точности 1 или 1,5.

Зависимость давления газа от температуры при постоянном объёме:

Погрешности измерений связаны с: 1) изменением температуры окр. среды. Надо  отношение внутреннего объёма пружины и капилляра к объёму термобаллона. Для этого  длину и диаметр термобаллона. 2) Влиянием барометрического давления. Т. к. устройство измеряет избыточное давление, то при t>50ºC изменение барометрического давления существенного влияния оказывать не будет.

Конденсационные для измерения температур -25300ºС. Термобаллон на ¾ заполняется низкокипящей жидкостью (фреон, пропеллен, ацетон), а остальная часть заполнена насыщенными парами этой жидкости. Длина капилляра не > 25 м. При мах t жидкость полностью не должна переходить в парообразное состояние. Капилляр, манометрическая пружина заполняются другого типа жидкостью, которая не переходит в газообразное состояние при данной t. Класс точности 1 и 1,5. Достоинства: простота, возможность дистанционной передачи данных, использование для автоматической записи, использование в пожаро- и взрывоопасных помещениях. Недостатки: трудности ремонта при разгерметизации, ограниченность дистанции передачи данных, большие размеры. Т окр. среды на давление термосистемы не оказывает влияния.

Погрешности: 1) гидростатическая – обусловлена разностью высот расположений между термобаллоном и измеряющим прибором. В начале шкалы погрешность больше.

2) барометрическая – имеет место на начальном участке шкалы, когда давление в термобаллоне невелико.

Жидкостные для измерения температур -50300ºС. Термометрические жидкости – ПМС-5 (при низких t) и ПМС-10 (при высоких). Жидкость несжимаемаизменение объёма раб. ж-сти вызовет такое же изменение в пружине и капилляре. Класс точности 1 и 1,5.

Погрешности вызваны:1) Изменение Т окр. среды. Для устранения исп-ся теплоизоляция, температурные компенсаторы. 2) Гидростатическая. ↓ длину капилляра да 10 м. 3) Барометрическое давление влияния не оказывает.

Биметалический термометры