Методы измерения температуры
Скачать 352.99 Kb.
|
- Навигация по данной странице:
- термометрическим телом.
- Газовый термометр постоянного объёма
- Жидкостной термометр
- Отметим, что воду нельзя применять в качестве термометрического тела в жидкостном термометре: объём воды с повышением температуры сначала падает, а потом растёт
- Термометры в гильзах для измерения температуры в сосудах, работающих под давлением.
- Термометрическим признаком является электрическое сопротивление термометрического тела - металлической проволоки
- Платиновый термометр сопротивления Pt100 фирмы SIEMENS с нормируемым преобразователем (выходной сигнал 4...20 mA или 0…10 V) с датчиком температуры наружного воздуха или воздуха в помещении.
Кроме задания реперных точек, определяемых с помощью эталона температуры, необходимо выбрать термодинамическое свойство тела, описывающееся физической величиной, изменение которой является признаком изменения температуры или термометрическим признаком. Это свойство должно быть достаточно легко воспроизводимо, а физическая величина - легко измеряемой. Измерение указанной физической величины позволяет получить набор температурных точек (и соответствующих им значений температуры), промежуточных по отношению к реперным точкам. Тело, с помощью измерения термометрического признака которого осуществляется измерение температуры, называется термометрическим телом.
Термометрическими признаками могут быть изменения:
Приводя термометрическое тело (датчик термометра) в состояние теплового контакта с тем телом, температуру которого необходимо измерить, можно на основании нулевого начала термодинамики утверждать, что по прошествии времени, достаточного для установления термодинамического равновесия, их температуры сравняются. Это позволяет приписать телу то же значение температуры, которое показывает термометр. Другой метод измерения температуры реализован в пирометрах - приборах для измерения яркостной температуры тел по интенсивности их теплового излучения. При этом достигается равновесное состояние термодинамической системы, состоящей из самого пирометра и теплового излучения, принимаемого им. Оптическая пирометрия (бесконтактные методы измерения температур) используется в металлургии для измерения температуры расплава и проката, в лабораторных и производственных процессах, где необходимо измерение температуры нагретых газов, а также при исследованиях плазмы. Первый термометр был изобретён Галилео Галилеем (1564 - 1642) и представлял собой газовый термометр.
Газовый термометр постоянного объёма (см. рис. 1.1) состоит из термометрического тела - порции газа, заключенной в сосуд, соединенный с помощью трубки с манометром. Измеряемая физическая величина (термометрический признак), обеспечивающая определение температуры, - давление газа при некотором фиксированном объёме. Постоянство объёма достигается тем, что вертикальным перемещением левой трубки уровень в правой трубке манометра доводится до одного и того же значения (опорной метки) и в этот момент производится измерения разности высот уровней жидкости в манометре. Учет различных поправок (например, теплового расширения стеклянных деталей термометра, адсорбции газа и т.д.) позволяет достичь точности измерения температуры газовым термометром постоянного объема, равной одной тысячной кельвина. Газовые термометры имеют то преимущество, что температура, определяемая с их помощью, при малых плотностях газа не зависит от природы используемого газа, а шкала газового термометра - хорошо совпадает с абсолютной шкалой температур. Газовые термометры используют для градуировки других видов термометров, например, жидкостных. Они более удобны на практике, однако, шкала жидкостного термометра, проградуированного по газовому, оказывается, как правило, неравномерной. Это связано с тем, что плотность жидкостей нелинейным образом зависит от их температуры.
Жидкостной термометр - это наиболее часто используемый в обыденной жизни термометр, основанный на изменении объёма жидкости при изменении её температуры. В ртутно-стеклянном термометре термометрическим телом является ртуть, помещенная в стеклянный баллон с капилляром. Термометрическим признаком является расстояние от мениска ртути в капилляре до произвольной фиксированной точки. Ртутные термометры используют в диапазоне температур от -35 oC до нескольких сотен градусов Цельсия. При высоких температурах (свыше 300 oC) в капилляр накачивают азот (давление до 100 атм или 107 Па), чтобы воспрепятствовать кипению ртути. Применение в жидкостном термометре вместо ртути таллия позволяет существенно понизить нижнюю границу измерения температуры до -59 oC. Другими видами широко распространённых жидкостных термометров являются спиртовой (от -80 oC до +80 oC) и пентановый (от -200 oC до +35 oC). Отметим, что воду нельзя применять в качестве термометрического тела в жидкостном термометре: объём воды с повышением температуры сначала падает, а потом растёт, что делает невозможным использование объема воды в качестве термометрического признака. 
Термометры в гильзах для измерения температуры в сосудах, работающих под давлением. С развитием измерительной техники, наиболее удобными техническими видами термометров стали те, в которых термометрическим признаком является электрический сигнал. Это термосопротивления (металлические и полупроводниковые) и термопары.
В металлическом термометре сопротивления измерение температуры основано на явлении роста сопротивления металла с ростом температуры. Для большинства металлов вблизи комнатной температуры эта зависимость близка к линейной, а для чистых металлов относительное изменение их сопротивления при повышении температуры на 1 К (температурный коэффициент сопротивления) имеет величину близкую к 4*10-3 1/К. Термометрическим признаком является электрическое сопротивление термометрического тела - металлической проволоки. Чаще всего используют платиновую проволоку, а также медную проволоку или их различные сплавы. Зависимость электрического сопротивления в медном термометре сопротивления: Rt = R0 (1 + α∙t) R0 – эл. сопротивление медного проводника при 0 0С. α – температурный коэффициент, равный 4,28 ∙ 10-3 1/0С
Металлические термометры сопротивления изготовляют из тонкой медной или платиновой проволоки, помещенной в электроизоляционный корпус . Зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров диапазон от -50 до +180 С, для платиновых диапазон от -200 до +750 С) весьма стабильна и воспроизводима. Это обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления. Для защиты термометров сопротивления от воздействия измеряемой среды применяют защитные чехлы. Приборостроительная промышленность выпускает много модификаций защитных чехлов, рассчитанных на эксплуатацию термометров при различном давлении (от атмосферного до 500•105 Па), различной агрессивности измеряемой среды, обладающих разной инерционностью (от 40 с до 4 мин) и глубиной погружения (от 70 до 2000 мм). 
а – чувствительный элемент термометра сопротивления, b – термометр сопротивления в разрезе. 1 –платиновая спираль, 2 – керамическая трубка, 3,4 – пробки, 5 – порошок из инертного материала ( окись алюминия), 6 – соединительные концы, 7 – защитный корпус, 8,9 – керамические трубки-изоляторы, 10 – порошок окиси алюминия, 11 –металлическая трубка, 12 – пластиковая головка, 13 – керамическая уплотнительная мастика. 
С  пециальный капсульный термометр сопротивления: 1 – защитная гильза, 2 – термомтетрическое тело, 3 – соединение выходных концов.
Промышленные термометры сопротивления и преобразователи (слева направо): с резьбовым штуцером Pt100 термометр сопротивления; нормирующий преобразователь или трансмиттер (выходной сигнал 4...20 mA или 0…10 V); кабельный термометр сопротивления; комплектный термометр сопротивления с нормирующим преобразователем; комплектный термометр сопротивления с программируемым преобразователем. Платиновый термометр сопротивления Pt100 фирмы SIEMENS с нормируемым преобразователем (выходной сигнал 4...20 mA или 0…10 V) с датчиком температуры наружного воздуха или воздуха в помещении. Скачать 352.99 Kb. Поделитесь с Вашими друзьями:
|
