Глава 7. Контроль температуры

1. Температурные шкалы. Классификация технических приборов и устройств измерения температуры

Температура является одним из основных параметров, определяющую ход и продолжительность многих процессов в литейных и термических цехах. Точная оценка температуры определяет эффективность автоматического управления. Многообразие поставленных задач обусловило появление и развитие большого числа разнообразных методов и устройств измерения температуры.

Под температурой понимается величина, характеризующая тепловое состояние тел и определяемая количеством внутренней кинетической энергии теплового движения молекул.

Измерить температуру, подобно тому как измеряют длину, массу или объем, нельзя, так как температуры не складываются. Не существует такой единицы температуры, которой можно непосредственно измерять любую температуру, подобно тому как метром измеряют любую длину. Длина, масса и объем – примеры экстенсивных (количественных) свойств системы. Если металлический стержень разделить на несколько частей, температура каждой из них от этого не изменится. Температура – пример интенсивных (качественных) свойств системы. Следовательно, для измерения температуры необходимо использовать объективную связь между температурой и любой экстенсивной величиной: изменением объема, длины и т.п.

В настоящее время предусматривается применение двух температурных шкал: термодинамической и международной практической.

Термодинамическая шкала базируется на втором законе термодинамики, связывающим количество содержащегося в теле тепла, с его температурой. Эта шкала была предложена в середине прошлого века английским ученым Томсоном, получившим за свои научные открытия титул лорда Кельвина, и носит в настоящее время его имя. Температуру, измеряемую по этой шкале, обозначают буквой Т, за единицу в ней принят кельвин – К. Термодинамической эта шкала называется потому, что измерение температуры проводится на основании термодинамического закона работы идеального теплового двигателя по циклу Карно. Один градус по термодинамической шкале соответствует повышению температуры, которое равно 1/100 части работы по циклу Карно между точками плавления льда и кипения воды. Такой подход к определению одного градуса был обусловлен сохранением преемственности со стоградусной шкалой Цельсия.

В производственной практике наиболее широко используется Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МРТП–68), которая совпадает с термодинамической шкалой и позволяет расширить температурный диапазон работы приборов. Она установлена для интервалов температур 13,81 ... 6300 К.

При измерении разности температур градус Цельсия (°С) в точности равен Кельвину, но в Международной практической шкале за 0 °С принята температура тающего льда при нормальном атмосферном давлении, а температура кипящей воды при том же давлении принята за 100 °С. Для перехода от температуры в кельвинах (Т) к температуре в градусах Цельсия (£) и наоборот служит формула

Т = t + 273,15.

Для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред на практике используется большое число разнообразных устройств, которые в общем носят названия термометров.

Все технические приборы по методу измерения температуры подразделяют на две группы: контактные и бесконтактные. К первой группе относятся термометры расширения, монометрические, термоэлектрические термометры и электрические термометры сопротивления (терморезисторы). Во вторую группу входят пирометры различного типа. Приведенная классификация положена в основу при рассмотрении приборов и устройств контроля температуры.