1. Общие сведения о температуре.

Температура – это величина, характеризующая степень нагрева тела или среды. Зависимость между средней кинетической энергией поступательного движения молекул и температурой идеального газа определяется выражением:

, где k = 1,3810^-23 ДжК^–1 – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, К.

Измерить температуру непосредственно нельзя, ее можно определить только косвенно, по значениям других физических параметров, однозначно зависящих от температуры: объем, длина, электрическое сопротивление, термоэлектродвижущая сила, энергетическая яркость излучения.

Впервые прибор для измерения температуры был построен в 1598 г. Галилеем. К настоящему времени существуют температурные шкалы: Фаренгейта, Цельсия, Реомюра. Все они построены по двум реперным точкам в предположении линейной аппроксимации зависимости температуры от термометрического свойства: Т = Т₀ + kС.

В 1848 г. Кельвин предложил термодинамическую температурную шкалу, основанную на идеальном цикле Карно (работа зависит от температуры начала и конца процесса). Эта шкала построена на одной реперной точке (тройная точка воды), 1^ОК = 1^ОС. Эта шкала удобна для точных термодинамических расчетов, она не зависит от термометрических свойств используемых приборов. Однако, она неудобна для практического определения температуры: нужно либо измерять количество теплоты, либо вводить поправки на свойства веществ.

В 1968 г. принята международная практическая температурная шкала. Она построена на 11 реперных точках с постоянными температурами, которые могут быть воспроизведены с необходимой точностью.

2. Средства для измерения температуры.

Средство измерений температуры, предназначенной для выработки сигнала в форме, удобной для восприятия наблюдателем, автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления, называется термометром.

Средство измерения температуры по тепловому электромагнитному излучению называется пирометром. Пирометры применяют для бесконтактного измерения температуры.

Классификация термометров по принципу действия:

• термометры расширения стеклянные жидкостные (со вложенной школой, палочные);

• термометры расширения манометрические (газовые, жидкостные, конденсационные);

• термоэлектрические термометры (в том числе, потенциометры);

• термометры сопротивления (в том числе, логометры);

• пирометры (квазимонохроматический с исчезающей нитью, квазимонохроматический фотоэлектрический, пирометр спектрального отношения, цветовые пирометры, пирометр истинной температуры, пирометр полного излучения).

Виды и пределы применения промышленных средств измерения температуры

Тип средства измерения	Разновидность средства измерения	Предел длительного применения, ОС
		нижний	верхний
Термометры расширения	Жидкостные стеклянные термометры	– 200	600
	Манометрические термометры	– 200 (– 272)	1000
Термометры сопротивления	Металлические (проводниковые) термометры сопротивления	– 260	1100
	Полупроводниковые термометры сопротивления	– 272	600
Термоэлектрические термометры	Термоэлектрические термометры	– 200 (– 270)	2200 (2800)
Пирометры	Квазимонохроматические термометры	700	6000 (100 000)
	Пирометры спектрального отношения	300	2800
	Пирометры полного излучения	– 50	3500

Способы передачи теплоты между телами или средами:

• теплопроводность: нагретая среда отдает тепло, холодная принимает, передача тепла не сопровождается перемешиванием сред и протекает на границе их раздела, возможна между твердыми телами, на границе раздела жидкостей;

• конвекция: передача тепла от нагретой среды к холодной сопровождается активным перемешиванием сред, возникновением конвективных потоков, возможна в жидких и газообразных средах;

• излучение: передача тепла излучением преобладает при достаточно высоких температурах и, как правило, в газовой фазе, например, в процессе горения.

Классификация методов измерения температуры:

• контактные и бесконтактные, измерение высоких температур пирометрами излучения – бесконтактные;

• компенсационный метод – возможно использование как термоэлектрических термометров, так и термометров сопротивления, основан на компенсации неизвестной разности потенциалов, которую мы хотим измерить, другой разностью потенциалов, которой мы можем управлять и которую мы можем измерить; измерение производится в момент уравновешивания двух разностей потенциалов или двух сопротивлений, когда стрелка потенциометра стоит на нуле, тока в цепи нет, поэтому отсутствуют погрешности, связанные с наличием тока в цепи;

• измерения сопротивления с помощью уравновешенных и неуравновешенных мостов;

• измерение сопротивления с помощью логометра, "логос" – отношение, принцип действия основан на измерении отношения двух токов, разностей потенциалов или сопротивлений в двух цепях, причем одна из двух величин, входящих в отношение, известна и неизменна, тогда по этой величине и по отношению можно определить вторую, неизвестную, величину.

Тепловые режимы бывают стационарные (установившиеся) и нестационарные.

Причины возникновения погрешностей при измерении температуры в реальных условиях, т.е. различие между температурами термометра и измеряемой среды, обусловлены следующими факторами:

• наличие теплообмена между измеряемой средой, термометром и внешней (окружающей) средой;

• наличие теплообмена между различными частями технологического оборудования;

• неравномерность поля температур во всем оцениваемом объеме;

• нестационарность температурного режима;

• конструктивные особенности термометра;

• особенности установки термометра на объекте;

• условия теплообмена термометра с измеряемой и окружающей средой;

• режим работы оборудования;

• постоянство измеряемых параметров или других параметров измеряемой среды;

• конкретный метод измерения: в установившемся режиме погрешность измерения статистическая; в нестационарном режиме, когда либо сам измеряемый параметр, либо другие параметры измеряемой среды меняются, может иметь место динамическая погрешность измерения, определяемая конструкцией, теплофизическими свойствами термометра и условиями теплообмена с измеряемой средой.