Прилади для вимірювання температури

1. Температура. Одиниці вимірювання температури

Температурою називається фізична величина, яка характеризує ступінь нагрівання тіла. Температуру визначають непрямим шляхом за допомогою шкали температури.

ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ САМОСТІЙНО

Основними приладами для автоматичного вимірювання температури об'єктів є: термометри розширення, манометричні термометри, термометри опору з логометрами або мостами, термопари з мілівольтметрами або потенціометрами, пірометри випромінювання.

Термометричні властивості	Найменування пристрою	Діапазон вимірювання 0С
		нижній	верхній
Теплове розширення	Скляні термометри	-190	600
Зміна тиску	Манометричні термометри	-160	60
Зміна електричного опору	Електричні термометри опору	-200	500
	Напівпровідникові термометри опору	-90	180
Термоелектричний ефект	термопари	-50	2500
Теплове випромінювання	Оптичні пірометри	700	6000
	Радіаційні пірометри	20	3000
	Фотоелектричні пірометри	600	4000
	„кольорові” пірометри	1400	2800

2. Термометри розширення

Термометри розширення : рідинні та скляні (рис. 1) застосовують для виміру температури повітря, води, рідин, ґрунту в діапазоні від -100 до +650^оС.

а) б) в)

Рисунок 1. Ртутні скляні термометри:

а - прямі типу А, б - кутові типу Б, в - контактні; 1 - корпус, 2 - шкала, 3 - капіляр, 4 - розширювач, 5 - заглушка, 6 – контакти

Принцип дії термометрів розширення заснований на об'ємному розширенні рідини, що знаходиться всередині скляного розширювача, під дією навколишньої температури. В середині корпуса 1 знаходиться температурна шкала 2. У нижній частині термометра знаходиться розширювач 4, що сполучений із капіляром 3 (трубкою з малим внутрішнім діаметром). Верхня частина капіляра запаяна. При нагріванні рідина збільшується в об’ємі: V_t=V_o(1+γt), де V_t - обсяг рідини при нагріванні на t^оC, V_o- обсяг рідини при 0^оC; γ- коефіцієнт об’ємного розширення, t - різниця температури, ^оC. Піднімаючись нагору по капілярі, рідина встановлюється на висоті, пропорційній температурі нагрівання. Відлік ведеться по шкалі в градусах Цельсія.

В якості робочої рідини в скляних термометрах використовують ртуть, спирт або толуол. Ртуть є кращою робочою рідиною, тому що вона не має властивості змочування, тому в скляному капілярі не утворить увігнутого меніска, що полегшить зняття показань із термометра. Ртуть використовується для вимірювання температур вище за -39°С, так як це э точка її замерзання. Для більш низьких температур застосовуються рідкі органічні сполуки, наприклад етиловий спирт.

В залежності від форми нижньої частини , термометри розділяються на прямі - типу А і кутові - типу Б з кутом 90 або 135 градусів. Для охорони скляної оболонки термометра від ушкоджень і для зручності монтажу прилади поміщають у захисну металеву оправу.

Скляні термометри випускають двох видів: технічні і лабораторні. Похибка технічних термометрів не перевищує одного розподілу шкали, похибка лабораторних – в залежності від меж вимірів від ±0,2 до ±5^оC.

Головна причина похибки рідинних термометрів залежить від поступових незворотних змін пружності скла. Вони приводять до зменшення об’єму скла (капіляру) і підвищенню лінії відліку. Крім того, помилки можуть виникати в результаті неправильного зчитування показань або через розміщення термометра в місці, де температура не відповідає дійсний температурі середовища.

При застосуванні в якості робочої рідини етилового спирту виникають додаткові помилки, через наявність сили зчеплення між спиртом і скляними стінками трубки, тому при швидкому зниженні температури частина рідини утримується на стінках. Крім того, спирт при освітлюванні зменшує свій об’єм.

Скляні термометри через цілий ряд недоліків, порівняно велика теплова інерція, відсутності дистанційної передачі й автоматичного запису показань, в основному використовують у лабораторних дослідженнях і місцевому технологічному контролі.

Ціна поділки шкали приладу залежить від внутрішнього діаметра капіляра і типу робочої рідини. Найменша ціна розподілу шкали лабораторного термометра типу ТЛ 0,01^оC.

Термометри градуюють двома засобами: при повному зануренні самого термометра до оцінки максимальної температури, нанесеної на шкалі; при частковому зануренні в вимірювальне середовище (при даному засобі на зворотному боці термометра вказується глибина занурення).

У практичних вимірах температури на технологічних об'єктах глибина занурення термометрів відрізняється від умов градуювання. Тому необхідно вводити в показання приладу відповідну поправку на не занурену частину капіляра, тобто поправку на «виступаючий стовпчик», що охолоджується зовнішньою навколишньою атмосферою.

Абсолютне значення поправки визначається формулою Δt=1610^-4Kh (t-t1), де К-коефіцієнт, що залежить від типу робочої рідини і матеріалу скла, h - довжина виступаючого стовпчика, виражена в ^оC шкали приладу, t - показання термометра, ^оC, t1 - середня температура навколишнього середовища, ^оC.

Значення коефіцієнта К для визначення поправки температури

Тип скла термометра	термометричне	тип 5911	тип 600	тип 700
Тип робочої рідини:
Ртуть	1	1,035	1,09	1,095
Спирт	6,5	-	-	-
Толуол	7,5	-	-	-
керосин	5,6	-	-	-

Захисні оправи для термометрів випускають трьох типів: А, Б і В. Оправу типу А використовують при незначному тиску, близькому до атмосферного; типу Б - при тиску середовища, що вимірюється до 6,4 МПа (64 кгс/см²); типу В - при тиску до 32 МПа (320 кгс/см²)

Також скляні термометр застосовуються для вимірювання вологості повітря, за допомогою порівняння показань сухого і змоченого термометрів у діапазоні від -35 до +50°С.