![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Измерение температуры
Измеряется в системе СИ в [оК] (градус Кельвина). Внесистемные единицы: [оС] (Цельсия), [оF] (Форенгейта), [оR] (Рейнольдца). ТоК = (t + 273, 16)оC. Область измерения температуры условно разбивается на две части: термометрия (до 600 оС) и пирометрию (свыше 600 оС). Поэтому и приборы носят название термометров и пирометров. Различают следующие виды приборов: – термометры расширения (-30 – +1000 оС) – манометрические термометры (-200 – +700 оС) – термометры сопротивления (-200–660 оС) – термоэлектрические термометры (300 – 1800 оС) – пирометры излучения (свыше 1000 оС). Измерить температуру можно только путем сравнения степени нагретости двух тел, когда степень одного из них известна. Для этого используется какое-нибудь свойство тела, зависящее от температуры и легко поддающееся измерению. Термометры расширения. Принцип действия основан на свойстве жидкостей и твердых тел изменять свой объем и размеры в зависимости от температуры. Среди них различают: жидкостные (стеклянные) и механические. У жидкостных по высоте столбика жидкости (в мм), помешенной в тонкую трубку (капилляр), судят о величине температуры. Приращение высоты столбика определяют уравнением
где V – объем жидкости в термобалоне при t1; d – внутренний диаметр капиляра; aж, aс – температурные коэффициенты объемного расширения жидкости и стекла; t1, t2 – начальная и конечная температуры нагревания. Среди данных устройств имеются и электроконтактные. Но жидкостные термометры непрактичны из-за подверженности биению. Механические термометры подразделяются на дилатометрические и биметаллические. Принцип действия основан на изменении линейных размеров (удлинения) твердых тел при изменении температуры. Линейные размеры тел определяются следующим уравнением:
где l0 – первоначальная длина тела; β – средний температурный коэффициент линейного расширения материала; D t – изменение температуры. Рис. 2.7. Диламетрический термометр: 1 – трубка, 2 – стержень, 3 – стрелка. Дилатометрический термометр (рис. 2.7) представляет собой закрытую с одного конца трубку 1, выполненную из материала с высоким коэффициентом линейного расширения (медь, алюминий, латунь), в которую вставлен стержень 2 из материала с малым коэффициентом. При нагревании они удлиняются на различную величину, что приводит к перемещению рычага и далее стрелки прибора.
Рис. 2.8. Биметаллический термометр: 1 – стрелка, 2 – передаточный рычаг, 3 – пластинка с малым коэффициентом линейного расширения, 4 – пластинка с большим коэффициентом линейного расширения. Биметаллический термометр (рис. 2.8) разновидность первого. В нем чувствительный элемент выполнен в виде пластинки или спирали из биметалла. Биметалл представляет собой материал, сваренный из двух слоев с различными коэффициентами линейного расширения. При нагреве биметаллического элемента происходит изгиб в сторону металла с меньшим коэффициентом, а при охлаждении наоборот. При изгибе происходит перемещение передаточного механизма, который воздействует на стрелку прибора. Достоинства: простота конструкции и небольшие размеры. Недостатки: малая точность из-за «усталости» пружины. Манометрические термометры. Принцип действия основан на изменении давления жидкости или газа в заполненном рабочем объеме в зависимости от температуры. Выполнен в виде упругого элемента 1, соединенного капиллярной трубкой 2 с термобаллоном 3 (заполняется: газами – азот, жидкостями – ртуть, паровоздушными смесями – ацетон, бензол, фреон). При увеличении температуры жидкость начинает испарятся – давление растет, что приводит к перемещению упругого элемента. Рис. 2.9. Биметаллический термометр: 1 – термобаллон, 2 – соединительный капиляр, 3 – тяга, 4 – стрелка, 5 - циферблат.
Газовые термометры имеют линейную шкалу, у жидкостных шкала нелинейная. Для газовых приборов имеется следующая зависимость (основана на законе Шарля)
где p0 – давление рабочего вещества при t0; β – термический коэффициент расширения газа, равный 1/273, 16 °С; t0, t – начальная и конечная температуры. Для жидкостных:
где α – температурный коэффициент объемного расширения жидкости; m – коэффициент сжимаемости жидкости; D t – изменение температуры. Достоинства: простота конструкции и надежность. Недостатки: большие размеры, отсюда – инерционность. Термометры сопротивления. Измерение температуры термометрами сопротивления основано на изменении электрического сопротивления проводника или полупроводника в зависимости от его температуры. Электрическое сопротивление проводников и полупроводников представляет собой некоторую функцию его температуры Наиболее распространены проводниковые. По сравнению с манометрическими термометрами более высокая точность. Недостаток – необходимость постороннего источника тока, для измерения активного сопротивления. Термоэлектрические преобразователи (термопары). В основу измерения положен термоэлектрический эффект, заключающийся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разные температуры. Спай с температурой t – рабочий спай. Спай с температурой t0 – свободный (холодный) спай. За счет диффузии электронов в металл с меньшим их количеством (например в В) металл А будет заряжаться положительно, а металл В отрицательно. В однородном проводнике электроны будут диффузировать из более нагретой части в менее нагретую часть (более нагретые заряжаться положительно, менее нагретые – отрицательно. Суммарную термоэлектродвижущую силу (ТЭДС) замкнутой цепи преобразователя, спаи которого нагреты до температур t и t0, можно выразить следующим уравнением Е(tt0) = eАВ(t) – eАВ(t0) где Е(tt0) – суммарная ТЭДС преобразователя, eАВ(t), eАВ(t0) – потенциалы, возникающие в спаях. Т.к. потенциалы спаев зависят от температуры, то можно записать Е(tt0) =f(t) – f(t0) Поддерживая температуру одного из спаев постоянной, т.е., пологая, что t0 = const, получим Е(tt0) =f(t) – const или Е(tt0) =f(t) На практике применяют следующие термопары: – платинородиевые (ТПР) – (от 300 до 1300 0С) – хромель–алюминиевые (ТХА) – (от –50 до 1300 0С) (д: стойкие к окислению и корозии) – хромель–капелиевые (ТХК) – (от –50 0С до 600 0С) (д: развивает наибольшую ТЭДС)
|