- •Модуль 1. Традиційні теплові вимірювання Тема 1. Теплова енергія. Теплові вимірювання.
- •2. Закон збереження і перетворення енергії. Перший закон термодинаміки
- •3. Вимірювання температур і кількості тепла. Термометри і калориметри
- •4. Теплові потоки. Електро-тепло-гідравлічна аналогія.
- •5. Теплометрія як наука
- •6. Мета і завдання вивчення курсу теплометрії
- •Тема 2. Термометрія План.
- •Температурні шкали. Мтш-90
- •Рідинно-скляні термометри
- •Термопари
- •Термометри опору
- •Пірометри
- •Градуювання термометрів. Єдність температурних вимірювань
- •Запитання для самоконтролю
- •Тема 3. Калориметрія План.
- •2. Теплоємність. Одиниці вимірювання кількості теплоти
- •Типи і принципи дії калориметрів
- •Градуювання калориметрів
- •Галузі застосування калориметрів
- •Запитання для самоконтролю
- •2. Потреби у вимірюванні теплопровідності
- •3. Методи і засоби вимірювання теплопровідності
- •4. Метрологічне забезпечення вимірювання теплопровідності
- •Запитання для самоконтролю
- •Тема 5. Вимірювання теплового потоку
- •2. Первинні перетворювачі теплового потоку (птп)
- •3. Конструкції птп. Технічні характеристики птп різних типів
- •Вимірювання теплового потоку за допомогою птп
- •5. Метрологічне забезпечення вимірювань теплового потоку
- •Тема 6. Застосування теплометрії План.
- •Методика визначення теплового потоку крізь огороджувальні конструкції.
- •Теплометрія іонізуючих випромінювань. Калориметр інтегрального
- •Теплометричні дослідження стану аварійного 4-го блоку Чорнобильської аес. Оперативний контроль теплових характеристик. Значення цих вимірювань
- •Запитання для самоконтролю
- •Список рекомендованої літератури Основна література
- •Додаткова література
3. Вимірювання температур і кількості тепла. Термометри і калориметри
Вимірювання температури – термометрія – одна з найдревніших галузей метрології. Для вимірювання температур створені різноманітні термометри: газові, рідинні, термоелектричні, електричного опору та інші, які задовольняють наявні потреби промисловості, транспорту, медицини, комунального господарства, наукових досліджень.
Для вимірювання кількості теплоти, що виділяється чи поглинається в хімічних і ядерних реакціях, радіаційних взаємодіях, в інших перетвореннях різних видів енергії, а також для визначення теплоємності речовин були розроблені і широко використовуються калориметри – адіабатичні, ізотермічні, діатермічні та інші.
Теплова енергія має важливу особливість – вона довільно переходить від тіл з більш високою температурою до тіл з меншою температурою. Цей експериментально встановлений факт є змістом Другого закону термодинаміки. Для переносу певної кількості теплоти від холодного тіла до нагрітого необхідні витрати відповідної кількості іншого виду енергії (електричної, механічної, хімічної) – такі процеси відбуваються у холодильних установках.
Кількість теплової енергії, яка переходить від більш нагрітого тіла до менш нагрітого тіла (середовища) за інтервал часу Δτ , дорівнює:
Q = qSΔτ , (3)
де S – площа контакту тіл, між якими відбувається теплообмін, і q – густина теплового потоку.
4. Теплові потоки. Електро-тепло-гідравлічна аналогія.
В сучасних розрахунках теплових процесів широко застосовуються методи електро-тепло-гідравлічної аналогії. Вимірювання температури і теплових потоків у теплотехніці аналогічне вимірюванням напруги і сили току в електротехніці і висоти підйому води і потоків води у гідротехніці. Енергія води, яку піднято на висоту Н, можна обчислити за формулою:
Р = МgН, (4)
де g – прискорення сили земного тяжіння.
Кількість Е електричної енергії, яку ми споживаємо, визначається за формулою:
Е = WΔτ = IUΔτ, (5)
де W – потужність, І – сила електричного струму і U – напруга.
Математичні співвідношення, які описують теплові, гідравлічні і електричні процеси, що відбуваються у складних системах і схемах, мають однаковий вигляд і відрізняються тільки фізичним змістом і значеннями коефіцієнтів. Це дозволяє моделювати складні теплові системи і мережі за допомогою гідравлічних і електричних стендів у зменшених масштабах.
В електротехніці розроблені і застосовуються вольтметри, амперметри, ватметри і лічильники електроенергії. У теплотехніці до середини 20-го сторіччя використовувались тільки термометри і калориметри. Перші детектори (перетворювачі теплового потоку - ПТП) і прилади для вимірювання теплових потоків, які можна широко застосовувати у різних галузях промисловості, комунального господарства, медицини тощо, були створені в Україні, в Києві, в Інституті технічної теплофізики НАН України у 1955 році. З того часу створено десятки типів тепловимірювальних приладів для різних галузей застосування, метрологічне забезпечення та методики цих вимірювань. Таким чином, технологи, конструктори і дослідники отримали нові ефективні методи і засоби контролю, проектування і оптимізації теплових установок і апаратів. Це суттєво сприяє розробці і впровадженню новітніх енергозберігаючих технологій.