Жидкостные термометры расширения

Общие сведения

Измерение температуры контактными методами

Курс лекций. Часть 2.

Теплотехнические измерения и приборы.

1. Общие сведения

2. Жидкостные термометры расширения

3. Манометрические термометры

4. Термоэлектрические термометры

5. Электрические термометры сопротивления

6. Методы измерения температуры и их ошибки

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно молекулярно-кинетической теории температура является условной статистической величиной прямо пропорциональной средней кинетической энергии молекул тела (поступательного движения, где Дж/К – постоянная Больцмана).

Измерить непосредственно температуру, как, например, линейные размеры, невозможно. Поэтому температуру определяют косвенно, по изменению физических свойств различных тел, получивших название термометрических. Например, объемное расширение, изменение электрического сопротивления, термо-ЭДС и т.п.

Для определения изменяющегося уровня теплового состояния необходимо иметь температурную шкалу, для построения которой используют две реперные точки и. Обычно это температуры фазового равновесия, которым присваивают произвольные значения и предполагают, что термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно изменяется с температурой:

,

где – коэффициент пропорциональности;.

На этом принципе основаны шкалы Фаренгейта (), Реомюра () и Цельсия ().

В шкале Фаренгейта за начальную точку принимается температура смеси снега с нашатырем или поваренной солью. Температура замерзания воды составляет. В шкалах Реомюра и Цельсия за нуль принимается температура замерзания воды, а температура кипения – и.

Пересчет температур:.

Однако с развитием измерительной техники было обнаружено, что показания термометров расходятся, особенно при высоких и очень низких температурах.

Более точными являются газовые температурные шкалы, например, водородная.

В середине прошлого века Кельвин предложил термодинамическую температурную шкалу, основанную на втором законе термодинамики и не зависящую от свойств термометрического вещества:

Один градус по термодинамической шкале (К) соответствует такому повышению температуры, которое равно 1/100 части работы по циклу Карно между точками плавления льда и кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Соотношение между Кельвином и градусом Цельсия:

В производственной практике сейчас применяется МПТШ-68, установленная для интервала температур от 13,81 до 6300 К. МПТШ-68 базируется на эталонных приборах и 11 реперных точках, которым присвоены точные значения температур. Они воспроизводятся с высокой точностью с помощью фазовых равновесных ряда чистых веществ.

Термометр – это прибор, применяемый для измерения температуры путем преобразования ее в показания или в сигнал, являющийся известной функцией температуры.

Часть термометра, преобразующая тепловую энергию в другой вид энергии, называется чувствительным элементом.

Известные приборы для контроля температуры можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные.

Термометрическое свойство	Прибор	Пределы длительного применения
нижний	верхний
Тепловое расширение	Жидкостные стеклянные термометры Дилатометрические и биметаллические термометры	-200   -60
Изменение давления	Манометрические термометры	-150
Изменение электрического сопротивления	Электрические термометры сопротивления (метал.) Полупроводниковые тензорезисторы	-200   -270
Термоэлектрический эффект (термо-ЭДС.)	Стандартные термоэлектрические термометры Специальные	-200   -270
Тепловое излучение	Пирометры оптические   Радиационные   Фотоэлектрические   Цветовые

Термокомплектом называют измерительную установку, состоящую из термометра, не имеющего собственной шкалы, и вторичного прибора, преобразующего выходной сигнал термометра в численную величину.

Стеклянные жидкостные термометры – высокая точность, низкая стоимость и простота эксплуатации.

Недостатки: плохая видимость шкалы, невозможность автоматической записи, передачи показания на расстояние и ремонта.

Термометрические жидкости – ртуть, а также органические заполнители (толуол, этиловый спирт, керосин, пентан и т.п.)

Конструктивно делятся на палочные, и – со вложенной шкалой, по форме – прямые и угловые.

В зависимости от назначения делятся на образцовые, лабораторные, технические, бытовые, метеорологические, медицинские, для сельского хозяйства.

Для задач регулирования и сигнализации разработаны электроконтактные термометры.

По методу градуировки:

1) при полном погружении (до отсчитываемого деления);

2) при заданной глубине погружения.

Погрешности жидкостных термометров

Допустимые погрешности измерения технических термометров не должны превышать одного деления шкалы. Так, при цене деления;.

Для других термометров может превышать цену деления, так, лабораторные,.

Принцип действия основан на расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре в зависимости от температуры.

Основными элементами конструкции являются резервуар с припаянным к нему капилляром, и шкала.

Конструктивно различаются палочные термометры и с вложенной шкалой. У палочных термометров шкала располагается непосредственно на поверхности толстостенного капилляра. У термометров со вложенной шкалой капилляр и шкальная пластина заключены в защитную оболочку, припаянную к резервуару.

Стеклянные термометры являются одними из наиболее точных средств измерения температуры.

Біметалічні та дилатометричні термометри

Принцип дії заснований на термометричній властивості теплового розширення твердих тіл

1. Чутливий елемент біметалічного термометра складається з двох пластинок (стрічок) різнорідних матеріалів з різними коефіцієнтами теплового розширення – великим та малим.

Прикладом біметалічного чутливого елемента є пара «латунь – інвар»[1]. Ефект застосування цієї пари досягається за рахунок того, що коефіцієнт теплового розширення латуні у 19 разів більше, ніж у інвару.

Дилатометричні термометри застосовуються в автоматичному регулюванні.

Дата добавления: 2013-12-11