Typer termometre. Termometer elektronisk, digitalt

I fig. 75c viser et termometer som måler utvidelsen av en gass. En dråpe kvikksølv låser et volum tørr luft i en kapillær med en forseglet ende. Ved måling skal hele termometeret nedsenkes i mediet. Bevegelsen av en dråpe kvikksølv i en kapillær indikerer en endring i volumet av gassen; kapillæren har en skala med merkene 0 og 100 for punktene for smelting av is og kokende vann, som med et kvikksølvtermometer.

Et slikt termometer er ikke egnet for veldig nøyaktige målinger. Vi ønsker å snakke om et gasstermometer for å klargjøre den generelle ideen. Et termometer av denne typen er vist i fig. 75b. Kvikksølvbarometeret AB måler trykket til et konstant volum gass i sylinder C. Men i stedet for å markere høyden på kvikksølvsøylen i barometeret i trykkenheter, markerer vi det med 0 når sylinderen er i smeltende is og 100 når i kokende vann, plotter jeg hele Celsius-skalaen på dem. Ved å bruke Boyles lov kan det vises at skalaen til termometeret vist i fig. 75b bør være den samme som termometeret på fig. 75 a.

Påføring av gasstermometer
Ved kalibrering av gasstermometeret vist i fig. 76, senker vi sylinderen i smeltende is og merker 0 på barometerskalaen. Deretter gjentar vi hele prosedyren, og erstatter isen med kokende vann; vi får en karakter på 100. Ved å bruke skalaen som er definert på denne måten, bygger vi en graf over trykk mot temperatur. (Hvis du vil, kan trykket uttrykkes i enheter av høyden på kvikksølvsøylen.) Tegn deretter en rett linje gjennom punktene O og 100 og fortsett om nødvendig. Dette vil være en rett linje som bestemmer temperaturen i gassskalaen og gir standardverdier 0 og 100 på punktene der is smelter og vann koker. Nå vil et gasstermometer tillate oss å måle temperaturen hvis vi kjenner trykket til gassen i sylinderen ved den temperaturen. Den stiplede linjen i fig. 76 viser hvordan man finner vanntemperaturen der gasstrykket er 0,6 mHg.

Etter at vi har valgt et gasstermometer som standard, kan vi sammenligne kvikksølv og glyserin med det. Så det ble funnet at utvidelsen av de fleste væsker, avhengig av temperaturen målt av et gasstermometer, er noe ikke-lineær. Avlesningene til de to typene termometre divergerte mellom punktene 0 og 100, hvor samsvar er oppnådd per definisjon . Men kvikksølv gir merkelig nok en nesten rett linje. Nå kan vi formulere kvikksølvs "verdighet": "På gasstemperaturskalaen utvider kvikksølv seg jevnt." Denne fantastiske tilfeldigheten viser at vi på en gang gjorde et veldig godt valg - det er derfor nå vanlige kvikksølvtermometre kan brukes til direkte måle temperatur.

Et termometer er en høypresisjonsenhet som er designet for å måle den aktuelle temperaturen. I industrien måler et termometer temperaturen på væsker, gasser, faste stoffer og bulkprodukter, smelter osv. Termometre brukes spesielt ofte i bransjer hvor det er viktig å kjenne temperaturen på råvaren for riktig flyt. teknologiske prosesser, eller som en av kontrollene ferdige produkter. Dette er foretak innen kjemisk, metallurgisk, konstruksjon, landbruksindustri, samt matproduksjon.

I hverdagen kan termometre brukes i ulike formål. For eksempel finnes det utetermometre for tre- og plastvinduer, romtermometre, termometre for bad og badstuer. Du kan kjøpe termometre for vann, te og til og med øl og vin. Det er akvarietermometre, spesielle jordtermometre og inkubatorer. Termometre er også kommersielt tilgjengelige. frysere, kjøleskap og kjellere og kjellere.
Å installere et termometer er som regel ikke teknologisk vanskelig. Men ikke glem at bare installasjonen av et termometer utført i samsvar med alle regler garanterer påliteligheten og holdbarheten til driften. Det bør også tas i betraktning at termometeret er en treghetsanordning, dvs. utfellingstiden for avlesningene er ca. 10 - 20 minutter, avhengig av nødvendig nøyaktighet. Forvent derfor ikke at termometeret endrer avlesningen i det øyeblikket det tas ut av pakken eller installeres.
Av designfunksjoner Det finnes følgende typer termometre:

Et væsketermometer er det samme glasstermometeret som kan sees nesten overalt. Væsketermometre kan være både husholdnings- og tekniske (for eksempel er et ttzh-termometer et teknisk væsketermometer). Et væsketermometer fungerer etter det enkleste skjemaet - når temperaturen endres, endres væskevolumet inne i termometeret og når temperaturen stiger, utvider væsken seg og kryper opp, og omvendt når den synker. Vanligvis bruker flytende termometre enten alkohol eller kvikksølv.

Manometriske termometre er designet for fjernmåling og registrering av temperaturen på gasser, damper og væsker. I noen tilfeller er manometriske termometre laget med spesielle enheter som konverterer signalet til elektrisk og tillater temperaturkontroll.

Driften av manometriske termometre er basert på avhengigheten av trykket til arbeidsstoffet i et lukket volum på temperaturen. Avhengig av tilstanden til arbeidsstoffet, skilles gass-, væske- og kondensasjonstermometre.

Strukturelt sett er de et forseglet system som består av en sylinder forbundet med en kapillær til en trykkmåler. Pæren er nedsenket i måleobjektet og når temperaturen på arbeidsstoffet endres, endres trykket lukket system, som overføres gjennom kapillarrøret til manometeret. Avhengig av formålet er manometriske termometre selvregistrerende, indikerende, skalaløse med innebygde transdusere for fjernoverføring av målinger.

Fordelen med disse termometrene er muligheten for bruk i eksplosive gjenstander. Ulempene inkluderer en lav temperatur målenøyaktighetsklasse (1,5, 2,5), behovet for hyppig periodisk verifisering, kompleksiteten av reparasjoner, store størrelser pære.

Det termometriske stoffet for gassmanometriske termometre er nitrogen eller helium. En funksjon av slike termometre er ganske stor størrelse pære og, som et resultat, en betydelig treghet av målinger. Temperaturmåleområdet er fra -50 til +600°C, skalaene til termometre er jevne.

For flytende manometriske termometre er det termoelektriske stoffet kvikksølv, toluen, propylalkohol, etc. På grunn av væskens høye termiske ledningsevne er slike termometre mindre treghet enn gass, men med sterke temperatursvingninger miljø instrumentenes feil er høyere, som et resultat av at det, med en betydelig lengde av kapillæren, for flytende manometriske termometre, brukes kompensasjonsenheter. Temperaturmåleområdet (med kvikksølvfylling) er fra -30 til +600°С, termometerskalaen er ensartet. I kondensasjonsmanometriske termometre brukes lavtkokende væsker propan, etyleter, aceton osv. Fyllingen av pæren skjer ved 70%, resten er okkupert av damp av det termoelektriske stoffet.

Prinsippet for drift av kondenstermometre er basert på avhengigheten av det mettede damptrykket til en lavtkokende væske på temperaturen, som utelukker påvirkningen av endringer i omgivelsestemperaturen på avlesningene til termometre. Pærene til disse termometrene er ganske små, som et resultat er disse termometrene den minste tregheten av alle manometriske termometre. Dessuten er kondensasjonsmanometriske termometre svært følsomme, på grunn av den ikke-lineære avhengigheten av mettet damptrykk av temperaturen. Temperaturmåleområdet er fra -50 til +350°C, skalaene til termometre er ikke jevne.

Motstandstermometeret fungerer på grunn av kroppens velkjente egenskap til å endre elektrisk motstand med en endring i temperaturen. Dessuten, i metalltermometre, øker motstanden nesten lineært med økende temperatur. I halvledertermometre, tvert imot, avtar motstanden.

Metallmotstandstermometre er laget av en tynn kobber- eller platinatråd plassert i et elektrisk isolerende kabinett.

Prinsippet for drift av termoelektriske termometre er basert på egenskapen til to forskjellige ledere for å skape en termoelektromotorisk kraft når stedet for tilkoblingen deres, krysset, blir oppvarmet. I dette tilfellet kalles lederne termoelektroder, og hele strukturen kalles et termoelement. I dette tilfellet avhenger verdien av den termoelektromotoriske kraften til et termoelement av materialet som termoelektrodene er laget av, og temperaturforskjellen mellom det varme krysset og det kalde krysset. Derfor, når man måler temperaturen på det varme krysset, blir temperaturen på de kalde kryssene enten stabilisert eller korrigert for endringen.

Slike enheter lar deg måle temperaturen eksternt - i en avstand på flere hundre meter. Samtidig er det kun en svært liten temperaturfølsom sensor som er plassert i det kontrollerte rommet, og en indikator er plassert i det andre rommet.

er beregnet for å signalisere den innstilte temperaturen, og når den er nådd, for å slå på eller av det tilsvarende utstyret. Elektrokontakttermometre brukes i systemer for å opprettholde en konstant temperatur fra -35 til +300°C i ulike laboratorie-, industri-, energi- og andre installasjoner.

Elektrokontakttermometre lages på bestilling, iht spesifikasjoner bedrifter. Slike termometre er strukturelt delt inn i 2 typer:

— Termometre med manuelt justerbar kontakttemperatur,

— Termometre med konstant eller forhåndsinnstilt kontakttemperatur. Dette er de såkalte termiske kontaktorene.

Digitale termometre er svært nøyaktige, høy hastighet moderne apparater. Grunnlaget for et digitalt termometer er en analog-til-digital-omformer som opererer etter modulasjonsprinsippet. Parametrene til et digitalt termometer er helt avhengig av de installerte sensorene.

Kondenseringstermometre fungerer ved å bruke avhengigheten av det mettede damptrykket til en lavtkokende væske på temperaturen. Disse instrumentene er mer følsomme enn andre konvensjonelle termometre. Siden damptrykkavhengighetene for væskene som brukes, slik som etyleter, metylklorid, etylklorid, aceton, er ikke-lineære, er termometerskalaene som et resultat plottet ujevnt.

gass ​​termometer opererer på prinsippet om avhengighet mellom temperatur og trykk av et termometrisk stoff, som er fratatt muligheten for fri ekspansjon når det varmes opp i et trangt rom.

Hans arbeid er basert på forskjellene i den termiske utvidelsen av stoffene som platene til de påførte sensitive elementene er laget av. Bimetall termometre mye brukt på sjø- og elvefartøy, industri, atomkraftverk, for temperaturmåling i flytende og gassformige medier.

Et bimetalltermometer består av to tynne metallstrimler, for eksempel kobber og jern, når de varmes opp, skjer deres ekspansjon ulikt. De flate overflatene på båndene er tett festet til hverandre, mens det bimetalliske systemet av to bånd er vridd til en spiral, og en av endene på en slik spiral er stivt festet. Når spolen avkjøles eller varmes opp, trekker bånd laget av forskjellige metaller seg sammen eller utvider seg i varierende grad. Som et resultat vil spiralen enten vrir seg eller vikle seg av. En peker festet til den frie enden av spiralen viser måleresultatene.

KVARTSTERMOMETERE

Kvartstermometre fungerer basert på temperaturavhengighet resonansfrekvensen til piezokvartsen. En betydelig ulempe kvarts termometre er deres treghet, som når flere sekunder, og ustabilitet når du arbeider med temperaturer over 100oC.

Væske- og gasstermometre.

Væsketermometer - en enhet for måling av temperatur, hvis driftsprinsipp er basert på termisk ekspansjon væsker. Væsketermometeret er et direkteavlesningstermometer.

Det er mye brukt i ingeniør- og laboratoriepraksis for å måle temperaturer i området fra –200 til 750 °C. Et flytende termometer er en gjennomsiktig glass (sjelden kvarts) tank med en kapillær (av samme materiale) loddet til den.

°C-skalaen påføres direkte på en tykkvegget kapillær (det såkalte stavvæsketermometeret) eller på en plate som er stivt forbundet med denne (et væsketermometer med en ekstern skala, fig. a). Et væsketermometer med en innebygd skala (fig. b) har et utvendig glasshus (kvarts). Den termometriske væsken fyller hele reservoaret og en del av kapillæren. Avhengig av måleområdet er væsketermometeret fylt med pentan (fra -200 til 20 ° C), etylalkohol (fra -80 til 70 ° C), parafin (fra -20 til 300 ° C), kvikksølv (fra - 35 til 750 ° C). C) osv.

De vanligste kvikksølvvæsketermometrene, siden kvikksølv forblir flytende i temperaturområdet fra -38 til 356 °C ved normalt trykk og opp til 750 °C med en liten trykkøkning (hvor kapillæren er fylt med nitrogen). I tillegg er kvikksølv lett å rengjøre, fukter ikke glass, og dampen i kapillæren skaper lavt trykk. Væsketermometre er laget av visse typer glass og utsatt for spesielle varmebehandling("aldring"), som eliminerer forskyvningen av nullpunktet på skalaen forbundet med gjentatt oppvarming og avkjøling av termometeret (korreksjonen for forskyvningen av skalaens nullpunkt må angis for nøyaktige målinger). Væsketermometre har vekter med annen pris divisjoner fra 10 til 0,01 °С. Nøyaktigheten til et væsketermometer bestemmes av verdien av dets skalainndelinger. For å sikre den nødvendige nøyaktigheten og bekvemmeligheten, brukes flytende termometre med en forkortet skala; de mest nøyaktige av dem har et punkt på 0 ° C på skalaen, uavhengig av temperaturintervallet som er merket på den. Målenøyaktigheten avhenger av nedsenkingsdybden til væsketermometeret i det målte mediet. Termometeret skal være nedsenket opp til den tellede inndelingen av skalaen eller opp til en linje spesielt merket på skalaen (væskehaletermometre). Hvis dette ikke er mulig, innføres en korreksjon for den utstående søylen, som avhenger av målt temperatur, temperaturen på den utstående søylen og dens høyde. De viktigste ulempene med et flytende termometer er betydelig termisk treghet og dimensjoner som ikke alltid er praktiske for arbeid. Væsketermometre av spesiell utforming inkluderer meteorologiske termometre (av en spesiell utforming, beregnet for meteorologiske målinger hovedsakelig ved meteorologiske stasjoner), metastatiske (Beckmann-termometer, et kvikksølvtermometer med en innebygd skala som brukes til å måle små temperaturforskjeller), medisinsk osv. Medisinsk kvikksølv termometre har en forkortet skala (34-42 °С) og et skalaintervall på 0,1 °С. De opererer etter prinsippet om det maksimale termometeret - kvikksølvkolonnen i kapillæren forblir på nivået med maksimal stigning når den varmes opp og faller ikke før termometeret ristes.

Gasstermometer.

En enhet for måling av temperatur, hvis drift er basert på avhengigheten av trykket eller volumet til en ideell gass på temperaturen. Det mest brukte gasstermometeret er et konstant volum ris.), som er en gassfylt ballong 1 konstant volum, forbundet med et tynt rør 2 med enhet 3 for trykkmåling. I et slikt gasstermometer er endringen i temperatur på gassen i sylinderen proporsjonal med endringen i trykk. Gasstermometre måler temperaturer i området fra ~2K til 1300 K. Maksimal oppnåelig nøyaktighet for et gasstermometer avhengig av den målte temperaturen er 3 10 -3 - 2 10 -2 grader Et gasstermometer med så høy nøyaktighet er en kompleks enhet; når de måler temperatur, tar de hensyn til: avvik av egenskapene til gassen som fyller enheten fra egenskapene til en ideell gass; endringer i sylinderens volum med en endring i temperaturen; tilstedeværelsen av urenheter i gassen, spesielt kondenserende; sorpsjon (absorpsjon av et fast stoff eller væske av et stoff fra miljøet) og desorpsjon av gass av sylinderens vegger; diffusjon (gjensidig penetrasjon av kontaktstoffer inn i hverandre på grunn av den termiske bevegelsen av partikler av stoffet) av gass gjennom veggene, samt temperaturfordeling langs forbindelsesrøret.

Termisk motstand.

Motstandstermometre (ellers kalt motstandstermometre) er enheter for å måle temperatur. Prinsippet for driften av enheten er å endre den elektriske motstanden til legeringer, halvledere og rene metaller (dvs. uten urenheter) med temperaturen. Det følsomme elementet i et termometer er en motstand, som er laget av en film eller metalltråd, og har en avhengighet av elektrisk motstand på temperaturen. Tråden er viklet på en stiv ramme laget av kvarts, glimmer eller porselen, og innelukket i en beskyttende metall (glass, kvarts) kappe. De mest populære termiske motstandene er laget av platina. Platina er oksidasjonsbestandig, høyteknologisk og har en høy temperaturkoeffisient. Noen ganger brukes kobber- eller nikkeltermometre. Motstandstermometre brukes vanligvis til å måle temperaturer i området fra minus 263 C til pluss 1000 C. Kobbermotstandstermometre har et mye mindre område - kun fra minus 50 til pluss 180 C. Hovedkravet til utformingen av termometeret er at det må være tilstrekkelig følsomme og stabile, de. tilstrekkelig for den nødvendige målenøyaktigheten i det angitte temperaturområdet under passende bruksforhold. Bruksforholdene kan være både gunstige og ugunstige - aggressive miljøer, vibrasjoner, etc. Vanligvis fungerer motstandstermometre sammen med potensiometre (et resistivt element hvis motstandsverdi endres mekanisk; en enhet for måling av EMF, spenninger ved kompensasjonsmetoden), logometre (en enhet designet for å måle forholdet mellom to elektriske størrelser), målebroer. Nøyaktigheten av målinger av motstandstermometeret (termisk motstand) i seg selv avhenger i stor grad av nøyaktigheten til disse enhetene. Motstandstermometre kan være forskjellige: overflate, innskruing, plug-in, med bajonetttilkobling eller tilkoblingsledninger. Termiske motstander kan brukes til å måle temperatur i flytende og gassformige medier, i klima-, kjøle- og varmeteknologi, ovnsbygging, maskinteknikk, etc.

Termoelementer.

Termoelement er et termoelement som brukes til å måle og konvertere enheter. Dens prinsipp for drift er basert på det faktum at oppvarming eller kjøling kontakter mellom ledere som er forskjellige i kjemisk eller fysiske egenskaper, er ledsaget av utseendet til termoelektromotorisk kraft (termokraft). Et termoelement består av to metaller sveiset i den ene enden. Denne delen av den plasseres på stedet hvor temperaturen måles. To frie ender er koblet til målekretsen (millivoltmeter). De vanligste termoelementene er platina-platina-rhodium (PP), kromel-aluminium (XA), kromel-copel (XK) (kopel - kobber-nikkel-legering ~ 43% Ni og ~ 0,5% Mn), jernkonstant (LC) .

Termoelementer brukes i en lang rekke temperaturområder. Så et termoelement laget av gull legert med jern (andre termoelektrode - kobber eller krom) dekker området 4-270 K, kobber - konstantan 70-800 K (constantan er en termostabil legering basert på Cu (59%) med tillegg av Ni (39 -41%) og Mn (1-2%), kromel - kopel 220-900 K, kromel - alumel 220-1400 K, platina-rhodium - platina 250-1900 K, wolfram - rhenium 300-2800 K. Eds av metall termoelement ledere ligger vanligvis i området 5-60 mV . Nøyaktigheten for å bestemme temperaturen med deres hjelp er som regel flere K, og for noen termoelement når den ~0,01 K. Emf Et termoelement laget av halvledere kan være en størrelsesorden høyere, men slike termoelementer er preget av betydelig ustabilitet.

Termoelementer brukes i enheter for måling av temperatur og i ulike automatiserte systemer styring og kontroll. I kombinasjon med en elektrisk måleenhet (millivoltmeter, potensiometer) danner et termoelement et termoelektrisk termometer.

Måleenheten er koblet enten til endene av termoelektroder (kontakter (vanligvis koblinger) av ledende elementer som danner et termoelement) ( ris. , a) eller inn i diskontinuiteten til en av dem ( ris. , b) . Ved måling av temperatur er et av knutepunktene taktil termostatert (vanligvis ved 273 K). Avhengig av design og formål, skilles termoelementer ut: nedsenket og overflate; med en vanlig, eksplosjonssikker, fuktsikker eller annen kappe (hermetisk eller ikke-hermetisk), samt uten kappe; vanlig, vibrasjonsbestandig og støtbestandig; stasjonær og bærbar, etc.

Å heve temperaturtaket reiser problemet med å måle høye temperaturer. Nøyaktige målinger krever nøye standardisering av måleinstrumenter, som gir en vurdering av nøyaktigheten til resultatene og deres sammenlignbarhet med data fra andre forfattere. For standardisering brukes smelting (frysing), kokepunkt og trippelpunkt for visse "referanse"-stoffer. Primære referansepunkter er definert i 1968 International Practical Temperature Scale (IRTS-68).

For svært høye temperaturer (over 3000 K) brukes forskjellige wolframlegeringer. Det mest brukte paret er wolfram med tilsetning av 3 % rhenium - wolfram med tilsetning av 25 % rhenium med termoEMF nær 40 mV ved en begrensende temperatur på 2573 K. molybden kan brukes opp til 3300 K, men har en svært lav termoEMF (8,24 mV ved 3273 K). Alle disse termoelementene kan bare operere i hydrogen, rene inerte gasser eller vakuum.

Forelesning 3

Optiske pyrometre.

Ved svært høye temperaturer er målinger med optiske pyrometre den mest pålitelige og ofte eneste mulige metoden. Denne metoden gjelder ved temperaturer under 1200 K, men dets viktigste bruksområde er måling av temperaturer over denne verdien. Fordelene med pyrometeret er målinger uten fysisk kontakt med objektet og høy hastighet, ulemper er problemer knyttet til stråling: prøven må enten være en svart kropp (emissivitet lik 1), eller være i termisk likevekt med en svart kropp, eller emissiviteten til prøven må være kjent.

Pyrometri krever måling av strålingsfluks, som enten er ved visuell sammenligning av den ukjente fluksen med den fra en lampe med kjente egenskaper (visuelle eller subjektive pyrometre), eller ved å bruke en fysisk mottaker for dette formålet (fotoelektriske eller objektive pyrometre).

Med tanke på strålingslovene, kan pyrometre deles inn i følgende typer:

1. Spektralpyrometre som opererer i et så smalt bånd av spekteret at den effektive bølgelengde nesten uavhengig av temperatur. Når du kjenner den spektrale emissiviteten, kan den sanne temperaturen beregnes. Fordi den målte strålingen følger Plancks lov, kan disse pyrometerne kalibreres på ett fast punkt.

Ris. 1. Visuell lysstyrkepyrometer,

1 - strålingskilde

2 – optisk system, pyrometerlinse

3 - standard glødelampe

4 - filter med smal båndbredde

5 - okular

6 - en reostat som regulerer filamentstrømmen

7 – måleverktøy

Et eksempel er et lysstyrkepyrometer, som gir den høyeste nøyaktigheten av temperaturmålinger i området 103-104 K. I det enkleste visuelle lysstyrkepyrometeret med et forsvinnende glødetråd, fokuserer linsen bildet av kroppen som studeres på planet der filamentet (båndet) til referanseglødelampen er plassert. Gjennom et okular og et rødt filter som lar deg velge et smalt spektralområde nær bølgelengden λe = 0,65 μm (effektiv bølgelengde) , tråden ses mot bakgrunnen av bildet av kroppen, og ved å endre filamentfilamentstrømmen utjevnes lysstyrken til tråden og kroppen (tråden blir i dette øyeblikk umulig å skille). Skalaen til enheten som registrerer filamentstrømmen er vanligvis kalibrert i ° C eller K, og i øyeblikket lysstyrken utjevnes, viser enheten den såkalte lysstyrketemperaturen ( Tb) kropp. ekte kroppstemperatur T bestemmes på grunnlag av lovene for termisk stråling til Kirchhoff og Planck i henhold til formelen:

T \u003d T b C 2 /(C2+λ eIn α λ ,T) , (1)

hvor C 2= 0,014388 m×K , α λ , T - absorpsjonskoeffisient for kroppen, λ e - effektiv bølgelengde til pyrometeret. Nøyaktigheten av resultatet avhenger først og fremst av strengheten ved oppfyllelsen av målebetingelsene (α λ , T , λ ee, etc.). I denne forbindelse gis den observerte overflaten formen av et hulrom. Den viktigste instrumentelle feilen skyldes temperaturlampens ustabilitet. En merkbar feil kan også introduseres individuelle egenskaperøynene til observatøren.

2. De mest følsomme (men også de minst nøyaktige) er strålingspyrometre eller totalstrålingspyrometre som registrerer kroppens totale stråling. Totalstrålingspyrometre dekker hele det effektive spektralområdet som sendes ut av en prøve, uavhengig av bølgelengde. Den målte strålingen overholder Stefan-Boltzmann-loven [loven om svartlegemestråling: svartlegemestrålingseffekt er direkte proporsjonal med overflatearealet og fjerde potens av kroppstemperatur P=ST 4 ] og den sanne temperaturen kan beregnes fra den totale emissiviteten til prøven. Linsen til strålingspyrometre fokuserer den observerte strålingen på en mottaker (vanligvis en termopillar eller bolometer), hvis signal registreres av en enhet som er kalibrert mot svart kroppsstråling og viser strålingstemperaturen T r. Den sanne temperaturen bestemmes av formelen:

T=α t -1/4 *T r , (2)

hvor α T er den totale absorpsjonskoeffisienten til kroppen. Strålingspyrometre kan måle temperatur fra 200°C. I industrien er pyrometre mye brukt i overvåkings- og kontrollsystemer. temperaturforhold ulike teknologiske prosesser.

3. Spektralbåndpyrometre som opererer i et bredere spektrumbånd. De har en sterkt temperaturavhengig effektiv bølgelengde. Korreksjoner for temperatur er bare mulig ved numerisk integrasjon av den eksperimentelle kurven for spektrale emissiviteten.

4. To-farge (farge eller forhold) pyrometre. Dette er spektrum- eller spektralbåndpyrometre som bruker forholdet mellom målt stråling i to forskjellige bånd av spekteret for å bestemme temperaturen. For smale spektralbånd kan temperaturkorreksjoner beregnes fra forholdet mellom spektrale emissiviteter for de to effektive bølgelengdene. Disse pyrometrene bestemmer forholdet mellom lysstyrker, vanligvis i de blå og røde områdene av spekteret b 1(λ1, T)/ b 2(λ2, T) (for eksempel for bølgelengder λ1= 0,48 µm og λ2= 0,60 mikron). Skalaen til enheten er kalibrert i °C og viser fargetemperaturen Tc. sann temperatur T kroppen bestemmes av formelen

(3)

Fargepyrometre er mindre nøyaktige, mindre følsomme og mer komplekse enn lysstyrkepyrometre; brukes i samme temperaturområde.

Følsomheten til fargede pyrometre i området fra 1300 til 4000 K er fra 2 til 10 K. Hvis det er sterk absorpsjon av utstrålt stråling, utkonkurrerer fargede pyrometre alle andre typer pyrometre. Imidlertid er antakelsen om lik emissivitet for to forskjellige bølgelengder svært ofte ikke sann.

På optimale forhold Eksperimentell nøyaktighet gitt av et standard pyrometer er 0,04 K ved 1230 K og 2 K ved 3800 K. Det er åpenbart at det er umulig å oppnå en slik nøyaktighet i konvensjonelle studier. Den øvre målegrensen for pyrometre kan heves ved å bruke filtre med nøytral tetthet. Litteraturen beskriver et presisjonsinstrument som tillater målinger ved temperaturer opp til 10 000 K.

For å sammenligne strålingsfluksene fra prøven og fra lampen, kan en fysisk mottaker (sensor) brukes i stedet for det menneskelige øyet. Dette øker hastigheten og nøyaktigheten på målingene, og utvider også rekkevidden i retning av flere lave temperaturer på grunn av sensorens følsomhet for infrarød stråling.

Et veldig nøyaktig spektralpyrometer er et instrument basert på prinsippet om fotontelling. Den gir målinger i området fra 1400 til 2200 K med en nøyaktighet på henholdsvis 0,5 til 1,0 K, i samsvar med kravene i IPTS-68. I de fleste pyrometre sammenlignes den ukjente (målte) strålingsfluksen med lampens strålingsfluks, og målenøyaktigheten avhenger av lampens egenskaper, med hovedfeilkilden forskyvningen av dens strålingsparametere. I et pyrometer for fotontelling måles strålingsfluksen til prøven direkte og kalibrering krever bare ett fast punkt (smeltepunktet for gull) og en justerbar, men ikke kalibrert, strålingskilde.

Det finnes også en rekke utradisjonelle målemetoder som brukes når konvensjonelle metoder ikke er mulig eller feilene er for store. Dette er bruken av temperaturavhengigheten til linjeutvidelse i emitteren og i absorberen (den øvre temperaturgrensen er bare 1300 K). Det er også et støytermometer basert på temperaturavhengigheten til elektrisk motstandsstøyspenning (praktisk grense 1800 K). Termometre av denne typen brukes med hell til å måle kryogene temperaturer. Målenøyaktighet er 1Ka beste resultat i området fra 300 til 1300 K er det til og med ±0,1 K. Dette er også akustiske eller ultralydtermometre som bruker avhengigheten av lydhastigheten på temperaturen.

En interessant indirekte måte å måle temperaturer på er basert på å bestemme varmekurven til det tilsvarende termometeret over en viss tid uten å måtte nå den endelige likevektstemperaturen, noe som kan være uakseptabelt for dette termometeret.

gass ​​termometer

Et gasstermometer er en enhet for måling av temperatur, hvis drift er basert på avhengigheten av trykk eller volum av en ideell gass på temperaturen. Det mest brukte gasstermometeret er et konstant volum, der endringen i temperatur på gassen i sylinderen er proporsjonal med endringen i trykket. Temperaturskalaen til et gasstermometer faller sammen med den termodynamiske temperaturskalaen. Et gasstermometer brukes til å måle temperaturer opp til 1300 K (Kelvin).

Fra boken Alt om alt. Bind 1 forfatteren Likum Arkady

Hvem oppfant termometeret? Har du noen gang lurt på: "Jeg lurer på hvor varmt dette er?" Eller: "Jeg lurer på hvor kaldt det er?" Hvis du er interessert i varme, så forestill deg spekteret av spørsmål knyttet til dette fenomenet som forskere ønsker å avklare! Men

Fra boken Great Soviet Encyclopedia (BE) av forfatteren TSB

Fra boken Great Soviet Encyclopedia (GA) av forfatteren TSB

Fra boken Great Soviet Encyclopedia (VO) av forfatteren TSB

Fra boken Great Soviet Encyclopedia (ME) av forfatteren TSB

Fra boken Great Soviet Encyclopedia (TE) av forfatteren TSB

Fra boken Alt om alt. Bind 4 forfatteren Likum Arkady

Fra bok Stort leksikon teknologi forfatter Team av forfattere

Fra boken Who's Who in the World of Discoveries and Inventions forfatter Sitnikov Vitaly Pavlovich

Fra forfatterens bok

Fra forfatterens bok

Fra forfatterens bok

Finnes det et termometer uten kvikksølv? Vi er så vant til at termometre består av et tynt rør fylt med kvikksølv at vi sjelden tenker på hvorfor dette kvikksølvet trengs i dette røret, altså hvordan denne enheten fungerer. Et termometer, eller termometer, er bare en enhet

Fra forfatterens bok

Væsketermometer Et væsketermometer er det enkleste instrumentet som brukes veldig mye i nesten alle grener av det økonomiske komplekset i Russland, i medisinske institusjoner, i hverdagen for å måle lufttemperaturen i rom (inkludert industrielle,

Fra forfatterens bok

Kvikksølvtermometer Et kvikksølvtermometer er en enhet som er et flytende termometer designet for å måle temperaturer i området 35-750 ° C. For høye temperaturer kvikksølvtermometre fylle rommet over kvikksølv med nitrogen under trykk,

Fra forfatterens bok

Motstandstermometer Motstandstermometre er laget av rene metaller og av metaller i halvlederserien. Motstandstermometre er designet for målinger dannet på egenskapene til ledere og halvledere, som viser muligheten

Fra forfatterens bok

Hvem oppfant termometeret? Har du noen gang lurt på: "Jeg lurer på hvor varmt dette er?" Eller: "Jeg lurer på hvor kaldt det er?" Hvis du er interessert i varme, så forestill deg spekteret av spørsmål knyttet til dette fenomenet som forskere ønsker å avklare! Men

Ideell gassligning av tilstand

lar oss ta som en termometrisk mengde heller s, eller V, som kan måles med stor nøyaktighet.

Som eksperimentet viser, er tilstrekkelig sjeldne gasser svært nær ideelle. Derfor kan de tas direkte som en termometrisk kropp.

På denne måten kommer man frem til idealgasstemperaturskalaen. Den ideelle gasstemperaturen er temperaturen målt av et gasstermometer fylt med en foreldet gass. Fordelen med den ideelle gasstemperaturskalaen fremfor alle andre empiriske temperaturskalaer er at, som erfaringen viser, temperaturen T, bestemt av formel (4), avhenger veldig svakt av den kjemiske naturen til gassen som tanken til gasstermometeret er fylt med. Avlesningene til ulike gasstermometre når man måler temperaturen til samme kropp skiller seg svært lite fra hverandre.

I praksis er et gasstermometer vanligvis implementert på følgende måte: volum gass V holdes konstant, så fungerer det målte trykket som en indikator på temperaturen s.

Charles lov for referansepunkter i dette tilfellet vil ha formen:

hvor s 1 - trykk av en viss masse gass, nær ideell, ved temperaturen til smeltende is T 1 ; R 2 - trykk ved kokepunktet for vann T 2 .

Temperaturgraden kan per definisjon velges slik at forskjellen mellom de angitte temperaturene er lik 100, dvs.

Det er eksperimentelt fastslått at trykket R 2 er 1,3661 ganger større enn R en . Derfor å beregne T 2 og T 1 har vi to ligninger: K og . Deres løsning gir T 1 = 273,15 K; T 2 \u003d 373,15 K.

For å bestemme temperaturen til en kropp bringes den i kontakt med et gasstermometer, og etter at termisk likevekt er etablert, måles trykket. R gass ​​i et termometer. I dette tilfellet bestemmes kroppstemperaturen av formelen

Det følger av dette at når T=0 R=0. Temperaturen som tilsvarer null trykk ideelt gass ​​kalles absolutt null, og temperaturen målt fra absolutt null kalles absolutt temperatur. Her introduseres begrepet absolutt nulltemperatur på grunnlag av ekstrapolering. I virkeligheten, når vi nærmer oss absolutt null, er det flere og flere merkbare avvik fra lovene ideelle gasser gassene begynner å kondensere. Et strengt bevis på eksistensen av absolutt nulltemperatur er basert på termodynamikkens andre lov.

Kelvin skala

(absolutt termodynamisk temperaturskala)

I SI ble det avtalt å bestemme temperaturskalaen ved ett referansepunkt, som ble tatt som trippelpunktet for vann. I den såkalte absolutte termodynamiske temperaturskalaen, eller Kelvin-skalaen, antas det per definisjon at temperaturen på dette punktet er nøyaktig 273,16 K.

Et slikt valg numerisk verdi laget slik at intervallet mellom de normale smeltepunktene for is og kokepunktet for vann er, så nøyaktig som mulig, 100 K, ved bruk av et ideelt gasstermometer. Dette etablerer kontinuiteten til Kelvin-skalaen med den tidligere brukte skalaen med to referansepunkter. Målingene viste at temperaturene til de normale smeltepunktene for is og kokepunktene for vann i den beskrevne skalaen er henholdsvis omtrent 273,15 og 373,15 K.

Temperaturskalaen definert på denne måten avhenger ikke av de individuelle egenskapene til det termometriske stoffet.

Absolutt termodynamisk temperatur T, regnet på denne skalaen, er et mål på intensiteten av den kaotiske bevegelsen til molekyler og er en monoton funksjon av indre energi. For en ideell gass er direkte relatert til den indre energien ().

Den fikk navnet «termodynamisk» fordi den kan utledes helt uavhengig av rent termodynamiske beregninger på grunnlag av termodynamikkens andre lov.

Den absolutte termodynamiske skalaen er hovedtemperaturskalaen i fysikk. I temperaturområdet der et gasstermometer er egnet, skiller denne skalaen seg praktisk talt ikke fra den ideelle gasstemperaturskalaen.

Celsius temperatur ( t, ) tilkoblet til T(i K) likhet

Og K.

Typer termometre

Temperaturen kan ikke måles direkte. Derfor er virkningen av termometre basert på ulike fysiske fenomener avhengig av temperatur: på termisk ekspansjon av væsker, gasser og faste stoffer, endringer i gass eller mettet damptrykk med temperatur, elektrisk motstand, termisk emf, magnetisk følsomhet, etc.

Hovedenhetene til alle enheter for måling av temperatur er et følsomt element, hvor en termometrisk egenskap er realisert, og en måleenhet knyttet til den (trykkmåler, potensiometer, målebro, millivoltmeter, etc.).

Standarden for moderne termometri er et gasstermometer med konstant volum (trykk er en termometrisk mengde). Ved hjelp av gasstermometre måles temperaturen i et bredt område: fra 4 til 1000 K. Gasstermometre brukes vanligvis som primære instrumenter, i henhold til hvilke sekundære termometre som brukes direkte i eksperimenter kalibreres.

Av sekundære termometre er væsketermometre, motstandstermometre og termoelementer (termoelementer) mest brukt.

I flytende termometre er den termometriske kroppen vanligvis kvikksølv eller etanol. Vanligvis brukes flytende termometre i temperaturområdet fra 125 til 900 K. Den nedre grensen for de målte temperaturene bestemmes av egenskapene til væsken, den øvre grensen - av egenskapene til kapillærglasset.

	I motstandstermometre er det termometriske legemet et metall eller halvleder hvis motstand endres med temperaturen. Endringen i motstand med temperatur måles ved hjelp av brokretser (se fig.). Motstandstermometre fra metaller brukes i temperaturområdet fra 70 til 1300 K, fra halvledere (termistorer) - i området fra 150 til 400 K, og karbon - opp til flytende heliumtemperaturer.
	Utbredt i temperaturmålinger mottatte termometre basert på termoelementer. Her fungerer to knutepunkter av forskjellige metaller som et termometrisk legeme. Hvis to ledere er koblet i henhold til skjemaet (se fig.), Da vil voltmeteret i kretsen registrere spenning, som betyr

som er proporsjonal med temperaturforskjellen mellom kryss 1 og 2. Hvis temperaturen i et av kryssene holdes konstant, vil voltmeteravlesningene kun avhenge av temperaturen til det andre krysset. Slike termometre er spesielt praktiske å bruke i området med høye temperaturer - omtrent 700-2300 K.

På veldig høy temperatur materialer smelter og de beskrevne typene termometre er ikke anvendelige. I dette tilfellet tas selve kroppen, hvis temperatur må måles, som det termometriske legemet, og den elektromagnetiske energien som sendes ut av kroppen tas som termometrisk mengde. I henhold til de kjente strålingslovene trekkes en konklusjon om kroppens temperatur. Den internasjonale komiteen for vekter og mål etablerte den termodynamiske skalaen ved temperaturer over 1064 nettopp på grunnlag av strålingslovene. Instrumenter som måler strålingsenergi kalles pyrometre.

Ved svært lave temperaturer (> 1 K) er det heller ikke mulig å bruke de vanlige metodene for temperaturmåling, siden utjevningen av temperaturer ved kontakt skjer veldig sakte og i tillegg blir de vanlige termometriske verdiene uegnet ( for eksempel blir gasstrykket veldig lavt, motstanden er praktisk talt uavhengig av temperatur). Under disse forholdene blir selve kroppen også tatt som et termometrisk legeme, og egenskapene til dets egenskaper, for eksempel magnetiske, tas som en termometrisk mengde.