Измерение температуры

Измерение температуры и давления

Измерение температуры

Измерение представляет собой процесс нахождения значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств. В процессе измерения происходит сравнение измеряемой величины с физической, которой присвоено числовое значение, равное единице, и которое называется единицей измерения.

Температура является одним из важнейших параметров, определяющих состояние тела. Для измерения температуры может быть использовано любое свойство твердого, жидкого и газообразного вещества, изменяющегося с температурой: изменения физического или химического состояния, размеров, электрических свойств, изменение энергетической яркости излучения и т.п. Приборы, с помощью которых можно измерить температуру посредством контакта с исследуемой средой, называются термометрами. В качестве термометра может быть использован прибор, основанный на точном, легко воспроизводимом изменении свойств вещества в зависимости от изменения температуры. Независимо от того, какое свойство вещества используется при измерении температуры, термометры должны быть отградуированы в соответствии с единой, твердо установленной температурной шкалой.

В настоящее время применяется международная практическая температурная шкала (МПТШ-68) редакции 1968 года, в которой единицей измерения является градус Кельвина (К), градус Цельсия (⁰С). Эта шкала основана на определенных воспроизводимых постоянных (реперных) точках, значение температур которых может быть определено современными средствами измерения с заданной точностью. МПТШ-68 основана на значениях температур 11 точек, соответствующих состоянию равновесия между фазами чистых веществ (например, тройная точка водорода, тройная точка воды, точка кипения воды, точка затвердевания цинка и др.).

Термодинамическая шкала, предложенная Кельвином (Т, К) в 1948 году, не зависит от термометрических свойств веществ. В основу построения термодинамической шкалы Кельвина заложен идеальный цикл Карно, в котором полученная работа зависит только от температур начала и конца процесса и не зависит от природы рабочего тела. Для практического измерения температуры эта шкала оказалась неудобной ввиду того, что нужно было измерять количество теплоты либо используя термометры, заполненные различными реальными веществами, либо вводить поправки для каждого значения температуры. Шкала Кельвина начинается с абсолютного нуля, причем единица 1 Кельвина (1 К) определена как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

По шкале Цельсия (t,°С) за нулевую точку принята температура таяния льда (0°С). Нулевая точка шкалы лежит на 273,15 К выше точки абсолютного нуля и на 0,01 К ниже тройной точки воды. Единица – градус Цельсия (°С) равна по величине Кельвину (К). Связь между температурами по шкалам Кельвина и Цельсия выражается формулой:

Т(К)=t(⁰C)+ 273,15…

В ряде зарубежных стран до сих пор используют шкалу Ранкина (°R) и шкалу Фаренгейта (°F). Пересчет числовых значений производят по следующим соотношениям:

t (°С) = 5/9 t (°F) – 32 …

Т (К) = 5/9 t (°R) …

В зависимости от диапазона измерения температур наибольшее распространение в различных отраслях науки и промышленности нашли средства измерения, приведенные на рис.1.1. Более подробно остановимся на следующих средствах измерения температуры:

- термометры расширения (в т.ч. манометрические),

-термометры сопротивления (терморезисторы),

- термоэлектрические термометры (термопары),

- оптические пирометры.

Рис.1.1 Область применения наиболее распростра­ненных типов термометров:

а – механических контактных; б – особых типов механиче­ских контактных; в – электрических контактных; г – особых типов электрических контактных;

д – пирометров