Поняття про температуру і температурні шкали.

Поняття про температуру та температурні шкали. Класифікація методів та приладів для вимірювання температури

Лекція № 10

1 Поняття про температуру і температурні шкали.

2 Класифікація термометрів.

3 Види термометрів (пристрій і принцип дії):

3.1 Термометри розширення.

3.2 Манометричні термометри.

Температура є одним з основних параметрів, визначальний хід і тривалість багатьох процесів в ливарних і термічних цехах. Точна оцінка температури визначає ефективність автоматичного управління. Різноманіття поставлених завдань зумовила поява і розвиток великого числа різноманітних методів і пристроїв вимірювання температури.

Під температурою розуміється величина, що характеризує тепловий стан тіл і визначається кількістю внутрішньої кінетичної енергії теплового руху молекул.

Зміряти температуру, подібно до того, як вимірюють довжину, масу або об'єм, не можна, оскільки температури не складаються. Не існує такої одиниці температури, якою можна безпосередньо вимірювати будь-яку температуру, подібно до того, як метром вимірюють будь-яку довжину. Довжина, маса і об'єм - приклади екстенсивних (кількісних) властивостей системи. Якщо металевий стрижень розділити на декілька частин, температура кожній з них від цього не зміниться. Температура - приклад інтенсивних (якісних) властивостей системи. Отже, для вимірювання температури необхідно використовувати об'єктивний зв'язок між температурою і будь-якою екстенсивною величиною: зміною об'єму, довжини і тому подібне

У науково-технічній і виробничій практиці існує значне число різноманітних пристроїв для вимірювання температури твердих, рідких і газоподібних засобів, що використовують різні термометричні властивості і що носять назву термометр.

Термометр - це прилад, вживаний для вимірювання температури шляхом перетворення її в свідчення або сигнал, що є відомою функцією температури.

Частина термометра, що перетворює теплову енергію в інший вид енергії, називається чутливим елементом.

Термометр, що не має власної шкали, і вторинний прилад, що перетворює сигнал термометра в чисельну величину, утворюють вимірювальний термокомплект.

Прилади для вимірювання температури з'явилися ще в XVII в. Були запропоновані різні температурні шкали: Фаренгейта, Реомюра, Цельсія і ін. У основі побудови цих шкал лежить вибір двох опорних (реперних) температур, що характеризують фазову рівновагу чистої речовини при його переході з одного агрегатного стану в інше.

Інтервал між опорними температурами ділиться на певне число відміток з однаковою довжиною ділення, які і утворюють температурну шкалу. Ціну ділення такої шкали називають градусом. Зокрема, для стоградусної шкали Цельсія як температури реперів прийняті температури плавлення льоду і кипіння води при нормальному атмосферному тиску.

Надалі з'ясувалося, що для однакових температурних шкал приладів, що використовують різні фізичні речовини, виходили різні значення температури. Пояснювалося це тим, що термометричні властивості різних речовин по-різному змінюються разом з температурою.

У 1849 р. Кельвін запропонував термодинамічну шкалу, не залежну від термометричних властивостей речовин. У основу її побудови покладений термодинамічний оборотний цикл Карно Q₁/Q₂=T₁/T₂, де Q₁ - отримана теплота при абсолютній температурі Т₁, Q₂ - віддана теплота при абсолютній температурі Т₂.

Термодинамічна температурна шкала є початковою при побудові температурних шкал, не залежних від властивостей термометричної речовини. Її одиницею служить градус Кельвіна (К) - 1/273,16 частина термодинамічної температури рівноваги між твердою, рідкою і газоподібною фазами води (потрійна точка води).

Співвідношення між температурою t, вираженою в градусах Цельсія, і абсолютною температурою Т визначається формулою t=T-273,16°. Проте для практичного вимірювання температури термодинамічна шкала незручна, оскільки необхідно використовувати громіздкі газові термометри з введенням для кожного значення температури різних поправок. Тому для відтворення температур від 13,81 до 6300К в 1968 р. була прийнята

Міжнародна практична температурна шкала, створена на основі станів фазової рівноваги ряду чистих речовин (водню, неону, кисню, води, цинку, срібла, золота). Цим станам речовин (їх їх вибрано одинадцять) відповідає постійне значення температури за термодинамічною шкалою. Значення температур між постійними температурами станів рівноваги визначають по інтерполяційних формулах за допомогою еталонних засобів вимірювань. Як такі засоби вимірювань для температур від 13,81 до 903,89К (630,74 °С) використовують термометр опору з платинового дроту, для температур від 903,89 до 1337,52К (1064,3°С) - платинородій-платиновий термоелектричний термометр, від 1337,58 до 6300К - монохроматичний пірометр випромінювання.