Общие понятия

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Часть I – термометры расширения

Методические указания к практическим занятиям по курсу «Измерительные преобразователи» для студентов специальности 220301.65 и направления 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Астрахань, 2012

Составители:

Кокуев А. Г. – к.т.н. доц. кафедры «Автоматизация технологических процессов»

Рецензент: Прохватилова Л.И.. – к.т.н. доц. кафедры «Автоматизация технологических процессов»

Методические указания к практическим занятиям по курсу «измерительные преобразователи»: измерительные преобразователи температуры часть I – термометры расширения для студентов специальности 220301.65 и направления 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств» / АГТУ; Сост.: А. Г. Кокуев.- Астрахань, 2012.-26 с.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании методической комиссии направления «Автоматизация и управление»
от 18.09.2012г. Протокол №3

Содержание

1 Общие понятия. 4

2 Термометры расширения. 7

Термометры стеклянные жидкостные. 7

Дилатометрические и биметаллические термометры.. 10

3 Манометрические термометры.. 15

Газовые. 19

Конденсационные. 20

Жидкостные. 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 26

Общие понятия

Температура объектаисследования характеризует степень его нагретости, которая определяется внутренней кинетиче­ской энергией теплового движения молекул. Температуру можно определить как параметр теплового состояния. При контакте тел (газ, жидкость, твердое тело) теплота от одного из них переходит к другому до тех пор, пока значения средней кинетической энер­гии движения молекул этих тел не будут равны. Для сравнения степени нагретости тел используют изменение какого-либо физи­ческого их свойства, зависящего от температуры и легко подда­ющегося измерению (например, объемное расширение жидкости, изменение электрического сопротивления металла и т. д.) т.е. используются косвенные методы измерения.

Чтобы перейти к количественному определению температуры, необходимо установить шкалу температур, т. е. выбрать начало отсчета (нуль температурной шкалы) и единицу измерения температурного интервала (градус).

Температурные шкалы, применяемые до введения единой температурной шкалы, представляют собой ряд отметок внутри температурного интервала, ограниченного двумя легко воспроизводимыми постоянными (основными реперными или опорными.) точками кипения и плавления химически чистых веществ.

Для разметки температурной шкалы чаще всего использовали объемное расширение тел при нагревании, а за постоянные точки принимали температуры кипения воды и таяния льда. На этом принципе основаны температурные шкалы, созданные Ломоносовым, Фаренгейтом, Реомюром и Цельсием. При построении этих шкал была принята линейная зависимость между объемным расширением жидкости и температурой.

В природе нет жидкостей с линейной зависимостью между коэффициентом объемного расширения и температурой, поэтому показания термометров зависят от природы термометрического вещества (ртути, спирта и т. п.).

С развитием науки и техники возникла необходимость в создании единой температурной шкалы, не связанной с какими-либо частными свойствами термометрического вещества и пригодной в широком интервале температур.

В термодинамической шкале Кельвина нижней точкой является точка абсолютного нуля (0 К), а единственной экспериментальной основной точкой – тройная точка воды. Этой точке соответствует значение 273, 16 К. Тройная точка воды (температура равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах) выше точки таяния льда на 0, 01 град. Термодинамическую шкалу называют абсолютной, если в ней за нуль принята точка на 273, 16 К ниже точки плавления льда.

Строго говоря, осуществить шкалу Кельвина невозможно, так как уравнение ее выведено из идеального цикла Карно. Термодинамическая шкала температур совпадает со шкалой газового термометра, заполненного идеальным газом. Известно, что некоторые реальные газы (водород, гелий, неон, азот) в широком интервале температур по своим свойствам сравнительно мало отличаются от идеального газа.

Газовые термометры – весьма точные приборы для измерения температур, но работа с ними чрезвычайно сложна, а диапазон измерения температуры относительно узок. Они не получили широкого практического применения. В связи с этим возникла необходимость разработки такой практической температурной шкалы, которая, совпадая с термодинамической и одновременно позволяя расширить температурный диапазон, была бы удобна при измерениях и обеспечивала надежность воспроизведения.

Такими свойствами обладает международная практическая температурная шкала, основанная на ряде воспроизводимых равновесных состояний, которым соответствуют определенные значения температур (основные реперные точки), и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах.

В интервале между температурами основных реперных точек интерполяцию выполняют по формулам, устанавливающим связь между показаниями эталонных приборов и значениями международной практической температурной шкалы.

Основные реперные точки реализуются как определенные состояния фазовых равновесий некоторых чистых веществ и охватывают интервал температур от - 259, 34 °С (тройная точка равновесия водорода) до +1064, 43 °С (точка затвердевания золота).

Эталонным прибором, используемым в области температур от - 259, 34 до + 630, 74 °С, является платиновый термометр сопротивления, от +630, 74 до +1064, 43 °С – термоэлектрический термометр с термоэлектродами из платинородия (10 % родия) и платины. Для области температур выше 1064, 43 °С температуру по международной практической шкале определяют в соответствии с законом излучения Планка.

Температуру, измеряемую по международной практической шкале, обозначают буквой t, а числовые значения сопровождают знаком °С.