Тақырып. № 1 дәріс: Кіріспе.

Дә рістік сабақ тар конспектілері

Талдау ә дістерін, заттың химиялық қ ұ рамын осы ә діспен анық тау қ андай шамада химиялық реакцияларды немесе физика-химиялық жә не физикалық процестерді қ олдануғ а негізделгеніне қ арай, химиялық, физика-химиялық немесе физикалық деп атайды.

Талдаудың басқ ада ә дістері бар, мысалы биологиялық. Соң ғ ысына кейбір бактериялардың жарқ ырау қ арқ ындылығ ын ө згерту бойынша ауадағ ы кү кіртсутектердің мө лшерін анық тау ә дісін, сонымен қ атар осы заттардың белгілі нормасын қ осқ аннан соң ө летін майда қ ұ рттардың қ озғ алысын бақ ылауғ а негізделген кейбір заттардың талдану ә дістерін жатқ ызуғ а болады. Физика-химиялық жә не физикалық ә дістер, шетелдік ә дебиеттерде инструменталдық деп аталады, ө йткені олар барлық уақ ытта дерлік аспаптарды, ө лшеуіш қ ұ ралдарды қ олдануды талап етеді. Бір қ арағ анда, химиялық талдаудың ә ртү рлі ә дістері ө зара ешқ андай ұ қ састық ты емес сияқ ты, олардың тә сілдері, аппаратурасы жә не қ олдануы ә ртү рлі. Шын мә нінде химиялық қ ұ рамды анық тау принципі кез-келген ә діспен бірдей: заттың қ ұ рамы оның қ асиеттері бойынша анық талады. Ө йткені, басқ а заттардан ө зінің қ ұ рамы мен қ ұ рылымы бойынша ерекшеленетін ә рбір зат, тек қ ана ө зіне тә н жеке қ асиеттерге ие болады. Мысалы, сә улелену затымен шығ ару, сің іру жә не шағ ылыстыру спектрлері ә рбір зат ү шін сипатты тү рге ие. Кристалдардың ерігіштігі мен пішіні бойыншада осы затты тануғ а болады.

Белгісіз заттың қ асиетін анық тап, оны белгілі бір затпен тең естіруге, яғ ни белгісіз затты тануғ а, анық тауғ а болады. Осындай сапалы талдау ү шін, берілген заттың немесе оның кейбір реакцияларының ө німдерінің бірнеше сипатты талдамалы қ асиеттерін зерттеу жеткілікті. Заттардың кө птеген қ асиеттері, осы заттарды басқ а заттар ішінен табатын белгілерді алу ү шін жең іл қ олдануғ а болатыны, ө те маң ызды. Мысалы, зат қ ызу кезінде сә уле шығ арады, яғ ни сигнал береді. Сонымен қ атар зат сә улені сің іредіде, осығ ан байланысты оғ ан тү сетін жарық сигналы қ арқ ындылығ ының тө мендегенін байқ ауғ а болады. Бірақ ә рбір зат басқ а заттармен барлық уақ ытта қ андайда бір жиынтық ты болады. Кө бінесе бұ л заттар қ оспасы, мысалы газдар немесе ерітінділер қ оспасы, ә ншейінде олар сұ йық заттар қ оспасы, дегенмен қ атты заттар қ оспаларыда болады. Тіпті ол таза зат болғ анның ө зінде, онда қ андайда бір мө лшерде кө птеген «бө где» химиялық элементтер бар. Ә рине тү сінікті, бізге қ ажетті сигнал басқ а қ осалқ ы жә не қ оршағ ан заттар сигналымен қ осылып кетеді, сондық тан бө лекше бө ліне алмайды.

Сонымен, біз барлық уақ ытта қ осынды сигналды қ абылдаймыз: X + Хф [мұ ндағ ы X — талданатын зат сигналының мә ні; Хф — барлық қ оса жү ретін жә не қ оршағ ан заттардың жалпы сигналының мә ні, яғ ни біз ө лшейтін сигнал (қ асиет) ү шін осы заттармен тү зілетін фон].

Талданатын ү лгідегі анық талатын заттың мө лшері жеткілікті жоғ ары болғ анда, осы заттар жиынтығ ындағ ы барлық басқ а заттарды біз, қ оспалар деп есептейміз. Егер ол аз болса, онда берілген заттың ө зі қ оспа ретінде қ аралады, ал оның мө лшері 10^-3 % кезінде оның ізді мө лшерлері туралы айтуғ а болады.

Барлық жағ дайдада біздің кө ң ілімізді аудартатын, талданатын заттың концентрациясы, яғ ни оның зерттелетін ерітінді, газдар қ оспасы жә не т.б. кө лемінің бірлігіндегі мө лшері.

Зат концентрациясын, онымен заттардан шығ атын (немесе жұ тылатын) сигналдардың мә ндері арасында барлық уақ ытта тә уелділіктің болуын қ олдана отырып анық тайды. Осы тә уелділікті біле отырып, оның бар екенін кө рсететін сигналдың мә ні бойынша берілген заттың концентрациясын табуғ а болады. Мысалы, сілтілі, сілтіліжер жә не сирекжер элементтерінің газдық жанарғ ы жалынында, осы жалында бү ркілген олардың ерітіндісіндегі концентрациядан атомдарының сә улелену қ арқ ындылығ ының тә уелділігі бойынша ерітіндідегі берілген элементтің мө лшері анық талады.

Талдау ә дістерінің бағ алануы мен таң далуының критериялары болып олардың метрологиялық сипаттамалары табылады: қ алпына келтірілуі, дұ рыстығ ы, байқ алу шектігі (сезімталдығ ы), анық талатын мө лшердің жоғ арғ ы жә не тө менгі шекаралары. Ә дістің сезімталдығ ы қ аншалық ты жоғ ары болса, соншалық ты сигнал қ абылданатын заттың мө лшері аз. Жә неде, жоғ арыда айтылғ андай, бұ л сигналды қ оршағ ан заттар сигналдары фонынан айыруғ а тура келеді. Атап айтқ анда, заттың бар мө лшеріне жауап беретін сигнал X, келесі айырмамен анық талады:

X = (X + Хф) – Хф (1)

Хф мә ні қ осалқ ы жә не қ оршағ ан заттар сигналдарынан тұ рады. Ө лшеуші аспаптар, кү шейткіштер жә не басқ а аппаратура қ олдану кезінде оларда, зерттелетін затқ а қ атысы жоқ, бірақ оғ ан ө зінің сигналын тү сіретін, сигналдар – шу пайда болады. Бұ л шу Хф мә нін жоғ арылатады, яғ ни Х сигналының ө лшеуі ө тетін фонда.

Хф анық тау ү шін, заттың концентрациясын қ абылданғ ан ә діспен, бірақ сол затсыз, анық тағ ан сияқ ты, сигналды бос жү ргізілетін тә жірибеде ө лшейді. Сигналды азайтуды ө лшеуге негізделген ә дістерде (мысалы, қ андайда бір кө зден бағ ытталатын сә уле затпен жұ тылғ ан кезде), бос тә жірибе талданатын затқ а тә уелсіз, ондағ ы сигналдың тө мендеуін ө лшеу ү шін қ олданылады. Бұ л Х анық тау ү шін қ ажет.

Тиімді сигналды кә дімгі ә дістермен ө лшеуге болады, мысалы, кө збен, егер ол ең болмаса фонғ а қ арағ анда 2 % кү штірек болса. Қ ағ аздағ ы боялғ ан таң ба кө зге кө рінеді, егер ол қ ағ азғ а қ арағ анда жарық ты 2 %-ке кө п сің іретін болса. Кө з кө птеген аспаптарғ а қ арағ анда сезімталдырақ.

Бірақ талдама анық таудың сезімталдығ ы жақ ын уақ ыттарда кү рт ө седі деп сенім білдіруге болады. Мёссбауэр эффектісін игеру 15-ші белгі шегінде ө лшеуді жү ргізу мү мкіндігін берді. Ә діс белгілі бір жағ дайларда гамма-кванттардың атомдық ядролармен ө зара ә рекеттесуіне негізделген. Бұ л табысты химиялық талдауда қ олдану мү мкіндігі қ алайыны анық тау мысалында кө рсетілген. Бұ л ә дісті келесі элементтерді талдаулы анық тау ү шін қ олдану теориялық тұ рғ ыдан дә лелденді: темірді, никелді, мырышты, германийді, мышьякты, рутенийді, сурьманы, теллурды, йодты, ксенонды, цезийді, гафнийді, танталды, вольфрамды, ренийді, ос­мийді, иридийді, платинаны, алтынды, таллийді, кө птеген лантаноидтар мен актиноидтарды.

Бірқ атар жағ дайларда дифференци­алдық анық тау жү ргізген тиімді, яғ ни қ ұ рамы бойынша жақ ын екі сынамадан тү сетін сигналды біруақ ытта немесе бірізді ө лшеп, содан соң оның айырымын алу арқ ылы: (Х₁+ Хф) — (Х₂+ Хф) = Х₁ — Х₂ (мұ ндағ ы Х₁ жә не Х₂ — екі сынамадада болатын, бір заттың ә ртү рлі мө лшері). Кейде бірізді сынамалардағ ы талданатын заттың концентрацияларының айырымын білген де жеткілікті болады. Егерде жеке ү лгілердегі концентрацияны анық тау қ ажет болса, онда сынаманың біреуі ретінде эталон (стандарт) алынады, мысалы қ ұ рамы талданатын сынамалардың орташа қ ұ рамына барынша жақ ын келтіретін, зат ерітіндісі.

Ә дісті айқ ындау шегіне жақ ын концентрацияны ө лшеу кезінде, анық таудың ө те ү лкен қ ателіктері алынатыны тү сінікті жә не олар концентрацияның осы шекке жақ ындауымен кү рт артады. Дегенмен, егер бастапқ ы кон­центрация берілген шектен бір қ атарғ а ү лкен болса, онда қ ателіктердің концентрацияғ а тә уелділігі барынша кемиді.

Зауыттық жә не ғ ылыми зертханаларда талдаудың кең інен таралғ ан ә дістері: фотоколориметрия жә не спектрофотометрия, спектрлік талдау, электрхимиялық ә дістер, радиометриялық, масс-спектрометриялық жә не хроматографиялық ә дістер, сонымен қ атар аралас жә не гибридті химиялық талдау ә дістері. Біріншілері 2-3 ә ртү рлі ә дістердің бір химия – талдамалы жү йеге ұ штасуын кө рсетеді, мысалы газдық хроматография ә дістерін, масс-спектрометрия жә не ЖК кө мегімен эксперименттік мә ліметтерді ө ң деу ә дісін. Соң ғ ылары бастапқ ы ә дістердің мү мкіндіктерін байланыстыратын, мейлінше жаң а ә дістер болып табылады. Гибридті ә дістерге мысал ретінде титриметриялық хроматографияны кө рсетуге болады, бұ л ә діс иондардың хроматографиялық бө лінуімен қ атар олардың титриметриялық анық талуында жү ргізуге мү мкіндік береді.

Салыстырмалы аз уақ ыт бұ рын техникалық ө німдердегі қ оспалардың 10^-4—10^-3 % мө лшері ізді мө лшер ретінде бағ аланатында, ескерілмейтін. Қ осалқ ы элементтердің мұ ндай мө лшері ә ртү рлі заттарды ө неркә сіпте жә не кө птеген зерттеу жұ мыстарында қ олдануғ а кедергі келтірген жоқ. Қ азіргі техникағ а барынша зат қ ажет.

Тазалығ ы жоғ ары заттарды ө ндіру жә не қ олдану кезінде барынша аз қ оспалардыда анық тау талап етіледі. Бұ л жағ дайда химиялық талдау міндеті болып, заттың негізгі массасын қ ұ райтын басқ а элементтердің ү лкен мө лшерінің қ атысуымен бір элементтердің ультра микро мө лшерін анық тау болып табылады. Мысалы, жартылай ө ткізгіш электрондық аспаптар дайындауғ а қ олданылатын германий қ ұ рамында басқ а элементтер қ оспасының 10^-7 % бар. Жә неде 1 г ө лшендіде тек қ ана 10^-9 г немесе 0, 001 мкг қ оспа болады. Бұ л қ оспалардың басты массасын 3—4 элемент қ ұ райды. Демек, осы элементтердің бірін анық тау кезінде біз микрограммның барынша аз ү лесімен жұ мыс істейміз. Атомдық ө неркә сіпте қ олданылатын кейбір материалдарда мейлінше таза болуы керек. Яғ ни, осындай жоғ ары тазалық ты материалдарды талдау ү шін ең таза реактивтер қ ажет. Жоғ ары тазалық ты заттар ө ндірісін бақ ылау, қ оспалардың шекті аз мө лшерін анық тауғ а мү мкіндік беретін ә дістерге негізделуі керек.

Автоматтандырылғ ан хроматографтар, спектрометрлер жә не басқ а талдағ ыштар химиялық талдауда толығ ымен қ олданылады. Шетелдерде жаң а атомды-абсорбционды жә не рентгенді спектрометрлер, сонымен қ атар зертханалық роботтар ә зірленген (1 сурет). Сынамалар мен реагенттерді, детекторғ а жің ішке қ ұ быршалар бойымен ағ атын сұ йық тасымалдағ ыштар ағ ынынаенгізетін аспаптар пайда болды. Олар ағ ынды – инжекциялық талдағ ыштар (ПИА) деп аталады.

Жоғ ары сезімталдық пен ерекшеленетін ә дістер арасында элементтік талдаудың масс-спектроскопиялық (МС) ә дісіне нұ сқ ауғ а болады, онда иондар кө зі қ ызметін индук­тивті-байланысты плазма (ИСП) атқ арады — «ИСП—МС ә дісі».

Талдауды таң дау ә дісі. Сезімталдығ ы бойынша дұ рыс келетін ә дісті белгілеген соң, ә дістердің ө німділігі бірдей жағ дайларда, ә рине кү рделі жабдық тарды талап етпейтін, қ арапайым ә дістерге тоқ талу керек. Осы тұ рғ ыдан қ арағ анда ө зіндік жә не сайланғ ан ә дістер ерекше кө ң іл аудартады. Массалық біртекті анық тауды орындау ү шін, анық тауды автоматтандыруғ а мү мкіндік беретін ә дісті таң дау керек. Бірақ, егер тек қ ана бір анық тау орындалатын болса, автоматтандырылғ ан талдағ ыштарғ а тоқ талудың мә ні болмайды. Жалпы қ ажетті талдау ә дісін таң дау қ иын емес, егер талдаудың ә ртү рлі ә дістерін қ олдануда ең болмаса аздағ ан тә жірибе болса.

Талдаудың физика-химиялық жә не физикалық ә дістерін салыстырмалы мө лшерлердің кең шектерінде элементтерді санды анық тау ү шін қ олданады: негізгі (100—1 %), негізгі емес (1, 0—0, 01 %) компоненттер ү шін жә не олардың іздері (< 0, 01 %).

Ө лшеу процесі, барлық физикалық процестер сияқ ты, ө лшенетін шаманың нақ ты мә ні туралы ө лшеуші тұ лғ ағ а бұ рмаланғ ан кө рініс кө рсететін, қ ателіктермен жү реді. Ө лшеуші қ ұ ралдардың қ ателіктерінің сандық мә нінің нысанына қ арай, қ ателер абсолютті, салыстырмалы жә не келтірілген болып бө лінеді.

Абсолютті қ ателік Δ х аспаптың кө рсеткіші х_п мен ө лшенетін шаманың мә ні х арасындағ ы айырмамен анық талады:

Δ х = х_п – х (2)

Абсолютті қ ателік белгілі бір белгіде болады (плюс немесе минус) жә не ө лшенетін шаманың бірлігімен кө рсетіледі. Егер Δ х > 0, онда аспап кө рсеткіші жоғ арылатылғ ан; егер Δ х < 0 – кө рсеткіш тө мендетілген. Тең деуден (2) алынады:

х = х_п – Δ х = х_п + Δ у (3)

мұ ндағ ы Δ у - аспаптың кө рсеткіштеріне тү зету.

Абсолютті қ ателік ө лшеу сапасын толық сипаттау ү шін жеткіліксіз. Оны салыстырмалы қ ателік жақ сы сипаттайды, ол абсолютті қ ателіктің ө лшенетін шаманың нақ ты мә ніне қ атынасымен анық талады, яғ ни

δ х = Δ х / х (4)

Ә ншейінде х_п мә ні х мә нінен аз айырмашылық ты болады, онда (4) тең деудің орнына салыстырмалы қ ателіктің басқ а нысанын ө олданады, бұ л кезде пайызбен есептеледі:

δ х = (Δ х / х_п)100 (5)

Жеке ө лшеудің сапасын қ анағ аттанарлық тай сипаттайтын, салыстырмалы қ ателік, аспаптың сапасын сипаттау ү шін пайдасы жоқ деуге болады. Аспаптар ү шін оның сапасын барынша толық сипаттайтын шама, ол келтірілген қ ателік Δ, ол абсолютті қ ателіктің аспап шкаласының соң ғ ы мә ніне қ атынасына тең

Δ = (Δ х / А_соң .)100 (6)

Пайызбен келтірілген, негізгі келтірілген қ ателіктің ең ұ йғ арынды мә нін аспаптың дә лдік сыныбы деп атайды:

К=Δ _макс=(Δ х_макс / А_соң .)100 (7)

Қ оршағ ан ортаның жағ дайының жә не басқ а пайдалану кө рсеткіштерінің нормадан ауытқ уы кезінде аспаптың қ осымша қ ателігі пайда болады.

Негізгі деп аспап жұ мысының дұ рыс жағ дайына сә йкес қ ателерді айтады: қ оршағ ан ортаның температурасы +20 °С кезінде; атмосфералық қ ысым 101, 325 кПа; ауаның салыстырмалы ылғ алдығ ы 30—80 %; қ оректену кө здерінің берілген кернеуінде; аспаптың жұ мыс орнының дұ рыс орналасуында.

Ә дебиет: 1 нег. [7-10], 2 нег. [9-53].

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Талдау ә дістерін бағ алау жә не таң дауғ а арналғ ан критериялар.

2. Талдау ә дістерінің сыныптамасы.

3. Ө лшеу қ ателері.

№ 2 тақ ырып. № 2 дә ріс: Температураны ө лшеу ә дістері.

Температуа шкалалары. Термоэлектрлік термометрлер. Температураны ө лшеудің оптикалық ә дістері.

Екі температура шкаласы кең інен қ олданылады: абсолютті термодинамикалық жә не қ алық аралық тә жірибелік. Термодинамикалық шкаланың есептелу басы болып абсолюттік нө л нү ктесі таң далғ ан, ал жалғ ыз реперлік нү кте ретінде, 273, 16 К тең, судың ү штік нү ктесі қ абылданғ ан. Дегенмен термодинамикалық шкала тә жірибелік кең қ олдау тапқ ан жоқ, ө йткені газдық термометрлер кө мегімен оны жү зеге асыруда ү лкен қ олдану қ иыншылық тары туды.

Ө лшеу кезінде ең ың ғ айлы болып халық аралық тә жірибелік температуралық шкала табылады (МПТШ), ол заттардың фазалық тепе-тең дігі температураларының қ алпына келтірілу қ атарына негізделген (негізгі реперлік нү ктелер). Негізгі реперлік нү ктелер арасындағ ы интервалдардағ ы температуралар, эталондық аспаптардың кө рсетулері мен халық аралық тә жірибелік температуралық шкала арасындағ ы байланысты белгілейтін, интерполяциялық тең деулермен анық талады.

Негізгі реперлік нү ктелер температуралардың —259, 34-дан (тепе-тең дікті сутегінің ү штік нү ктесі) 1064, 43 °С дейін (алтынның қ ату нү ктесі) диапазонында орналасады. МПТШ-да температуралар интервалы —259, 34-тан 630, 74 °С дейін кедергінің эталонды платиналы термометрі бойынша кө рсетіледі, ал 630, 74-тан 1064, 43 °С дейінгі интервал — эталонды платинородийлі-платиналы терможұ пта.

1064, 43 °С жоғ ары температура МПТШ-да Планк заң ы бойынша анық талады. Температура МПТШ бойынша t арқ ылы белгіленеді, ал сандық мә ні °С белгісімен қ осарлана жазылады. Абсолюттік термодинамикалық температура Т мен халық аралық тә жірибелік шкала бойынша температура t арасында келесі қ атынас бар: Т = t + 273, 15 К.

Температураларды ө лшеудің жанама жә не жанамасыз ә дістері бар. Бірінші жағ дайда аспаптың сезімтал элементі ө лшеу объектісімен сенімді жылулық ты жанасу қ амтамасыз етілуі керек: бұ л жерде температураны ө лшеудің жоғ арғ ы шегі қ олданылатын сезімтал элементтердің ыстық қ а беріктігі мен химиялық тұ рақ тылығ ы шектелген. Ал аспаптың сезімтал элементін ө лшеу объектісімен сенімді жылулық ты жанастыру қ иын болғ ан кезде, ө лшеудің жанамасыз ә дісі қ олданылады.

Термометр деп температураның белгілі функциясы болып табылатын, оны сигналғ а тү рлендіру жолымен температураны ө лшеуге арналғ ан қ ұ рылғ ыны (аспапты атайды. Жұ мыс істеу принципіне тә уелді температураны ө лшеуге арналғ ан аспаптар келесі топтарғ а бө лінеді:

Кең ею термометрлері, жұ мыс істеу принциптері температурағ а тә уелді сұ йық тың кө лемінің (сұ йық тық) немесе қ атты денелердің (биметалдық жә не дилатометриялық) сызық тық мө лшерлерінің ө згеруіне негізделген. Мұ ндай термометрлермен ө лшеу шегі —190-ден +600 °С дейін қ ұ райды.

Манометрлік термометрлер, температурағ а тә уелді шектеулі кө лемде болатын сұ йық тың, булы сұ йық ты қ оспаның немесе газдың қ ысымдары ө згереді. Олар температуралардың —50 -ден +630 °С дейінгі шектерінде температураларды ө лшеу кезінде қ олданылады.

Электр кедергісі термометрлері, температураның ө згеруімен ә ртү рлі материалдардың электрлік кедергілерінің ө згеруіне негізделген. Бұ л жағ дайдағ ы температураны ө лшеу шегі – 200-ден + 650°С дейін металдық жә не – 90-нан + 180 °С дейін кедергінің жартылай ө ткізгішті термометрлері ү шін (термисторлар).

Термоэлектрлік термометрлер (терможұ птар), ә рекет істеу принципі, ә ртекті термоэлектродтар-ө ткізгіштерден немесе жартылай ө ткізгіштерден тұ ратын, тұ йық талғ ан тізбек дә некерінің бірінің температурасы ө згерген кездегі электрқ озғ алтқ ыш кү штің пайда болуына негізделген. Олар —50-тан +2500 °С дейінгі температураны ө лшеу ү шін қ олданылады. Жоғ арыда аталғ ан термометрлер температураны ө лшеуге арналғ ан жанама аспаптар қ атарына жатады.

Температураны жанаспайтын аспаптармен ө лшеу ү шін сә улелену пирометрлері қ олданылады, оларғ а жататындар:

а) бө лшекті сә улелену пирометрлері (жарық тылық ты, оптикалық), температурағ а тә уелді дененің монохроматикалық сә улелену қ арқ ындылығ ының ө згерісіне негізделген. Ө лшеу шектері 800-ден 6000 °С дейін;

б) тү сті пирометрлер, температураны 200-ден 3800 °С дейін у которых измерение температуры в пределах от 200 до происходит за счет измерения отношения интенсивностей излучения на двух длинах волн;

в) радиациялық пирометрлер, қ ыздырылғ ан денелердің сә улеленуінің толық қ уатын ө лшеуге негізделген. Ө лшеу шектері 20-дан 2000 °С дейін.

Кең ею термометрлері. Сұ йық тық шынылы термометрлерде денелердің жылулық кең ею қ асиетін қ олданады. Бұ л жердегі температураның ө згерісі сұ йық пен термометр қ ауызы материалының кө лемдік кең еюінің коэффициенттерінің айырмасына негізделген.

Сұ йық тық термометрлердің сезімталдығ ы, сұ йық пен қ ауыз шынысының кең еюінің температуралық коэффициенттерінің айырмасы ү лкен болғ ан сайын, жоғ ары болады, сондық тан термометрлерді ә зірлеу ү шін, кең еюдің температуралық коэффициенті 2х10^-5 1/°С термометрлік шыны қ олданылады. Жұ мысшы термометрлік сұ йық ретінде кө бінесе химиялық таза сынап қ олданылады. Ө лшеудің тө менгі шегі сынаптың қ атаю температурасымен шектеледі жә не —35 °С тең, жоғ арғ ы шегі шыны ү шін ұ йғ арынды температуралармен анық талады.

Кварцтық шыныны қ олдану кезінде ө лшеудің жоғ арғ ы шегі +750 °С дейін артады. Қ алыпты атмосфералық қ ысым кезінде сынаптың қ айнау температурасы 356, 58 °С тең болатындық тан, жоғ ары температуралы сынапты термометрлерде капиллярлық қ ұ быршадағ ы бос кең істік, қ ысыммен, инертті газбен толтырылады: мысалы шкаласы 500 °С дейінгі термометрлерде газдың қ ысымы 20х10^s Па жетеді. 190 °С дейінгі температураларды ө лшеу ү шін, толық тырғ ыштар ретінде органикалық сұ йық тар қ олданылады. Осындай термометрлерден ең кең таралғ аны – ө лшеу шектері —80-нен +80 °С дейін болатын спиртті термометрлер болады.

Термометрлер келесідей тү рлерге бө лінеді:

- техникалық сынапты – тіке жә не бұ рышты ішіне салынғ ан шкалалы. Температуралар диапазоны – 90-нан + 600 °С дейін;

- зертханалық сынапты — таяқ шалы немесе шкаласы ішіне салынғ ан. Ең дә лдікті термометрлер, шкаласының бө ліну бағ асы 0, 1 °С, ө лшеу интервалы 50 °С болады, мысалы 150-ден 200 °С дейін. 0 °С басталатын шкалалар ү шін ө лшеудің жоғ арғ ы шегі 500 °С тең;

- сұ йық тық ты (сынапты емес) — —190-нан +100°С дейінгі температураларды ө лшеу ү шін шығ арылады;

- электржанаспалы сынапты — капиллярлық қ ұ быршағ а қ озғ алыссыз жанасумен пісіріп жабыстырылғ ан жә не электр желісінің сынып бағ анасымен жанасуғ а арналғ ан бір қ озғ алыстағ ы контактімен. Олар 0—300 °С шегіндегі қ ажетті температураларғ а жету туралы сигнал ү шін пайдаланылады.

Егер термометр ө лшеу шарты бойынша ө лшенетін ортағ а толығ ымен батырыла алмайтын болса, онда келесі тең деуге сә йкес сынаптың шығ атын бағ анасына тү зету енгізілуі керек

Δ t = n β (t₂ — t₁) (8)

мұ ндағ ы n — шығ ып тұ рғ ан сынап бағ анасындағ ы градустер саны; β — шыныдағ ы жұ мысшы сұ йық тың кең ею коэффициенті (сынап ү шін 0, 00016, спирт ү шін 0, 001, 1/°С); t₂ — термометр кө рсететін температура; t₁ — сынаптың шығ ып тұ рғ ан бағ анасының орташа температурасы, ол негізгі термометрдің шығ ып тұ рғ ан бө лігінің ортасына резервуары бекітілген қ осалқ ы термометрмен ө лшенеді.

Шыны сұ йық тық термометрлердің негізгі басымдылығ ы — қ ұ рылғ ысы мен қ ұ рылысының қ арапайымдылығ ы, арзаншылығ ы жә не тіпті сериялық шығ ырылатын термометрлер ү шінде жоғ ары дә лдікті кө рсеткіштігі. Шыны сұ йық тық термометрлердің кемшіліктеріне тіркеу мү мкінсіздігі мен кө рсеткішті қ ашық тық қ а беру мү мкінсіздігі жатады.

Сызық тық кең ею термометрлері биметалдық жә не дилатометриялық болып бө лінеді. Биметалдық термометрлердің ә рекеті, қ ыздыру кезінде ө зара қ атаң біріктірілген, екі ә ртү рлі материалдың элементтерінің сызық тық кең еюі айырмасын Δ L_t ө лшеуге негізделген. Биметалдық термометрлер жазық жә не шиыршық ты спираль тү ріндеде орындалады, оның бір ұ шы қ атаң бекітілген, ал екінші ұ шы қ ыздыру кезінде шиыршық талады жә не сонымен байланыстырылғ ан тілді градуирленген шкала бойлығ ымен бұ рады.

Дилатометриялық термометр бір ұ шымен қ атаң қ осылысқ ан, қ ұ бырша мен стерженнен (ө зектен) тұ рады. Қ ұ бырша сызық тық кең ею коэффициенті ү лкен металдан дайындалғ ан, ал стержень — сызық тық кең ею коэффициенті тө мен материалдан (инвар, кварц, фарфор) жасалғ ан. Ө лшеу кезінде қ ұ бырша толығ ымен ө лшенетін ортағ а батырылуы тиіс. Температураның жоғ арылауымен қ ұ быршаның ұ зындығ ы ө згереді, бұ л ондағ ы стерженнің жылжуына келтіреді. Бұ л қ озғ алыстар рычагтар жү йесі арқ ылы градуирленген аспаптың тіліне беріледі. Ө лшеу шектері —150-ден +700°C дейін болады, қ ателігі 1 — 2 % аспайды. Бұ л термометрлер кө бінесе температураны реттеудің автоматтық жұ йелерінде датчиктер ретінде қ олданылады.

Манометрлік термометрлер.

Манометрлік термометрлердің ә рекеттену принципі, ө лшенетін ортаның температурасына тә уелді тұ йық талғ ан жү йедегі газдың немесе сұ йық тың қ ысымын ө лшеуге негізделген.

Манометрлік термометрдің принципиалдық сұ лбасы 1 суретте кескінделген. Ө лшенетін ортаның температурасы термобаллоннан 1, капиллярлық қ ұ быршадан 7 жә не манометриялық серіппеден 2 тұ ратын терможү йемен қ абылданады, жә неде қ ысымның ө згеруіне тү рленеді. Бұ л кезде манометрлік серіппенің еркін ұ шы тяга 6, тісті сектор 8, шестерня 5 арқ ылы кө рсететін тілді 3 шкала бойынша 4 қ озғ алтады. Термобаллон тот баспайтын болаттан, ал капилляр — мыс немесе ішкі диаметрі 0, 15—0, 5 мм болат қ ұ быршадан жасалғ ан. Капилляр ұ зындығ ы 60 м жетеді.

Термометрдің терможү йесі жұ мысшы затпен толтырылады: газбен, сұ йық пен немесе сұ йық тың оның қ анық қ ан буымен қ оспасымен. Газдық, сұ йық тық жә не конденсацияланғ ан манометрлік термометрлер болып бө лінеді.

1 сурет. Манометрлік термометрдің принципиалдық сұ лбасы.

Газдық манометрлік термометрлердегі бастапқ ы қ ысым ө лшенетін температурағ а тә уелді жә не жалпы 0, 98-4, 9 МПа қ ұ райды. Қ ысымның температурағ а тә уелділігі келесі тү рге енеді:

Р₁= Р₀[1+ β (t — t₀)], (9)

мұ ндағ ы β — газ кең еюінің термиялық коэффициенті, 1/°C; t₀ жә не t — бастапқ ы жә не ақ ырғ ы температуралар, °С; Р₀ — температура t₀ кезіндегі қ ысым_.

Атмосфералық қ ысымның ауытқ уы аспаптың кө рсеткішіне ә сер етпейді десе болғ андай, ө йткені термометрдің терможү йесінде салыстырмалы бастапқ ы қ ысым ұ сталады. Қ оршағ ан ортаның температурасының + 20 °С-дан ауытқ уы капиллярлық қ ұ быршаның температурасының ө згеруіне ә келеді, Осығ ан байланысты ө лшеу кезінде қ ателік пайда болады, ол термобаллон кө лемінің артуы есебінен тө мендей алады. Дегенмен, кө лемнің аса артып кетуі бү кіл аспаптың инерциялығ ының ұ лғ аюына келтіреді, бұ л кемшілік болып табылады. Бұ л термобаллон қ абырғ асы мен оны толтыратын газдың арасындағ ы жылуалмасу коэффициентінің тө мендігімен жә не газдың ө зінің тө менгі жылуө ткізгіштігімен шартталады.

ТДЖ-П, ТДЖ-Э, ТПЖ-4 типті сұ йық тық манометрлік термометрлер, органикалық полиметилсилаксонды сұ йық пен ПМС-5 толтырылады. Бұ л термометрлердегі ө лшеу шектері — 50-ден +300 °С дейін қ ұ райды.

Термометрдегі сұ йық ү шін қ ысымның температурадан тә уелді ө згеруі мына тең деумен кө рсетіледі:

Δ Р = Δ t β /μ (10)

мұ ндағ ы Δ Р — қ ысымның ө згерісі, Па; β — сұ йық тың кө лемдік кең ею коэффициенті, 1/°С; μ — сұ йық тың сығ ылу коэффициенті, м²/Н; Δ t — температураның ө згерісі, °С.

Сұ йық қ айнап кетпеуі ү шін, термометрде 1, 5 — 2 МПа шамасында бастапқ ы қ ысым жасалады. Сұ йық тық манометрлік термометрлердің инерциялығ ы газдық қ а қ арағ анда тө мен, ол сұ йық тың жоғ ары жылуө ткізгіштігіне байланысты. Дегенмен, қ оршағ ан ортаның температурасының ауытқ уынан туатын қ ателіктер сұ йық тық термометрлерде газдық қ а қ арағ анда ү лкен жә не келтірілген тең деулермен анық талады.

ТПП-СК, ТКП-60 СГ, ТСМ, ТПП 2-В типтердегі конденсациялық манометрлік термометрлердің термобаллондарының ү штен екі кө лемі тө мен қ айнайтын сұ йық тармен толтырылады (фреон, хлорлы метил, ацетон). Ө лшеу шектері — 25-тен +300 °С дейін қ ұ райды. Тұ йық талғ ан терможү йеде бірмезгілде булануда, конденсатталуда процестері ө теді. Температураның жоғ арылауымен қ анық қ ан будың серпімділігі жоғ арылайды жә не ө лшенетін температурағ а сә йкес келетін белгілі бір қ ысым орнығ ады.

Барлық манометрлік термометрлердің артық шылығ ына конструкциясының жә не қ олданылуының қ арапайымдылығ ын, температураны дистанционды ө лшеу мү мкіндігін, кө рсеткіштердің жазылуын жатқ ызуғ а болады. Қ азіргі кезде кө рсеткішті ұ зақ қ ашық тық қ а беретін манометрлік термометрлер дайындалуда, бұ л кезде ө лшенетін температура сә йкестендірілген электрлік немесе пневматикалық сигналдарғ а тү рленеді.

Манометрлік термометрлердің кемшіліктеріне жататындар: ө лшеу дә лдігінің жоғ ары болмауы (негізгі қ ателік, капиллярлық қ ұ бырша ұ зындығ ына тә уелді 1, 0 — 2, 5 % қ ұ райды) жә не ө лшеуші терможү йені жө ндеу кезіндегі қ иындық.

Кедергінің электрлік термометрлері, тең естірілген кө пірлер. К едергінің электрлік термометрлері температурағ а тә уелді ө зінің ө ткізгіштігін ө згертеді. Температура мен кедергі арасындағ ы байланысты біле отырып, бақ ыланатын ортаның температурасын анық тауғ а болады. Мұ ндай термометрлер температураны жоғ ары дә лдікте ө лшеуге (0, 2 °С дейін) жә не кө рсеткішті алыс қ ашық тық қ а беруге мү мкіндік береді. Оларды орталық тандырылғ ан бақ ылау жү йелерінде қ олдануғ а болады: бұ л кезде бір ө лшеуші аспапқ а кезекпе-кезек бірнеше ондағ ан термометрлер қ осылады.

Кедергінің ө неркә сіптік термометрлерінің сезімталдық элементтері платинадан немесе мыстан жасалады. Платина химиялық тұ рғ ыда инертті жә не таза кү йде жең іл алынады. Оның меншікті кедергісі 0 °С кезінде 0, 1 Ом мм²/м тең. Платинаның кедергісі заң бойынша 0-ден +650 °С дейін ө згереді:

R_t = Ro (1 + At + B t²), (11)

ал —200-ден 0 °С дейінгі шектерде:

Rt = Ro [1+ At + Bt² + Ct³ (t — 100)], (12)

мұ ндағ ы R_t жә не R₀ — t жә не °С температуралар кезіндегі платинаның кедергісі; А, В, С — тұ рақ ты коэффициенттер: А = 3, 96847x10 ^-3 1/°С; B=5, 847x10^-7 1/°С²; С = - 4, 22x10 ^-12 1/°С⁴.

Платинаның тазалығ ы 100 жә не О °С кезіндегі кедергілер қ атынасымен сипатталады. Техникалық термометрлер дайындауғ а арналғ ан платина ү шін, R₁₀₀/R₀ = 1, 391. Мыс, кедергі термометрлерін дайындауғ а арналғ ан материал ретінде, арзандығ ымен жә не таза тү рде жең іл алынуымен ерекшеленеді.

2 сурет. Кедергі термометрінің конструкциясы:

1 — сезімтал элемент; 2 — қ орғ аушы арматура (болат қ ұ быр); 3 — штуцер; 4 — қ ақ пақ ша

Кедергілі термометрлер конструкциясы 2 суретте кескінделген. Платиналы термометрдің сезімталды элементі 1 керамикалық қ аң қ ағ а оралғ ан диаметрі 0, 07 мм платина сымды кө рсетеді. Сымның ұ штары ү шжелілі кабельге қ осылғ ан шығ ыстарғ а пісіріп жапсырылғ ан. Мыс термометрінің сезімталдық элементі керамикалық цилиндрге бірнеше қ абатты оралғ ан жә не жез қ ұ быршағ а орналасқ ан, диаметрі 0, 1 мм мыс сымды кө рсетеді. Сезімталды элементтің орамасы қ ұ быршадан оқ шаулаушы қ абық шамен оқ шауланғ ан.

Екі термометрдеде сезімталды элементтері керамикалық ұ нтақ пен жабылып, арнайы сыламамен тығ ыздалады. Кабельдің арнайы қ аптамасы термометр ішіне судың ө туін болдырмайды. Инерциялық термометр 9, 20 жә не 30 с қ ұ райды, ол орындалу жағ дайына байланысты.

Қ азіргі уақ ытта —200-ден +650 °С дейін ө лшеуге арналғ ан кедергілі платиналық термометрлер (ТСП) жә не —50-ден +180°С дейін ө лшеуге арналғ ан мысты кедергілі термометрлер (ТСМ) сериялы шығ арылады.

R_T темисторының кедергісі температурағ ағ а қ арай

R_T = А ехр (В/Т) (13)

немесе

ln R_T = ln A + (B/T), (14)

заң ы бойынша ө згереді

мұ ндағ ы Т — температура, К; А жә не В — жартылай ө ткізгіштердің физикалық қ асиеттеріне тә уелді тұ рақ тылар (бір текті сезімтал элементтер ү шін де тұ рақ ты емес).

А жә не В тұ рақ тылары (13) тең деуден Т₁ жә не Т₂ температураларына сә йкес R₁ жә не R₂ кедергілердің мә ндерін қ ойғ аннан кейін табылады:

В= (Т₁ х Т₂ /Т₂ - Т₁) ln(R₁/R₂) (15)

А= R₁ exp(-В/ Т₁) (16)

Ә дебиет: 1 нег. [186-218], 6 нег. [7-66], 2 қ ос. (сә йкес бө лімдері).

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Температуралық шкалалар.

2. Температураны ө лшеуге арналғ ан қ ұ ралдардың жіктелуі.

3. Кең ею термометрлерінің жұ мыс істеу принциптері.

4. Манометрлік термометрлердің жұ мыс істеу принциптері.

5. Электрлік термометрлердің жұ мыс істеу принциптері.

6. тең естірілген кө пірлер.

№3 дә ріс. Температураны бақ ылауғ а жә не ө лшеуге арналғ ан аспаптар (2сағ ат)

Термоэлектрлік термометрлер.

Термоэлектрлік термометр деп қ орғ аушы арматурамен қ амтамасыздандырылғ ан терможұ п аталады. Ә ртекті термоэлектродтан Х жә не У тұ ратын, тұ йық талғ ан электр тізбегі (3 сурет) терможұ пты тү зейді, оның t температуралы қ осылығ ы ыстық немесе жұ мысшы деп, ал t₀ температуралы қ осылығ ы суық немесе еркін деп аталады. Терможұ птың жұ мыс істеу принципі Томсон мен Зеебек эффектілеріне негізделген жә не электрондық ө ткізгіштігі бар ө ткізгіш ө зінің ұ зындығ ы бойынша қ ызғ анда, оның қ ызғ ан шетінде еркін электрондар концентрациясының жоғ арылауымен жә не оның суық шетіне диффундирленуімен қ орытындыланады. Бұ л кезде ыстық шеті оң зарядталады, ал суық шеті теріс. Егер тұ йық талғ ан тізбек екі ә ртү рлі ө ткізгіштерден Х жә не У тұ рса, онда Томсон т.э.д.с. мұ ндай тізбекте ә рбір ө ткізгіште пайда болатын т.э.д.с. айырымына тең жә не t₀ мен t қ осылық тарының температурасына тә уелді болады. Зеебек эффектісі, ол жерде концентрациясы ү лкен болатын, потенциалдардың жанасу айырымдары пайда болатын ә ртү рлі ө ткізгіштердің Х жә не У қ осылық тарында байқ алады.

t₀

t

3 сурет. Екі термоэлектродтан тұ ратын терможұ птың кә дімгі термоэлектрлік тізбегі.

Томсон мен Зеебек эффектілеріне негізделген, жалпы т.э.д.с., t₀ жә не t температураларының функциясы болып табылады жә не Х пен У ө ткізгіштіктерінің физикалық табиғ атына тә уелді. Ол терможұ птың контурын айналып ө ту кезінде сағ ат тіліне қ арсы келесідей жазыла алады

Еху(t₀ t) = е_ху(t) + е_ух(t₀) (17)

мұ ндағ ы Еху(t₀ t) – терможұ птың жалпы т.э.д.с.; е_ху(t) жә не е_ух(t₀) – Томсон мен Зеебек эффектілерінен шығ атын т.э.д.с.

Сә улелену пирометрлері

Қ ыздырылғ ан денелерден жылу ағ ыны, толқ ындардың ә ртү рлі ұ зындығ ында (0, 3-тен 10 мкм дейін жә не одан аса) элементерлы сә улеленудің (монохроматикалық) жиынтығ ымен тү зіледі. Бұ ғ ан, адам кө зіне кө рінетін толқ ын ұ зындық тарының диапозоны 0, 4-ден 0, 76 мкм дейін жә не жылулық сә улелену энергиясының ең ү лкен ү лесі келетін, кө рінбейтін инфрақ ызыл аймақ кіреді. Қ ыздырылғ ан дененің сә улелену энергиясын ө лшей отырып, оның температурасын анық тауғ а болады.

Барынша толық зерттелген жылулық сә улелену абсолютті қ ара дененікі, ол толқ ынның барлық ұ зындығ ы жә не жартылай сфералық кең істіктің барлық бағ ыттары бойынша интегралды (толық) сә улелі арын W° деп аталады. Дене беттігінің бір бірлігінің сә улеленуін df интегралды жартылай сфералық сә улелену немесе сә уле шашу қ абілеттілігі деп атайды: Е° = dW°/df. Онда сә улелі ағ ын W° = ∫ Е° df интегралына тең болады.

Егер Е° беттіктің барлық нү ктесінде бірдей болса, онда W°= E°f. Толқ ынның ұ зындығ ының λ -дан λ +dλ дейінгі интервалына келтірілген сә улелену ағ ыны монохроматикалық (біртекті) сә улелену арыны W_λ деп аталады. Соғ ан сә йкес монохроматикалық сә улелену тығ ыздығ ы толқ ынның тар интервалында Е_λ ° = dW_λ °/df тең. Монохроматикалық сә улелену тығ ыздығ ының dЕ_λ ° толқ ын ұ зындығ ының интервалы шамасына dλ қ атынасы сә улеленудің монохроматиялық немесе спектралдық қ арқ ындылығ ы J_λ ° = dЕ_λ °/dλ деп аталады.

Сә улелену қ арқ ындылығ ының температурағ а тә уелділігі J_λ , Планк тең деуімен сипатталады:

J_λ ° = С₁ λ ^-5 (е^{с2/λ Т} -1)^-1 (18)

мұ ндағ ы λ — толқ ын ұ зындығ ы, м; Т — температура, К; С₁= 0, 374х10^-15 Вт/м и С₂ = 1, 438х10^-2 мК — Планк тұ рақ тылары.

Қ арапайым тү рде бұ л тә уелділік Вин тең деуімен ө рнектеледі:

J_λ ° = С₁ λ ^-5 е^{с2/λ Т} (19)

Егер Планк тең деуін λ бойынша дифференциалдасақ жә не бірінші туындыны нө лге тең естірсек, онда сә улеленудің қ арқ ындылығ ының максимумы келесі мә нге сә йкес болатынын кө реміз

λ _махТ = 2, 898х10 ^-3 мК (20)

Бұ л тең деу Виннің ығ ысу заң ы деп аталады.

Толқ ынның барлық ұ зындығ ы бойынша қ арқ ындылық тың интегралы, сә улеленудің толық қ уаты деп аталатын, Е° интегралды жартылай сфералы сә улелену тығ ыздығ ын береді (Стефан—Больцман заң ы):

λ =∞ λ =∞

Е°=∫ J_λ dλ = С₁∫ λ ^-5 (е^{с2/λ Т} -1) dλ (21)

λ =0 λ =0

Интегралдаудан соң табамыз:

Е°= σ Т⁴ (22)

немесе Е°= С₀ (Т/100)⁴ (23)

мұ ндағ ы С₀ — 5, 67 Вт • м ^-2К^-4 — абсолютті қ ара дененің сә улелену коэффициенті.

Жоғ арыда қ арастырылғ ан барлық заң дар абсолютті қ ара дене ү шін белгіленген. Тә жірибеде сұ р дене деп аталатын нақ ты денелердің температуралары ө лшенеді, олардың толқ ынның барлық ұ зындығ ындағ ы сә улеленуі абсолютті қ ара дененің сә улеленуінен тө мен.

Сұ р дененің сә улелену қ арқ ындылығ ы J_λ мен абсолютті қ ара дененің сә улелену қ арқ ындылығ ының J_λ ° бірдей температуралар кезіндегі қ атынасы қ араланудың монохроматикалық дә режесі ε _λ деп аталады. Осығ ан ұ қ саса, сұ р дене Е мен абсолютті қ ара дененің Е° сә улеленуінің толық қ уатының қ атынасы қ аралану дә режесі деп аталады е.

Қ ыздырылғ ан денелердің температурасын анық тау ү шін келесі ә дістерді қ олданады:

1. Бө лшекті сә улеленетін оптикалық жә не фотоэлектрлік пирометрлер кө мегімен монохроматикалық сә улеленудің қ арқ ындылығ ын ө лшеу.

Дененің сә улеленуінің толық спектрінен арнайы жарық сү згіш кө мегімен, берілген толқ ын ұ зындығ ы бар λ +Δ λ тар интервал таң далып алынады. Осы интервалдағ ы сә улелену қ арқ ындылығ ы дененің температурасының мө лшері болады жә не тікелей эталондық кө з қ арқ ындылығ ымен салыстыру жолымен анық талады.

Бө лшекті сә улелену пирометрлері абсолютті қ ара дененің сә улеленуі бойынша градустеледі. Дегенмен нақ ты денелердің сә улелену қ арқ ындылығ ы J_λ барлық уақ ытта абсолютті қ ара дененікінен тө мен болады (ε _λ < 1).

Шаманың ε _λ тұ рақ сыздығ ы, ә сіресе балқ ығ ан металдар, балқ ымалар мен шлактар ү шін, бө лшекті сә улелену пирометрлерімен температураны ө лшеу кезінде мә нді қ ателіктердің пайда болуының негізгі себептерінің бірі болып табылады.

Нақ ты сұ р денелердің температураларын, абсолютті қ ара дененің сә улеленуі бойынша градустелген, бө лшекті сә улелену пирометрлерімен ө лшеу кезінде нағ ыз температура Т анық талмайды, ал жарық тық температурасы деп аталатын Т_ж, кө рінетін температура анық талады, ол барлық уақ ытта нағ ыз температурадан тө мен.

Демек, жарық тық температурасы Т_ж, абсолютті қ ара дененің температурасы болып табылады, оның сә улелену қ арқ ындылығ ы нағ ыз температура Т кезіндегі нақ ты денелердің сә улелену қ арқ ындылығ ына тең болады. Осыны ескере отырып, Вин заң ына сә йкес келесі тең деуді аламыз:

ε _λ =С₁λ ^-5е-^с2/λ =С₁λ ^-5е-^{с2/λ Тя} (24)

Осыдан логарифмдеуден соң жарық тық жә не нақ ты температуралар арасындағ ы байланысты мына тү рде табамыз

1/ Т_я -1/Т= λ / С₂ ln1/ε _λ (25)

Тең деуден (16) Т_я шамасы бойынша нағ ыз температура Т анық талады, бұ л кезде λ мен ε _λ нақ ты мә ндері ескеріледі. λ шамасы тү стіфильтр тү сімен анық талады. Монохроматикалық қ аралану дә режесі ε _λ анық тамалар бойынша табылады.

2. Сә улеленудің толық қ уатын радиациялық пирометрлермен кө мегімен ө лшеу — толық сә улелену пирометрлерімен.

Толық сә улелену пирометрлерінің градустелуіде абсолютті қ ара дененің сә улеленуі бойынша жү ргізіледі, ал онымен ө лшенетін нақ ты дененің температурасы радиационной T_р.деп аталады. Бұ л температура кезінде абсолютті қ ара дененің сә улеленуінің толық қ уаты нақ ты дененің нағ ыз температура Т кезіндегі сә улеленуінің толық қ уатына тең болады немесе Стефан – Больцман заң ына сә йкес келесідей тү рде жазылады:

σ Тр⁴= ε σ Т⁴ (26)

мұ ндағ ы σ — Больцман тұ рақ тысы. Осыдан келесі тең деуді табамыз:

Т = Т_p⁴ √ l/ε (27)

Радиациялық температура Т_р барлық уақ ытта нағ ыз температурадан кем, ө йткені қ аралану дә режесі ε < 1. ε мә ндері анық тамаларда келтіріледі. Радиациялық пирометр энергияны сә улеленудің барлық спектрінде қ абылдайтын болғ андық тан, оның кө рсеткіштеріне ауадағ ы шаң мен кү йе ық пал етеді, сонымен қ атар инфрақ ызыл аймақ та сің іру жолақ тары жеткілікті қ арқ ынды болатын, кө мірқ ышқ ыл газ мен су булары да ық пал етеді. Бө лшекті сә улелену пирометрлерінің кө рсеткіштеріне бұ л газдар оптикалық мө лдір ретінде ық пал етпейді.

3. Тү сті пирометрлер кө мегімен екі толқ ын ұ зындық тары λ ₁ жә не λ ₂ кезінде монохроматиялық сә улеленудің қ арқ ындылық тарының қ атынасын ө лшеу.

Ө лшеудің бұ л ә дісі Вин заң ы бойынша температураның жоғ арылауы кезінде спектрде энергияның максимум таралуы барынша қ ысқ а толқ ындар жағ ына қ арай ығ ысатынына негізделген. Сә улеленетін энергияның максимумына сә йкес келетін, толқ ын ұ зындығ ының λ _мах температурағ а тә уелділігі Виннің ығ ысу заң ымен анық талады. Толқ ын ұ зындық тары λ ₁ жә не λ ₂ спетрдің қ ызыл жә не кө к немесе қ ызыл жә не жасыл аймақ тарында таң далады.

Осындай жолмен ө лшенген температура, тү сті температура Т_т деп аталады. Ол Вин тең деуінен жең іл табылатын, нағ ыз температурамен байланысты қ атынас арқ ылы анық талады:

1/Т -1/ Т_ц = (ln ε _{λ 1}/ε _{λ 2}) / С₂ (1/λ ₂ -1/λ ₁) (28)

мұ ндағ ы ε _{λ 1} жә не ε _{λ 2} — λ ₁ жә не λ ₂ толқ ын ұ зындық тары ү шін дененің қ аралығ ының монохроматикалық дә режесі.

Келтірілген ө рнектерден, қ аралануының монохроматикалық дә режесі толқ ын ұ зындығ ына тә уелді болмайтын, нақ ты денелер ү шін температуралар Т_ц жә не Т сә йкес келетіні шығ ады.

Қ ыздырылғ ан денелердің жылулық сә улеленуі бойынша температурасын жанамасыз ө лшеудің ә ртү рлі ә дістерін салыстыра отырып, келесі белгілерді жасауғ а болады:

жарық тық жә не радияциялық ө лшеулерге негізделген ә дістер жалпы кемшіліктерге ие, ол нақ ты денелердің қ аралануы дә режесі бірден едә уір айырмашылық та болғ ан кезде ү лкен қ ателіктердің пайда болу мү мкіндігімен байланысты;

температураларды тү сті пирометрлермен ө лшеу кезінде қ ате минимумғ а дейін тө мендейді, ө йткені қ араланудың монохроматикалық дә режелерінің қ атынасы толқ ындардың ә ртү рлі ұ зындық тарында сә улелену кө зінің кү йіне аз тә уелді болады.

Оптикалық пирометрлер.

Оптикалық жә не фотоэлектрлік пирометрлердің жұ мыс істеу принципі қ ыздырылғ ан дененің монохроматикалық сә улеленуінің қ арқ ындылығ ы мен қ ыздыру шамының эталонды пирометриялық сә улеленуін салыстыруғ а негізделген.

ОППИР-017 жә не «Проминь» типті оптикалық пирометрлерде қ арқ ындылық ты салыстыру бақ ылаушы кө зімен жү ргізіледі, ал ФЭП типті фотоэлектрлік пирометрлерде фотоэлементтер кө мегімен жү ргізіледі.

Жарық тық температураны анық тау кезінде монохроматикалық сә улеленуді алу ү шін, Планк пен Виннің заң дарына сә йкес ө ткізудің жің ішке спектралдық жолағ ы бар шынылы жарық сү згіштер қ олданылады. Оғ ан қ олданылатын шыны қ алың дығ ы 2 мм КС-15 типті қ ызыл шыны болады. Бұ л жарық сү згіш толқ ын ұ зындығ ы 0, 63-0, 68 мкм сә улені ө ткізеді.

ОППИР-017 типті оптикалық пирометрдің принципиалды сұ лбасы 4 суретте келтірілген. Ол объективтен 1, окулярдан 4, қ ызыл жарық сү згіштен 5, пирометрлік шамнан 3, кө ргіш қ ұ быршадан 2, реостаттан 6, жарық сү згішті қ араң ғ ылатқ ыштан 7, ө лшеуіш аспаптан 8 (милливольтметрден) жә не ток кө зінен 9 тұ рады.

Объектив пен окуляр кө мегімен объект фонындағ ы шоқ тану жібінің айқ ын кө рінісін алады. Содан соң, пиромеирлік шамдағ ы ток кү шін ө згерте отырып, объекттің сә улелену қ арқ ындылығ ымен шоқ тану жібінің сә йкес келуін жү зеге асырады, объект фонынан жіп «жоғ алғ ан» сияқ ты. Бұ л кезде қ ызыл жарық сү згіш міндетті тү рде кө зге тү сетіндей болуы керек. Температураны ө лшеу градусталғ ан милливольтметр шкаласы бойынша жү ргізіледі.

Пирометр ОППИР-017 модификациясына байланысты ө лшенетін температуралардың ү ш диапазонында болады: 800—2000°С келесі диапазондарғ а бө лінген 800—1400, 1200—2000°С; 1200—3200°С келесі диапазондарғ а бө лінген 1200—2000, 1800—3200 °С; 1500—6000 °С келесі диапазондарғ а бө лінген 1500—2500 жә не 2200—6000 °С.

4 сурет. Оптикалық пирометр ОППИР-017 сұ лбасы.

Абсолютті қ ара дененің температурасын ө лшеу кезіндегі негізгі ұ йғ арынды қ ателік 1, 5% жуық болады. Кіші диапазоннан ү лкеніне ө ту кө зге кө рінер жерге қ араң ғ ылағ ыш жарық сү згішті енгізу жолымен жү зеге асады, ол сә улелену энергиясының бір бө лігін жұ тады жә не шоқ тану шамының вольфрамды жібінің 1400°С жоғ ары, қ атты қ ызуын болдырмайды, бұ л температурада оның сипаттамаларының ө згеруі жү реді. Температуралардың 1800°С жоғ ары болғ ан кездегі ө лшеуі кезінде қ араң ғ ылағ ыш жарық сү згіштің орынына объективке ү лкен тығ ыздық ты жұ татын сү згішті арнайы қ ұ рылғ ы қ олданылады. ОППИР-017 кернеуі 2-2, 6 В тұ рақ ты токтен қ оректенеді.

Тү сті пирометрлер.

Тү сті пирометрлерде алдын-ала таң далғ ан толқ ынның екі ұ зындығ ы ү шін λ ₁ жә не λ ₂, қ ыздырылғ ан дененің сә улелену қ арқ ындылығ ының қ атынасы анық талады. Бұ л қ атынас ә рбір температура ү шін ә ртү рлі жә не оның ө лшенуі ү шін қ олданыла алады. Кө птеген жағ дайларда нақ ты физикалық денелерде қ араланудың монохроматикалық дә режесінің мә ні ε _λ , тә жірибе жү зінде толқ ынның барлық ұ зындығ ы ү шін бірдей жә не J=f(λ) қ исығ с ә ртү рлі температураларда абсолютті қ ара дене