Контрольные вопросы

1. Как устроен дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП)?

2. На каком принципе действует ДТП?

3. Для чего предназначен ДТП?

4. Каково устройство передающего преобразователя с магнитной компенсацией?

5. Каков принцип действия преобразователя с магнитной компенсацией?

6. Каково устройство и принцип действия электросилового преобразователя?

7. В чем проявляется преимущества электросилового преобразователя?

8. На чем основан принцип действия измерительных тензопреобразователей?

9. Какие существуют разновидности тензопреобразователей?

10. Какова область применения измерительных тензопреобразователей?

6. Измерение температур

Температура может быть определена как параметр теплового состояния, характеризующий степень нагрева тела. Значение температуры обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул тела.

При соприкосновении двух тел переход тепла от одного тела к другому будет происходить до тех пор, пока значения средней кинетической энергии поступательного движения молекул этих тел не будут равны.

С изменением средней кинетической энергии движения молекул тела изменяется степень его нагрева, а вместе с тем изменяются также физические свойства тела.

При данной температуре кинетическая энергия каждой отдельной молекулы тела может значительно отличаться от средней кинетической энергии. Поэтому понятие температуры является статистическим и применимо только к телу, состоящему из достаточно большого числа молекул; в применении к отдельной молекуле оно бессмысленно.

Температура характеризует как качественную, так и количественную сторону процессов теплообмена.

Измерить температуру непосредственно нельзя. Значение температуры определяется только по другим физическим параметрам тела, термометрическим свойствам вещества, которые однозначно зависят от температуры. К таким параметрам относятся:

• объем;

• длина;

• электрическое сопротивление;

• термоэлектродвижущая сила;

• энергетическая яркость излучения.

6.1. Практические температурные шкалы

В настоящее время применяется Международная практическая температурная шкала (МТШ-90) редакции 1989 г. Согласно МТШ-90 основной температурой является термодинамическая температура (T).

Единица измерения температуры Кельвин (К) – 1/273,16 часть термодинамической температуры равновесия между твердой, жидкой и газообразной фазами воды (тройная точка воды).

Единица, применяемая для выражения температуры Цельсия, – градус Цельсия (C), который равен Кельвину.

Температура в градусах Цельсия определяется из выражения , где T₀ = 273,15 К.

Международная температурная шкала постоянно развивается и дополняется. Так, в октябре 2000 г. Международный комитет по мерам и весам при МВМВ утвердил новую предварительную низкотемпературную международную шкалу ПНТШ-2000 (PLTS-2000), которая расширяет диапазон МТШ-90 в низкотемпературной области. Шкала начинается с температуры 0,902 мК, соответствующей твердому состоянию ³He и доходит до температуры 1 К, таким образом перекрывая диапазон МТШ-90 в интервале 0,65÷1 К. Шкала основана на измерении давления при плавлении ³He. Были выпущены основополагающие документы: текст шкалы и Дополнительная информация. (См. раздел Официальный текст и дополнительная информация).

В июне 2005 г. Консультативный комитет по термометрии выпустил Техническое приложение к МТШ-90, которое получило статус обязательного приложения к тексту шкалы. Дополнение касается определения температуры тройной точки воды и основано на результатах анализа расхождений значений температур ампул тройной точки воды, использующих воду разного изотопного состава. Техническое приложение также приведено в разделе Официальный текст и дополнительная информация.

Разность температур выражается как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия. МТШ-90 выбрана таким образом, чтобы температура, измеренная по этой шкале, была близка к термодинамической температуре с точностью, обеспечиваемой современными средствами измерений. МТШ-90 основана на значении температур, присвоенных 11 воспроизводимым состояниям равновесия, и на специально аттестованных интерполяционных приборах.

Интерполяция между температурами постоянных точек производится по формулам, служащим для установления связи между показаниями этих приборов и значениями международной практической температурной шкалы.

Основные постоянные точки воспроизводят, осуществляя состояние равновесия между фазами чистых веществ. В табл. 6.1 приведены состояния равновесия и присвоенные им значения температуры, определенные по термодинамической шкале.

МТШ-90 позволяет определять температуру рабочими средствами измерения по термодинамической шкале с погрешностью, определяемой методом измерения. МТШ-90 обеспечивает измерение температур в интервале от 13,81 до 6300 К.

В качестве эталонного средства измерения для области температур от 13,81 до 903,89 K (630,74 °C) применяют термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки.

Таблица 6.1. Основные реперные точки МТШ-90

Состояние равновесия	Присвоенные значения температуры по термодинамической шкале
	T, К	t, °C
Равновесие между твердой, жидкой и газообразной фазами водорода (тройная точка водорода)	13,81	–259,34
Равновесие между жидкой и газообразной фазами водорода при давлении 33 330,6 Па (25/76 нормального атмосферного давления)	17,042	–256,108
Равновесие между жидкой и газообразной фазами водорода (точка кипения водорода)	20,28	–252,87
Равновесие между жидкой и газообразной фазами неона (точка кипения неона)	27,102	–246,048
Равновесие между твердой, жидкой и газообразной фазами кислорода (тройная точка кислорода)	54,361	–218,789
Равновесие между жидкой и газообразной фазами кислорода (точка кипения кислорода)	90,188	–182,962
Равновесие между твердой, жидкой и газообразной фазами воды (тройная точка воды)	273,16	0,01
Равновесие между жидкой и парообразной фазами воды (точка кипения воды)	373,15	100
Равновесие между твердой и жидкой фазами цинка (точка затвердевания цинка)	692,73	419,58
Равновесие между твердой и жидкой фазами серебра (точка затвердевания серебра)	1235,08	961,93
Равновесие между твердой и жидкой фазами золота (точка затвердевания золота)	1337,58	1064,43

Для области температур от 630,74 до 1064,43 °C в качестве эталонного термометра применяется платинородий – платиновый термоэлектрический термометр.

Для области температур от 1337,58 K (1064,3 °C) до 6300 К применяется квазимонохроматический пирометр.

Кроме МТШ-90 установлены практические температурные шкалы (ГОСТ 8.157-75), которые предназначены для осуществления единообразных измерений температуры в диапазоне от 0,01 до 100 000 К.

Для диапазона 0,01…0,8 K установлена температурная шкала термометра магнитной восприимчивости (ТШТМВ), основанная на зависимости магнитной восприимчивости термометра из церий–магниевого нитрата от температуры.

В диапазоне от 0,8 до 1,5 K установлена шкала конденсационного термометра ³He 1962 г., основанная на зависимости давления насыщенных паров изотопа гелия-3 от температуры.

В диапазоне от 1,5 до 4,2 K применяется шкала конденсационного термометра ⁴Не 1958 г., основанная на зависимости давления насыщенных паров изотопа гелия-4 от температуры.

Температурная шкала германиевого термометра электрического сопротивления (ТШГТС) основана на зависимости сопротивления германиевого термометра от температуры Т и установлена для диапазона температур от 4,2 до 13,81 К.

Температурная шкала пирометра микроволнового излучения (ТШПМИ) основана на зависимости спектральной плотности энергии излучения L (T) черного тела от температуры T в микроволновом диапазоне излучения и установлена для диапазона от 6300 до 100 000 К.

В зарубежной литературе наряду с выражением температуры в Кельвинах (К) и градусах Цельсия (°С) используется градус Фаренгейта (°F) и градус Ренкина (°Ra).

Пересчет числовых значений температуры, выраженной в градусах одной шкалы, в градусы другой производят по следующим формулам:

.