11. Методы и приборы для измерения температуры.
Температура. Классификация термометров.
Температура вещества - величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул. Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел.
Для сравнения нагретости этих тел используют изменения каких-либо физических свойств, зависящих от температуры и легко поддающихся измерению.
Приборы для измерения температуры основаны на изменении
следующих свойств вещества при изменении температуры:
На изменении объёма тела - термометры расширения:
• изменение линейного размера-дилатометры;
• изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере
- манометрические термометры.
На изменении сопротивления - термометры сопротивления:
• термометры из благородных металлов - платины;
• термометры из неблагородных металлов;
• полупроводниковые термометры (термисторы).
Основанные на явлении термоэффекта - термопары.
Использующие оптические свойства вещества – оптические термометры или пирометры:
• радиационные пирометры;
• яркостные пирометры;
• цветовые пирометры.
Использующие прочие свойства вещества:
• шумовые термометры, использующие зависимость уровня
шума от температуры (для измерения низких температур);
• резонансные термометры, использующие зависимость резонансной
частоты от температуры;
• термометры, использующие свойства р-п переходов.
12. Термометры расширения. Жидкостные стеклянные.
Измерение температуры жидкостными стеклянными термометрами основано на различии коэффициентов объемного расширения жидкости и материала оболочки термометра.
Чувствительность термометра зависит от разности коэффициентов объемного расширения термометрической жидкости и стекла, от объема резервуара и диаметра капилляра. Чувствительность термометра обычно лежит в пределах 0,4…5 мм/С (для некоторых специальных термометров 100…200 мм/С).
Для защиты от повреждений технические термометры монтируются в металлической оправе, а нижняя погружная часть закрывается металлической гильзой.
Наиболее распространены ртутные стеклянные термометры. Ртуть не смачивает стекло, почти не окисляется, легко получается в химически чистом виде и имеет значительный интервал между точкой плавления (-38,86° С) и точкой кипения (+356,6°С). Недостаток ртути – сравнительно небольшой температурный коэффициент расширения. Основные недостатки жидкостных стеклянных термометров - невозможность регистрации и передачи показаний на расстояние, значительная тепловая инерция.
13. Термометры, основанные на расширении твердых тел.
К этой группе приборов относятся дилатометрические и биметаллические термометры, основанные на изменении линейных размеров твердых тел с изменением температуры.
1) Конструктивное исполнение дилатометрических термометров основано на преобразовании измеряемой температуры в разность абсолютных значений удлинений двух стержней, изготовленных из материалов с существенно различными термическими коэффициентами линейного расширения:
,
1/град,
где l0, lt1, lt2 - линейные размеры тела при 0 С, температурах t1 и t2 соответственно.
В силу того, что мала, дилатометрические термометры применяются в качестве различного рода тепловых реле в устройствах сигнализации и регулирования температуры.
2) Он состоит из дугообразной изогнутой пластинки, изготовленной из двух пластин 1 и 2 из различных металлов (например, меди и инвара) с различными коэффициентами линейного расширения, приваренных одна к другой по всей длине. Обычно внутренняя пластина 2 изготавливается из металла с большим коэффициентом линейного расширения. При повышении температуры пластинка разгибается. Деформация пластинки с помощью тяги 3, зубчатого сектора 4 и зубчатого колеса 5 передается стрелке 6. Верхний предел измерения при использовании биметаллической пластинки ограничивается пределом упругости материала. В качестве чувствительного элемента применяют также плоские и винтовые спирали. Пределы измерения биметаллическими термометрами от –150 до +700С, погрешность 1-1,5%.