Раздел 3. Измерение теплоты
Температурой называют физическую величину, характеризующую степень нагретости тела. Практически все технологические процессы, различные свойства вещества зависят от температуры.
В отличие от таких физических величин, как длина, масса и др. температура является не экстенсивной (параметрической), а интенсивной (активной) величиной. Так, если разделить на две равные части гомогенное тело, то его масса делится пополам. Температура, являющаяся интенсивной величиной, таким свойством аддитивности не обладает, т. е. для системы, находящейся в термическом равновесии, любая микроскопическая часть системы имеет одинаковую температуру. Поэтому не представляется возможным создание эталона температуры, наподобие того, как создаются эталоны экстенсивных величин. Измерять температуру можно только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению. Эти свойства тел называют термометрическими.
К ним относят длину, объем, плотность, термоЭДС, электрическое сопротивление и т, д. Вещества, характеризующиеся термометрическими свойствами, называют термометрическими. Средство измерений температуры называют термометром. Для создания термометра необходимо иметь температурную шкалу.
Температурной шкалой называют конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства. В связи с этим представляется возможным построение температурной шкалы на основе выбора любого термометрического свойства. В то же время нет ни одного термометрического свойства, которое линейно изменяется с изменением температуры и не зависит от других факторов в широком интервале измерения температур. Первые шкалы появились в XVIII в. Для построения их выбирались две опорные, или реперные точки t1 и t2, представляющие собой температуры фазового равновесия чистых веществ. Разность температур t1 – t2 называют основным температурным интервалом.
Фаренгейт (1715 г.), Реомюр (1776 г.) и Цельсий (1742 г.) при построении шкал основывались на допущении линейной связи между температурой t и термометрическим свойством, в качестве которого использовалось расширение объема жидкости V, т.е. равенством (1.1):
t=a+bV, (1.1)
где а и b — постоянные коэффициенты.
Подставив в это уравнение V=V1 при t=t1 и V=V2 при t=t2, после преобразований получим уравнение (1.2), которое называют уравнением температурной шкалы:
, (1.2)
В шкалах Фаренгейта, Реомюра и Цельсия точке плавления льда t1 соответствовали + 32, 0 и 0 °, а точке кипения воды t2 — 212, 80 и 100 °. Основной интервал t2 – t1 в этих шкалах делится соответственно на N = 180, 80 и 100 равных частей, и 1/N часть каждого из интервалов называют градусом Фаренгейта – t °F, градусом Реомюра – t °R и градусом Цельсия - t °С. Таким образом, для шкал, построенных по указанному принципу, градус не является единицей измерения, а представляет собой единичный промежуток - масштаб шкалы.
Для пересчета температуры из одной указанной шкалы в другую используют соотношение (1.3):
t°С= 1,25°R=-(5/9)( -32), (1.3)
Позднее было выяснено, что показания термометров, имеющих разные термометрические вещества (например, ртуть, спирт и др.), использующих одно и то же термометрическое свойство и равномерную градусную шкалу, совпадают лишь в реперных точках, а в других точках показания расходятся. Последнее особенно заметно при измерении температур, значения которых расположены далеко от основного интервала.
Указанное обстоятельство объясняется тем, что связь между температурой и термометрическим свойством на самом деле нелинейна и эта нелинейность различна для различных термометрических веществ. В частности, в рассматриваемом случае нелинейность между температурой и изменением объема жидкости объясняется тем, что температурный коэффициент объемного расширения жидкости сам изменяется от температуры и это изменение различно для различных капельных жидкостей.
На основе описанного принципа построения может быть получено любое количество температурных шкал, значительно различающихся между собой. Такие шкалы называют условными, а масштабы этих шкал — условными градусами. Проблема создания температурной шкалы, не зависящей от термометрических свойств веществ, была решена в 1848 г. Кельвином, а предложенная им шкала была названа термодинамической. В отличие от условных температурных шкал термодинамическая температурная шкала является абсолютной.
Термодинамическая шкала температур основана на использовании второго закона термодинамики. В соответствии с этим законом коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, определяется только температурами нагревателя ТН и холодильника ТX и не зависит от свойств рабочего вещества и вычисляется из равенства (1.4):
(1.4)
где QН и QX - соответственно количество теплоты, полученное рабочим веществом от нагревателя и отданное холодильнику.
Кельвином было предложено для определения температуры использовать равенство (1.5)
TН /ТX = QН /QX, (1.5)
Следовательно, используя один объект в качестве нагревателя, а другой - в качестве холодильника и проводя между ними цикл Карно, можно определить отношение температур объектов путем измерения отношения теплоты, взятой от одного объекта и отданной другому. Полученная шкала температур не зависит от свойств рабочего (термометрического) вещества и называется абсолютной шкалой температур. Чтобы абсолютная температура (а не только отношение) имела определенное значение, было предложено принять разность термодинамических температур между точками кипения воды ТКВ и таяния льда ТТЛ, равной 100°. Принятие такого значения разности преследовало цель сохранения преемственности числового выражения термодинамической температурной шкалы от стоградусной температурной шкалы Цельсия. Таким образом, обозначая количество теплоты, полученной от нагревателя (кипящая вода) и отдаваемой холодильнику (тающий лед), соответственно через QКВ и QТЛ и приняв ТКВ – ТТЛ=100, получим уравнения (1.6):
и , (1.6)
Для любой температуры Т нагревателя при неизменном значении температуры ТТЛ холодильника и количества теплоты QТЛ, отдаваемой ему рабочим веществом машины Карно, будем иметь выражение (1.7):
, (1.7)
Выражение (1.7) является уравнением стоградуснойтермодинамической шкалы температур и показывает, что значение температуры Т по данной шкале линейно связано с количеством теплоты Q, полученной рабочим веществом тепловой машины во время совершения процесса - цикла Карно, и, как следствие, не зависит от свойств термометрического вещества. За один градус термодинамической температуры принимают такую разность между температурой тела и температурой таяния льда, при которой производимая по обратимому циклу Карно работа равна 1/100 части работы, совершаемой в цикле Карно между температурой кипения воды и таяния льда (при условии, что в обоих циклах количество теплоты, отдаваемой холодильнику, одинаково). Из выражения (1.4) следует, что при максимальном значении должна быть равна нулю ТX. Эта наименьшая температура была названа Кельвином абсолютным нулем. Температуру по термодинамической шкале обозначают Т , К. Если в выражение, описывающее газовый закон Гей - Люссака (1.8)
, (1.8)
где Ро — давление при t=0 °С;
α-температурный коэффициент давления.
Подставить значение температуры, равное - , то давление газа Pt станет равным нулю. Естественно предположить, что температура , при которой обеспечивается предельное минимальное давление газа, сама является минимально возможной, и по абсолютной шкале Кельвина принята за нуль. Следовательно, абсолютная температура .
Из закона Бойля — Мариотта известно, что для газов температурный коэффициент давления а равен температурному коэффициенту объемного расширения . Экспериментально было найдено, что для всех газов при давлениях, стремящихся к нулю, в интервале температур 0-100 °С температурный коэффициент объемного расширения = 1/273,15.
Таким образом, нулевое значение абсолютной температуры соответствует °С. Температура таяния льда по абсолютной шкале составит Tо==273,15 К. Любая температура в абсолютной шкале Кельвина может быть определена как (где t температура в °С). Необходимо отметить, что один градус Кельвина (1К) соответствует одному градусу Цельсия (1°С), так как обе шкалы базируются на одинаковых реперных точках. Термодинамическая шкала температур, основанная на двух реперных точках (температура таяния льда и кипения воды), обладала недостаточной точностью измерения. Практически трудно воспроизвести температуры указанных точек, так как они зависят от изменения давления, а также от незначительных примесей в воде. Кельвин и независимо от него Д. И. Менделеев высказали соображения о целесообразности построения термодинамической шкалы температур по одной реперной точке. Консультативный комитет по термометрии Международного комитета мер и весов в 1954 г. принял рекомендацию о переходе к определению термодинамической шкалы с использованием одной реперной точки – w тройной точки воды (точки равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах), которая легко воспроизводится в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 К. Температура этой точки принята равной 273,16 К, т.е. выше температуры точки таяния льда на 0,01 С. Такое число выбрано для того, чтобы значения температур по новой шкале практически не отличались от старой шкалы Цельсия с двумя реперными точками. Второй реперной точкой является абсолютный нуль, который экспериментально не реализуется, но имеет строго фиксированное положение. В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам уточнила определение единицы термодинамической температуры в следующей редакции: «Кельвин—1/273,16» часть термодинамической температуры тройной точки воды». Термодинамическая температура может быть также выражена в градусах Цельсия:
t = Т — 273,15 К.
Использование второго закона термодинамики, предложенное Кельвином с целью установления понятия температуры и построения абсолютной термодинамической температурной шкалы, не зависящей от свойств термометрического вещества, имеет огромное теоретическое и принципиальное значение. Однако реализация указанной шкалы с использованием в качестве термометра тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, практически неосуществима.
Термодинамическая температура эквивалентна газотермической, используемой в уравнениях, описывающих законы идеальных газов. Газотермическую температурную шкалу строят на основе газового термометра, в котором в качестве термометрического вещества используется газ, приближающийся по свойствам к идеальному газу. Таким образом, газовый термометр является реальным средством для воспроизведения термодинамической температурной шкалы. Газовые термометры бывают трех типов: постоянного объема, постоянного давления и постоянной температуры. Обычно применяют газовый термометр постоянного объема (рисунок 1.1), в котором изменение температуры газа пропорционально изменению давления. Газовый термометр состоит из баллона 1 и соединительной трубки 2, заполненных через вентиль 3 водородом, гелием или азотом (для высоких температур). Соединительная трубка 2 подсоединена к трубке 4 двухтрубного манометра, у которого трубку 5 можно перемещать вверх или вниз благодаря гибкому соединительному шлангу 6. При изменении температуры объем системы, заполненной газом, изменяется, и для приведения его к первоначальному значению трубку 5 вертикально перемещают до тех пор, пока уровень ртути в трубке 4 не совпадет с осью Х—Х. При этом столб ртути в трубке 5, отсчитанный от уровня Х—Х, будет соответствовать давлению газа Р в баллоне.
Рисунок 1.1 – Схема газового термометра
Обычно измеряемую температуру Т определяют относительно некоторой точки отсчета, например, по отношению к температуре тройной точки воды T0, при которой давление газа в баллоне будет Ро. Искомая температура . Газовые термометры используют в интервале ~2 - 1300 К. Погрешность газовых термометров находится в пределах 3 ·10-3 — 2·10-2 К в зависимости от измеряемой температуры. Достижение такой высокой точности измерения - сложная задача, требующая учета многочисленных факторов: отклонения свойств реального газа от идеального, наличие примесей в газе, сорбцию и десорбцию газа стенками баллона, диффузию газа через стенки, изменение объема баллона от температуры, распределение температуры вдоль соединительной трубки.
В силу большой трудоемкости работы с газовыми термометрами предпринимались попытки изыскать более простые методы воспроизведения термодинамической температурной шкалы.
На основе проведенных в различных странах исследований на VII Генеральной конференции по мерам и весам в 1927 г. было принято термодинамическую шкалу заменить «практической» температурной шкалой и назвать ее международной температурной шкалой. Эта шкала была согласована со стоградусной термодинамической шкалой настолько тесно, насколько позволял уровень знаний того времени.
Для построения международной температурной шкалы было выбрано шесть воспроизводимых реперных точек, значения температуры которых по термодинамической шкале были тщательно измерены в различных странах с помощью газовых термометров и приняты наиболее достоверные результаты. С помощью реперных точек градуируются эталонные приборы для воспроизведения международной температурной шкалы. В интервалах между реперными точками значения температур рассчитывают по предлагаемым интерполяционным формулам, устанавливающим связь между показаниями эталонных приборов и температурой по международной шкале. В 1948, 1960 и 1968 гг. в положения о международной температурной шкале был внесен ряд уточнений и дополнений, так как на основе усовершенствованных методов измерений были обнаружены отличия этой шкалы от термодинамической, особенно в области высоких температур, а также в связи с необходимостью продлить температурную шкалу до более низких температур. В настоящее время действует принятая на XIII конференции по мерам и весам усовершенствованная шкала под названием «международная практическая температурная шкала 1968» (МПТП—68). Определение «практическая» указывает, что эта температурная шкала в общем не совпадает с термодинамической. Температуры МПТШ—68 снабжаются индексом (T68 или t68).
МПТШ—68 базируется на 11 основных реперных точках, приведенных в таблице 1. Наряду с основными имеется 27 вторичных реперных точек, охватывающих диапазон температур от 13,956 до 3660 К (от -259,194 до 3387°С). Числовые значения температур, приведенные в таблице 1.1, соответствуют термодинамической шкале и определены с помощью газовых термометров.
Таблица 1.1 - Основные реперные точки МПТШ – 68
Состояние равновесия | Температура | Давление | |
T68 ,K | t68 ,°С | Р, Па | |
Тройная точка водорода Точка кипения водорода Точка кипения водорода Точка кипения неона Тройная точка кислорода Точка кипения кислорода Тройная точка воды Точка кипения воды Точка затвердевания цинка Точка затвердевания серебра Точка затвердевания золота | 13,81 17,042 20,28 27,102 54,361 90,188 273,16 373,15 692,73 1235,08 1337,58 | -259,34 -256,108 -252,87 -246,048 -218,789 -182,962 0,01 419,58 961,93 1064,43 | --- 33 330,6 101 325 101 325 --- 101 325 --- 101 325 101 325 101 325 101 325 |
В качестве эталонного термометра в интервале температур от 13,81 до 903,89 К (630,74 °С – точка затвердевания сурьмы-вторичная реперная точка) принимается платиновый термопреобразователь сопротивления. Этот интервал разбит на пять подынтервалов, для каждого из которых определены интерполяционные формулы в виде полиномов до четвертой степени. В интервале температур от 903,89 до 1337,58 К используется эталонный платина-платинородиевый термоэлектрический термометр. Интерполяционной формулой, связывающей термоэлектродвижущую силу с температурой, здесь является полином второй степени.
Для температур выше 1337,58 К (1064,43 °С) МПТШ – 68 воспроизводится с помощью квазимонохроматического термометра с использованием закона излучения Планка.
В сентябре 1989 г. на 17-й сессии Консультативного комитета по термометрии была принята международная практическая температурная шкала МТШ – 90, которая с 1990 г. заменила МПТШ – 68 и предварительную температурную шкалу ПТШ – 76. МТШ – 90 определяет «кельвин» так же, как и МПТШ – 68, и сохраняет принцип построения шкалы на основе реперных точек с приписанными им новыми значениями температур, максимально приближенных к термодинамическим. Государственные эталоны единицы температуры соответствуют принципам, заложенным в МПТШ – 68 и МТШ – 90. Государственная поверочная схема для СИ температуры устанавливается ГОСТ 8.558 – 93. Введение новой шкалы позволило решить следующие проблемы в области измерения температуры:
- расширить действие МТШ – 90 в области низких те5мператур от 13,8 до 0,65 К;
- существенно приблизить МТШ – 90 к термодинамической температурной шкале в сравнении с МПТШ – 68. Это достигается тем, что при температурах выше 0 °С дополнительно введены новые реперные точки плавления (точка галлия) и затвердевания (точки индия, алюминия и меди);
- новая температурная шкала стала достаточно гладкой, что достигается за счет использования платинового термометра сопротивления в качестве интерполяционного прибора в диапазоне температур от 13,8 до 1235 К.
В области измерения температуры, во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, созданы государственные первичные эталоны и специальные эталоны, обеспечивающие единство измерений температуры в диапазоне от 273,15 до 6300 К. Погрешность воспроизведения единицы температуры составляет 0,2 мК в тройной точке воды и 1,5 К при температуре 2800 К. Погрешность воспроизведения единиц теплофизических величин находятся на уровне 10-4 – 10-2.
Международная практическая шкала МТШ – 90 в сочетании с МПТШ – 68
представлена на рисунке 1.2.
Измерение температуры вещества или тела при прямых измерениях.
В различных областях науки и техники применяется множество принципов и средств измерения температуры. В практике человеческого общества, в пищевой промышленности, в медицине, в машиностроении и энергетике, транспорте, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности широкое применение нашли средства измерений температуры на основе расширения жидкостных веществ внутри капилярных сосудов из стекла – стеклянные термометры. Прямые измерения при определении температуры являются чисто условным понятием, так как строгое определение прямого измерения в данном случае не может полностью удовлетворяться, действительно – воздействие температуры на термочувствительное вещество его расширяет и в капиляре изменяет его уровень, следовательно, налицо косвенное измерение, но оно очень похоже на прямое и поэтому называется условно.
Стеклянные жидкостные термометры.
Благодаря сравнительно высокой точности, несложности устройства и дешевизне изготовления стеклянные жидкостные термометры являются наиболее распространенными приборами для измерения температур. В зависимости от требований, предъявляемых к термометрам, изготовляется много различных типов и разновидностей стеклянных жидкостных (в особенности ртутных) термометров, отличающихся конструкцией, размерами, пределами измерения и другими характеристиками. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на зависимости между температурой и объемом термометрической жидкости, заключенной в термометре.
2673,15 | К | Т90 | Отметка возможных измерений Т. | |||
1946,15 | ºC | Т68 | Точка плавления платины Pt (при Р=101 325Па) | |||
1712,15 | Т68 | Точка плавления железа Fe (при Р=101 325Па) | ||||
1623,15 | Т68 | Точка плавления стали ( при Р=101 325Па) | ||||
1373,15 | Т68 | Точка плавления стекла (при Р=101325Па) | ||||
1357,770 | 1084,62 | Т90 | Точка плавления меди ( при Р=101 325Па) | |||
1234,930 | 961,780 | Т90/Т68 | Точка плавления серебра Ag (при Р=101 325Па) | |||
933,473 | 660,323 | Т90/Т68 | Точка плавления алюминия Al (при Р=101 325Па) | |||
717,15 | 444,60 | Т68 | Точка плавления серы S (при Р=101325Па) | |||
692,677 | 419,527 | Т90/Т68 | Точка плавления цинка Zn (при Р=101325Па) | |||
505,1181 | 231,968 | Т68 | Точка плавления олова Sn (при Р=101325Па) | |||
505,078 | 231,928 | Т90 | Точка плавления скандия Sc (при Р=101325Па) | |||
429,748 | 156,598 | Т90 | Точка плавления индия (при Р=101325Па) Точка плавления полимеров | |||
408,15 | 135,0 | Т68 | ||||
302,914 | 29,764 | Т90 | Точка плавления галлия Ga (при Р=101325Па) | |||
373,15 | 100,0 | Т68 | Точка кипения воды H2O (при Р=101325Па) | |||
273,16 | 0,01 | Т90/Т68 | Тройная точка воды H2O (при Р=101325Па) | |||
234,315 | - 38,834 | Т90 | Тройная точка ртути Hr (при Р=101325Па) | |||
90,188 | - 182,96 | Т68 | Точка кипения кислорода О2(при Р=101325Па) | |||
83,805 | - 189.34 | Т90 | Тройная точка аргона (при Р=101325Па) | |||
54,358 | - 218,79 | Т90/Т68 | Тройная точка кислорода О2(при Р=101325Па) | |||
24,556 | -248,59 | Т90 | Тройная точка неона Ne (при Р=101325Па) | |||
20.280 | -252,87 | Т90/Т68 | Точка кипения водорода H2 (при Р=101325Па) | |||
17,042 | -256,108 | Т90 | Точка кипения водорода H2 (при Р=33 330Па) | |||
13,803 | -259,346 | Т90/Т68 | Тройная точка водорода H2 (при Р=101325Па) | |||
0.65…5 | -272,5 и -268,15 | Т90 | Точка давления насыщенных паров 3He и 4He | |||
0,00 | -273,15 | Т90/Т68 | Абсолютный нуль температуры по Кельвину |
Рисунок 1.2 - Международная шкала МТШ – 90
Основными элементами конструкции термометра являются: стеклянный резервуар с припаянными к нему стеклянным капилляром; термометрическая жидкость, заполняющая резервуар и часть капилляра; шкала, градуированная в градусах температуры, расположенная вдоль капилляра. При повышении температуры термометра объем жидкости увеличивается, что заметно по изменению длины столбика жидкости в капилляре.
Конструкция и виды.Стеклянные жидкостные термометры по своей конструкции делятся на три вида:
а) термометры со вложенной шкалой;
б) палочные и термометры со вложенной шкалой;
в) палочные и термометры с наружной шкалой.
В термометрах со вложенной шкалой прямоугольная шкальная пластина и капилляр заключены в стеклянную цилиндрическую (или овального сечения) оболочку, припаянную к резервуару. Термометры со вложенной шкалой наиболее распространены, так как более удобны для применения. В палочных термометрах применяют массивные толстенные капиллярные трубки из которых выдувается и резервуар. Шкалу термометра наносят непосредственно на наружной стенке капилляра травлением или другим способом. По методу градуировки и применения стеклянные жидкостные термометры делятся на две группы: термометры, градуируемые при полном погружении, и термометры, градуируемые при неполном (рабочем) погружении.
Все рассматриваемые термометры по назначению и области применения могут быть разделены на лабораторные общего и специального назначения; технические общего и специального назначения.
Термометрические жидкости.
В качестве основных термометрических жидкостей для заполнения стеклянных жидкостных термометров применяют ртуть, керосин, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир и пентан. Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения.
Термометрическая жидкость | Температурный предел применения, оС | Средний коэффи-циент объемного теплового расши-рения | Нижний верхний истинный видимый |
Ртуть Керосин Толуол Этиловый спирт Петролейный эфир Пентан Ртутно-таллиевая амаль-гама (Нg 91,5%, Т1 8,5%) | -35+750(+1200) -20+300 -80+100 -80+70 -120+25 -200+20 -59+20 | 0,00018 0,00095 0,00107 0,00105 0,00125 0,00092 0,00018 | 0,00016 0,00093 0,00107 0,00103 0,00150 0,00090 0,000016 |
В настоящее время все стеклянные жидкостные термометры изготовляются только из термометрических стекол.
Лабораторные термометры.
Лабораторные термометры общего применения предназначены для измерений температур в различных лабораторных и производственных условиях. Существуют четыре вида лабораторных термометров. Основные виды лабораторных термометров и их характеристики представлены в таблице 1.3. Точные лабораторные стеклянные ртутные термометры изготовляются с большой длиной градусного интервала и малой ценой деления: 0,01; 0,02; 0,05 и 0,1 °С.
Таблица 1.3 – Основные характеристики лабораторных термометров.
Вид термометров | Температурная область применения | Температурный интервал шкалы, оС | Цена деления шкалы, оС | Допустимая погрешность показаний, оС* |
I II III IV | 10-60 55-115 140-300 300-500 | 0,01 ± 0,05 0,02 ± 0,1 0,05 ± 0,3 0,1 ± 1,2 |
*) Указанные значения допустимых погрешностей действительны при вертикальном положении термометра и нормальном давлении.
Технические термометры.
Технические термометры общего применения предназначены для измерения температур в самых различных отраслях производства. По форме нижней части технические термометры делятся на прямые и угловые - с углом изгиба 90 и 135 градусов. Допускаемая погрешность показаний технических термометров равна цене деления. Более подробно следует остановиться на характеристике электроконтактных термометров. По конструкции электроконтактные термометры делятся на два типа: ТЗК, замыкающие и размыкающие электрические цепи при одной, двух или трех заданных и определенных для каждого данного термометра температурах и ТПК с магнитной регулировкой контакта, замыкающие электрические цепи при любой температуре в пределах шкалы термометра.
Большинство термометров имеют вложенную шкалу, термометр ТС-12 и психрометры ПБУ-1М, ПС-14 - прикладную, термометр ТЛ-3 - палочного типа. Термометры кагатный ТС-5 и буртовой ТС-9 выпускаются соответственно в металлической и деревянной оправах. Термометр ТЛ-15 заполнен петролейным эфиром, а термометры ТП-10, ТП-11, ТС-2, ТС-3, ТС-4, ТС-5, ТС-7, ТС-8, ТС-9 - толуолом, окрашенным в красный цвет.
На рисунках 1.3 и 1.4 показаны термоконтактор с подвижным и заданным контактом, как примеры технических термометров
1 - постоянный магнит; 2 — медный провод; 3 — оболочка; 4 — верхняя шкала; 5 — микровинт; 6 — подвижный контакт; 7 — нижняя шкала; 8 — неподвижный контакт; 9 — резервуар; l — длина нижней частя; L — длина верхней части; l1 — длина изогнутой части; d — диаметр нижней части.
Рисунок 1.3 - Термоконтактор с подвижным контактом
1 — зажим; 2 — оболочка; 3 — шкала; 4, 5 — контакты; 6 — капилляр; 7 — резервуар; l — длина нижней частя; L — длина верхней части; l1 — длина изогнутой части; d — диаметр нижней части.
Рисунок 1.4 - Термоконтактор с заданным контактом
Проверка термометров перед установкой
Перед установкой на технологическом оборудовании жидкостные стеклянные термометры расширения должны пройти стендовую поверку: внешний осмотр, поверку показаний и поверку постоянства показаний.
При внешнем осмотре проверяют:
- целостность стеклянной оболочки термометра и капилляра;
- закрепление шкалы (не должна перемещаться) и четкость надписей;
- отсутствие разрывов столбика жидкости в капилляре и следов испарившейся жидкости на его стенках;
- состояние выводов электрических контактов для электроконтактных термометров.
При поверке жидкостных стеклянных термометров расширения используют термостат, в который погружают поверяемый термометр и образцовый термометр более высокого класса точности. Показания отсчитывают после легкого постукивания по термометрам. Постоянство показаний термометра поверяют путем поверки положения его нулевой точки перед основной поверкой и сразу после неё, то есть после нагрева термометра до максимальной температуры. Постоянство показаний термометров, не имеющих нулевой точки, поверяют по нижней оцифрованной отметке шкалы. К числу устранимых дефектов жидкостных стеклянных термометров расширения относят разрыв столбика жидкости в капилляре и наличие следов испарившейся термометрической жидкости на стенках капилляра. Для устранения этого дефекта термометр подвергают шестикратному нагреванию до максимальной температуры. Если при этом налет на стенках капилляра не исчезнет или обнаружится неустранимый разрыв столбика жидкости, то термометр заменяют новым. В некоторых случаях удается устранить дефекты, связанные с окислением контактов или разрывами электрической цепи электроконтактных термометров.
Жидкостные стеклянные термометры расширения, у которых при стендовой поверке выявлены неустранимые дефекты, признают негодными для дальнейшего использования и не ремонтируют.
Измерение температуры вещества или тела при косвенных измерениях.
В данном разделе, как и в предыдущем, также в различных областях науки и техники применяется множество принципов и средств измерения температуры. В практике человеческого общества, в пищевой промышленности, в медицине, в машиностроении и энергетике, транспорте, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности широкое применение нашли средства измерений температуры классификация которых в зависимости от используемого термометрического свойства и диапазона измерения, приведена в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 - Наиболее распространенные средства измерений температуры
Термометрическое свойство | Наименование средства | Диапазон измерений, °С |
Изменение давления рабочего вещества при постоянном объеме | Манометрические термометры: газовые жидкостные конденсационные | -150-600 -150-600 -50-350 |
Термоэлектрический эффект (термоЭДС) | Термоэлектрические преобразователи | -200-2200 |
Изменение электрического сопротивления | Металлические термопреобразователи | -260-1100 |
Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления | -240-300 | |
Тепловое излучение | Пирометры излучения: квазимонохроматические спектрального отношения радиационные | 700-6000 1400-2800 50-3500 |
Дата добавления: 2015-01-13; просмотров: 1065;