Температура. Классификация приборов. Механические и манометрические термометры. Термометры сопротивления, термопары, оптические пирометры.
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.
Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул.
Молекулярно-кинетическое определение: Температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.
Термодинамическое определение: Температура — величина, обратная изменению энтропии (степени беспорядка) системы при добавлении в систему единичного количества теплоты.
Температура не поддается непосредственному измерению. Поэтому о состоянии теплового равновесия и о значении температуры судят по изменению физических свойств тел.
За единицу измерений температуры в «СИ» принят Кельвин (К). Допускается применять также шкалу Цельсия.
Для пересчета температуры, выраженной в Кельвинах или градусах Фаренгейта, в градусы Цельсия пользуются равенством
где n - число градусов по шкале Фаренгейта.
Прибор для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой называется термометром.
Первым устройством, созданным для измерения температуры, считают водяной термометр Галилея (1597 г.)
Измерительная система температур представляет собой совокупность термометрического преобразователя (датчика) и вторичного измерительного прибора.
Классификация термометров
А. Термометры для измерения температуры контактным методом:
1) Термометры расширения. Диапазон: от -190 до +500 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве тел под действием температуры изменять объем, а следовательно, и линейные размеры.
- Жидкостные термометры (от -200 до 750°С) используют принцип теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре. В качестве рабочих веществ используются ртуть и органические жидкости - этиловый спирт, толуол и др..
- Дилатометрические (механические) термометры, действие которых основано на относительном удлинении под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. В свою очередь подразделяются на стержневой и пластинчатый (биметаллический).
2) Термометры сопротивления (электрические). Диапазон: от -200 до +650 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве металлических проводников изменять электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве свое сопротивление. Зная зависимость сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о температуре проводника.
3) Термоэлектрические преобразователи (термопары). Диапазон: 0 до +1800 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве разнородных металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э.д.с.), зависящую от температуры места соединения (спая) концов двух разнородных проводников (термоэлектродов), образующих чувствительный элемент термометра – термопару. Располагая законом изменения термо-э.д.с. термометра от температуры и определяя значение термо-э.д.с. электроизмерительным прибором, можно найти искомое значение температуры в месте измерения.
4) Манометрические термометры. Диапазон: от -200 до +700 градусов Цельсия. Класс точности 1-2. Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления жидкости, газа или пара, помещенных в замкнутый объем, при нагревании или охлаждении этих веществ. В зависимости от заключенного в термосистеме рабочего вещества манометрические термометры разделяются на газовые, жидкостные и конденсационные. Указанные термометры являются промышленными показывающими и самопишущими приборами, предназначенными для измерения температуры в диапазоне до 600 °С. Класс точности их 1-2,5.
Б. Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом. Диапазон: от +100 до 2500 градусов Цельсия.
1) яркостные (оптические) пирометры, измеряющие яркость нагретого тела на данной длине волны;
2) радиационные пирометры, измеряющие температуру по тепловому действию лучеиспускания накаленного тела во всем спектре длин волн.