Прилади для вимірювання температури

Температура (від лат. temperature - нормальний стан) - величина, що характеризує тепловий стан, тобто ступінь нагріву тіла.

Вимірюють температуру термометрами в градусах різних температурних шкал: F (Фаренгейт), R (Реомюр), С (Цельсій), К (Кельвін).

За шкалою Кельвіна вимірюється абсолютна температура, яка відлічується від абсолютного нуля та дорівнює температурі за шкалою Цельсія, плюс 273,16 градусів.

При цьому .

Температура, рівна абсолютному нулю, характеризує ідеалізований стан речовини, при якому хаотичний тепловий рух складових його молекул відсутній і речовина володіє тільки так названою нульовою енергією.

Температуру вимірюють термометром.

Для виміру температури у лабораторіях використовуються прилади, принцип дії яких заснований:

1) на здатності рідини розширюватися при нагріванні;

2) на ефекті Зеєбека (зміні термоелектрорушійної сили при нагріванні спаю провідників).

Рідинні термометри. Принцип дії заснований на зміні об’єму рідини зі зміною температури. Рідинні термометри - це скляні трубки з капілярами усередині й резервуарами, заповненими залежно від призначення термометра різними рідинами. Найбільше поширення в якості робочої рідини одержали ртуть і підфарбовані спирти. При нагріванні об’єм рідини збільшується, за рахунок чого змінюється її рівень у капілярній трубці. Відлік показань здійснюється за шкалою, яка розміщена поблизу капіляра.

Для точного вимірювання температури рідини термометр занурюють на глибину, рівну показанням стовпчика рідини в капілярі, при цьому резервуар зі спиртом повинен перебувати на однаковій відстані від стінок сосуду, Термометр тримають доти, поки стовпчик перестане підніматися або опускатися.

Переваги рідинних термометрів: їх наочність, простота конструкції, точність вимірювань. Недоліки: низька механічна міцність, інерційність, обмеженість застосування.

Термопари широко застосовують для вимірювання температури різних об'єктів, а також в автоматизованих системах керування й контролю. Простота, зручність монтажу, можливості вимірювання локальної температури, мала інерційність, можливість вимірювання малих різностей температур - ці й інші переваги забезпечили широке застосування термопар.

В основу способу вимірювання температури за допомогою термопар покладені термоелектричні явища, засновані на існуванні певної залежності між термоелектрорушійною силою, що виникає в мережі, складеної з різнорідних провідників, і температурою їхнього з'єднання (спаю). При підвищенні температури електрони «пересуваються» з місць підвищеної концентрації (гарячий кінець провідника) у місця зниженої концентрації (холодний кінець провідника). У результаті виникає термо-ерс між негативно зарядженим холодним й позитивно зарядженим гарячим кінцями провідника (ефект Томсона).

Термоелектрорушійна сила, що розвивається термопарою, невелика - 0,01-0,06 мВ на кожен градус, але її цілком достатньо для вимірювання. Схеми вимірювання термоелектрорушійної сили за допомогою термопари представлені на рис. 1.1.

Рис.1.1. Принципові схеми вимірювання термо-ЕРС термопарою

Найбільше поширення у лабораторних й науково-дослідних роботах для вимірювання температур одержали хромель-копелеві і хромель-алюмелеві термопари.

До основних переваг термопар відносяться великий температурний діапазон вимірювань (від -50 °С до 1800-2200 °С).

Для переводу термо-ерс у °С використовують спеціальні таблиці (див. таблицю 2 додатків) або графіки. Таблиці й графіки складені для умов, при яких температура вільного (холодного) спаю термопар дорівнює 0°С. У практичних умовах температура вільних кінців може бути вище, тоді для одержання дійсного значення вимірюваної температури треба до показань, отриманих за допомогою таблиць (графіків) додати температуру вільного спаю. Температура вільного спаю чисельно дорівнює температурі навколишнього середовища. Для отримання більш точних показань вільний «холодний» спай поміщають у лід, що тане (0⁰С). Ємність, із льодом що тане, для розміщення «холодного» спаю термопар, отримала назву сосуд Д’юара (термос).

Мультиметри – це прибори, які застосовується для вимірювання багатьох (мульти) різних параметрів: опору мережі, напруги, струму (термо-ерс), а також для перевірки акумуляторних батарей та ін.

У лабораторіях мультиметри застосовуються для визначення значень термо-ерс під час вимірювання температур. Підключення термопар до мультиметра (або потенціометра) здійснюється через багатопозиційний перемикач, від якого на передню панель стенду виводиться два контакти.

Мультиметр приєднується до вимірювальної схеми за допомогою двох проводів (див. рис. 1.2): один із проводів через червоний щуп приладу, підключають до гнізда (поз.2), другий (через чорний щуп) - до гнізда СОМ (поз. 1). Для вимірювання термо-ерс перемикач режимів роботи встановлюють у положення DCV на відповідну межу (як показане на рис. 2, на 200m.

Рис. 1.2. Мультиметр

Також для визначення термо-ерс можна скористатися термопарою, яка додається до мультиметру (вона не має «холодного» спаю). Для цього на шкалі мультиметра необхідно встановити значення TEMP ⁰С (поз.3 на рис. 1.2). Показання на екрані мультиметра будуть відображатися в градусах Цельсія, але більшість мультиметрів у разі такого способу вимірювання температури дає досить велику погрішність.