Измерение температуры

Содержание
необходимость измерения температуры;
понятие температуры;
изменение объема жидких и твердых тел;
виды термометров:
жидкостные;
биметаллические; газовые;
электрические;
оптические

Необходимость измерения температуры
Медицина и биологическое
исследование жизненных
процессов
Метеорология
Температура 0К

Необходимость измерения температуры
Холодильная
установка
Сосуд Дьюара
для хранения
жидкого гелия
Научное и промышленное использование сжиженных
газов.

Необходимость измерения температуры
Технологические
процессы металлургии
и химии
Теплотехника
Нагреватель Т1
Холодильник Т2
Работа Т1-Т2

Необходимость измерения температуры
Астрофизические
исследования
Термоядерные
исследования

Понятие температуры
А
А
В
В
При контакте более нагретого тела А с менее нагретым телом В,
Первое тело остывает, а второе нагревается.
Со временем оба тела приходят в состояние теплового равновесия,
т. е. А и В становятся одинаково нагретыми.

Понятие температуры
А
В
А
В
С
С
Два тела-А и В , каждое из которых находится в тепловом
равновесии с третьим телом С, находятся в тепловом
равновесии с друг другом. В этом случае тело С может служить
прибором, измеряющим степень нагретости тел А и В, т. е. их
температуру.

Понятие температуры
Температура -
это внутренний параметр
системы, который имеет
одно и то же значение
в любой части системы
при тепловом равновесии.

Понятие температуры
Как измерить
температуру?
До появления термометров
человек судил о степени
нагретости тел по ощущениям.

Изменение объема жидких и
твердых тел
объемов тел
изменение
давления
электрических
параметров
0
R
T
Рb
Al
Fe
цвета
500
700
900
1000
В настоящее время для измерения температуры пользуются изменениями параметров тел
при изменении степени их нагретости.
1300
500

Жидкостные термометры
Изменение объема
жидкости в зависимости
от степени ее нагретости
положено в основу
устройства жидких
термометров.
Первые появившиеся
в 16 веке
термометры были
жидкостные.
Виды термометров

Жидкостные термометры
Термоскоп Галилея
1. шарик с воздухом
2. трубка
3. сосуд
h. высота воды в трубке
Постоянные точки жидкостных
термометров намечались произвольно
по наивысшей жаре и наибольшему
холоду в данной местности, поэтому
измерение температуры было весьма
приблизительно.

Жидкостные термометры
t
0
t1
t
0
t1
точка таяния льда
точка кипения воды
Неизменность температур таяния льда и кипения воды (опорные
точки) при нормальном атмосферном давлении была эксперементально
установлена в 1665 году, что и положено в основу градуировки
термометров.

Жидкостные термометры
Голландия 1714г.
Франция 1740г.
Швеция 1742г.
t
кипения
воды
t
таяния
льда
t смеси
Шкала
Фарингейта
Шкала
Реомюра
Шкала
Цельсия
180 дел.
80 дел.
100 дел.
212 0F
80 0R
100 0C
32 0F
0 0C
0 0
ртуть
спирт
ртуть
0 0F
При одних и тех же опорных точках шкалы могут быть различные
значения температур.
R

Жидкостные термометры
F
R
C
212 0F
80 0R
100 0C
90 0
X 0R
X 0C
32 0F
0 0R
0 0C
t таян. льда
t кип. воды
90 0
__________
212 0F- 32 0 F
=
X 0R -0 0R
_______
80 0R - 0 0R
=
X 0C- 0 0
________
100 0C- 0 0C
Перевод температуры, выраженной в градусах одной шкалы,
в градусы другой, осуществляется по данной схеме.
F
F
-
32 0
F
C

Жидкостные термометры
t 0F
t 0C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
20
40
60
80
100
120
Шкалой Фарингейта в настоящее время пользуются в США,
Англии, Африке, Австралии.

Жидкостные термометры
При наполнении жидкостных термометров используются ртуть, спирт,
и, реже, вода.

Жидкостные термометры
Медицинские термометры относятся к максимальным.
t 0С
t1
t (время)
t2
термометр контакт с телом
не имеет
имеет
Температуру тела измеряют
не нарушая контакта резервуара
термометра с телом.
Показания термометра снимают через некоторое время после
приведения его в контакт с телом.
не имеет

Изменение объема жидких и
твердых тел
V2
V1
V1= V2
S1< S2
При одинаковых
объемах шарообразного
и цилиндрического
резервуара термометров
цилиндрический
предпочтительнее.
Почему?

Биметаллические термометры
Приращение длины у метровых
стержней при нагревании.
Pb
Al
Cu
Fe
t1
t2
t 0C
l
l,
мм
Различное расширение
металлов при нагревании
в определенном
интервале температур
используется для
изготовления
биметаллических
термометров.

Биметаллические термометры
Биметаллические
устройства применяют
главным образом
в качестве реле для
электросигнализации
предельных температур
и автоматических
регуляторов температур.

Измерение давления газа. Газовые
термометры.
0
-273
Р
Т 0К
t 0С
273
0
__
Р2
Р1
=
Т1
__
Т2
Т0К
=
273 0
+
t 0C
Давление газа при постоянном объеме увеличивается
при нагревании пропорционально температуре.

Измерение давления газа. Газовые термометры.
Эта зависимость положена
в основу конструкции газового
термометра – эталона для
создания температурных
шкал. Громоздкость
ограничивает практическое
применение термометров
этого вида.

Электрические термометры
Термометр сопротивления
головка
штуцерная гайка
арматура
чувствительный элемент
Терморезистором называется измерительный
преобразователь, сопротивление которого изменяется
при изменении температуры. Датчики температуры
с терморезисторами называются термометрами
сопротивления . Имеются два вида термометров
металлические
полупроводниковые

Электрические термометры.
Термометр сопротивления.
*102
Ом*м
100
200
300
0C
t
0,05
0,10
0,15
0,20
Cu
Fe
Pt
Сопротивление чистых
металлов при повышении
температуры в определенном
диапазоне изменяется линейно.
Изменение сопротивления
легко фиксируется и может
служить для измерения
температуры.
Схема включения
электрического термометра:
Для использования термометров
сопротивления необходимы
источник тока и измерительный
прибор.
ρ

Термометр сопротивления
Для температурного воздействия
и термостабилизации различных
объектов изготовлены программируемые
термоэлектрические термостаты, камеры
тепла и холода.
В последние годы большое распространение
получили портативные электрические
термометры и многоканальные
функциональные микропроцессорные
термометры.

Термопары
Термопара – термоэлемент,
применяемый в измерительных и
преобразовательных устройствах.
Принцип действия его основан на том, что нагревание или охлаждение контактов между проводниками
Сопровождается возникновением
термоэлектродвижущей силы.
Термопара состоит из двух
металлов, сваренных на одном
конце. Эта часть ее помещается
в месте замера температуры.
Два свободных конца подключаются
к измерительной схеме (милли-
вольтметру).

Термопары
Термопары – это термометры для звезд.

Оптические термометры
500-550 0С
700 0С
900 0С
1100 0С
1300 0С
1500 0С
Опытные мастера безошибочно определяют
температуру нагретого металла по его цвету..

Оптические термометры
Радиационный и микропроцессорный
пирометры
применяются в электроустановках,
контроля технологических процессов,
контроля состояния механизмов
подвижного состава ж/д транспорта,
при контроле контактных соединений,
теплоэнергетике.

Оптические термометры
Как известно, очень трудно реализовать измерения
температуры расплава металлов, когда обычные
средства неточны, опасны или невозможны.
Инфракрасный пирометр, оснащенный регистратором
и выходом на компьютер – достойное решение для
металлурга. Измеряя истинную температуру стали,
чугуна, проката в технологическом процессе, можно
резко повысить качество стали.

Измерение температуры
10000
1000
100
10
1
0
0К
Температура поверхности
Солнца (6000 0К)
Плавление железа (1800 0К)
Плавление олова (505 0К)
Таяние льда (273,16 0К)
Жидкий кислород (90,15 0К)
Жидкий кислород (20.4 0К)
Жидкий гелий (4,2 0К)
В научных исследованиях температуру измеряют по шкале
Кельвина, введенной английским ученым В. Томсоном (лордом
Кельвином). За нуль этой шкалы принята точка -273,16 0С.
Градус Кельвина совпадает с градусом Цельсия.