Измерение температуры

Температурные шкалы.

Температура — важнейший параметр окружающей среды. Характеризует степень нагретости тел, которая определяется внутренней кинетической энергией. Чтобы количественно измерить температуру, необходимо выбрать начало отсчета и единицу изменения температурного интервала.

Температурные шкалы — это ряд отметок внутри температурного интервала, ограниченного двумя легко воспроизводимыми постоянными (например, точками кипения или плавления химически чистых веществ).

Для температурных шкал цена деления:


Для разметки температурной шкалы чаще всего используют объемное расширение тел, а за постоянные точки t» и t’ берут температуру кипения воды и температуру плавления льда. На этих точках основаны температурные шкалы Ломоносова, Цельсия, Фаренгейта. В этом температурном интервале принимается линейная зависимость объема расширения тела от температуры.

dt = k·dV,
k — это температурный коэффициент объемного расширения.

Тел с линейным изменением k не существует. Жидкостные термометры в зависимости от рабочего тела имеют свой температурный диапазон (водно-спиртовые термометры — до ±50, ртутные термометры — до -100°+400°С).

В 1848 году Кельвин из II начала термодинамики вывел:


T1, T2 — температура  холодильника и нагревателя;
Q1, Q2 — количество теплоты, полученной рабочим веществом от нагревателя и отданной холодильнику.

Если T2=100°C, а T1=0°C, то T = Q·100(Q100-Q0)
Q100 — теплота, переданная нагревателем веществу при 100°С;
Q0 — теплота, переданная холодильнику рабочим веществом при 0°С;
Q — теплота, при которой определяется температура.

Это — уравнение термодинамической шкалы температур, не зависит от физических свойств вещества.

C 1948 года для измерения используются две температурные шкалы: термодинамическая и международная практическая.

В термодинамической шкале Кельвина — нижняя температура — точка абсолютного нуля, а единственная экспериментальная — тройная точка воды (такое состояние вещества, когда в равновесии находятся твердое, жидкое и газообразное вещество) — равняется 273, 16 К. Эта точка выше температуры таяния льда на 0,01°С. Реально шкалу Кельвина воспроизвести невозможно. Наиболее близко к термодинамической шкале подходит шкала водородного термометра с учетом поправок на отклонение реального газа от идеального.

Международная практическая температурная шкала основана на ряде воспроизводимых равновесных состояний и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах. В интервале между реперными точками интерполяцию выполяняют по формулам. Основные реперные точки охватывают интервал температур от -259,34°С (тройная точка водорода) до +1064,43°С (тройная точка затвердевания золота).

Эталонные приборы:

  • для интервала от -259,34°С до +690,74°С — платиновый термометр сопротивения;
  • для интервала от +690,74°С до +1064,43°С — термоэлектрический термометр с электродами из платинородия (Ro — 10%; Pt — 90%) и платины.

Выше +1064,43°С температуру определяют в соответствии с законом Планка.

Связь между двумя температурными шкалами определяется уравнением:

T = t + 273,15

Т — температура по термодинамической шкале Кельвина;
t — температура по практической шкале Цельсия.

Классификация приборов для измерения температуры.

В зависимости от принципа действия приборы согласно ГОСТ 13417-76 подразделяются на:

  1. Монометрические термометры — они основаны на измерении давления рабочего вещества при постоянном объеме с изменением температуры.
  2. Термоэлектрические термометры — основа — термоэлектрический преобразователь (термопара), действие которого основано на зависимости термоЭДС от температуры.
  3. Термометры сопротивления — содержат термопреобразователь, действие которого основано на зависимости электрического сопротивления от температуры. Их делят на проводниковые и полупроводниковые.
  4. Пирометры излучения — квазимонохроматические, пирометры спектрального отношения, пирометры полного излучения. Действие основано на законах Планка и Вина.