Температурные шкалы
Температурная шкала- конкретная функциональная числовая связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства.
Первые шкалы появились в XVIII веке. Для их построения выбирались две опорные (реперные) точки, представляющие собой температуры фазового равновесия чистых веществ. Фаренгейт (1715 г.), Реомюр (1776 г.) и Цельсий (1742 г.) при построении шкал основывались на допущениилинейной связимежду температурой и термометрическим свойством. Позднее было выяснено, что показания термометров, имеющих разные термометрические вещества (например, ртуть, спирт и др.), использующих одно и то же термометрическое свойство и равномерную градусную шкалу, совпадают лишь в реперных точках, а в других точках показания расходятся. Указанное обстоятельство объясняется тем, что связь между температурой и термометрическим свойством на самом деленелинейна,и эта нелинейность различна для различных термометрических веществ.
Проблема создания температурной шкалы, не зависящей от термометрических свойств веществ, была решена в 1848 г. Кельвином, а предложенная им шкала была названатермодинамической. Кельвин предложил взять за единицу измерения 1/100 интервала между точкой кипения воды и точкой таяния льда, а за начало отсчета - температуру абсолютного нуля. Однако предельная погрешность воспроизведения реперных точек шкалы Кельвина была достаточно велика.
В 1948 г. была принята Международная практическая температурная шкала, где единственной реперной точкой была принята тройная точка воды, являющаяся точкой равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазе.
Средства измерения температуры
Термометр- устройство для измерения температуры путём преобразования её в показания или сигнал, являющийся функцией температуры. В зависимости от метода измерений термометры делятся наконтактныеибесконтактные. При создании СИ температуры используются различные принципы (см. табл.), которые определяют пределы применения этих СИ.
|
Средства измерения |
Принцип измерения |
Пределы измерения |
|
Жидкостные стеклянные термометры |
Тепловое расширение Y=f(t) |
-200÷750 °С |
|
Манометрические термометры |
Измерение давления Р = f(t) |
-150÷600 °С |
|
Термометры сопротивления |
Измерение сопротивления R=f(t) |
-260÷750 °С |
|
Термопары |
Термоэлектрические эффекты Е = f(t) |
-50÷1600 °С |
|
Пирометры |
Тепловое излучение |
20÷6000 °С |
Термометры сопротивления.
Термометр сопротивления- комплект для измерения температуры, основанный на зависимости электрического сопротивления термопреобразователя от температуры.
|
Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от –260 до +1100 °С. Платиновые термопреобразователи сопротивления являются наиболее точными первичными преобразователями в диапазоне температур, поэтому используются в качестве рабочих, образцовых и эталонных термометров. Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от –50 до +200°С. При более высоких температурах медь активно окисляется и потому не используется. Никель и железо благодаря своим относительно высоким температурным коэффициентам электрического сопротивления и сравнительно большим сопротивлениям хотя и используются для измерения температуры в диапазоне от –50 до +250°С, однако широко не применяются. Это связано с тем, что градуировочная характеристика их нелинейна, а главное, не стабильна и не воспроизводима, и потому термопреобразователи сопротивления, изготовленные из этих металлов, не стандартизованы. Конструкция технических термометров с металлическим термопреобразователем сопротивления показана на рисунке. Тонкая проволока или лента из платины или меди 1 наматывается на каркас 2 из керамики, слюды, кварца, стекла или пластмассы. После намотки обычно неизолированной платиновой проволоки каркас вместе с проволокой покрывают слюдой. Длина намотанной части каркаса с платиновой проволокой - 50÷100 мм, а с медной – 40 мм. Каркас для защиты от повреждений помещают в тонкостенную алюминиевую гильзу 3, а для улучшения теплопередачи от измеряемой среды к намотанной части каркаса между последней и защитной гильзой 3 устанавливаются упругие металлические пластинки 4 или массивный металлический вкладыш. При изготовлении медных термопреобразователей сопротивления применяют безындукционную бескаркасную намотку. В качестве материала используют изолированную медную проволоку диаметром 0,08 мм, покрытую фторопластовой пленкой. Гильзу 3 с ее содержимым помещают во внешний, обычно стальной, замкнутый чехол 5, который устанавливается на объекте измерения с помощью штуцера 6. На внешней стороне чехла располагается соединительная головка 8, в которой находится изоляционная колодка 7 с винтами для крепления выводных проводов, идущих от каркаса через изоляционные бусы 9. |
Рисунок - Конструкция термометра с металлическим термопреобразователем сопротивления |
Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления применяются для измерения температуры от –100 до 300 °С. Основным преимуществом полупроводников (оксиды магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия) является их большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При повышении температуры полупроводников на один градус их сопротивление уменьшается на 3–5%, что делает их очень чувствительным к изменению температуры. Они находят широкое применение в системах температурной сигнализации, вследствие присущего им релейного эффекта – скачкообразного изменения сопротивления при достижении определенной температуры. Недостатком полупроводниковых материалов является их значительная нелинейность и, главное, невоспроизводимость градуировочной характеристики. Поэтому полупроводниковые термопреобразователи сопротивления даже одного и того же типа имеют индивидуальные градуировки и не взаимозаменяемы.
Манометрические термометры
Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости между температурой и давлением рабочего (термометрического) вещества в замкнутой герметичной термосистеме.
В зависимости от рабочего вещества термосистемы они подразделяются на:
|
1. газовые; 2. жидкостные; 3. конденсационные (парожидкостные). Манометрические термометры изготовляют показывающие и самопишущие. Схема устройства показывающего манометрического термометра представлена на рисунке. Термосистема термометра (рисунок а) состоит из термобаллона 1, погружаемого в среду, температура которой измеряется, капилляра 2 и манометрической пружины 3. Термосистема термометра заполнена рабочим веществом, например газом или жидкостью, под некоторым начальным давлением. При нагревании термобаллона увеличивается давление газа в замкнутой герметизированной термосистеме, в результате чего пружина деформируется (раскручивается) и ее свободный конец перемещается. Движение свободного конца пружины передаточным механизмом преобразуется в перемещение указателя относительно шкалы прибора. По положению указателя на шкале термометра производят отсчет температуры. |
Схема устройства показывающего манометрического термометра. |
