Приборы для измерения температуры воздуха реферат

Термометр представляет собой специальный прибор, предназначенный для измерений текущей температуры конкретной среды при контакте с ней.

В зависимости от вида и конструкции, он позволяет определить температурный режим воздуха, человеческого тела, почвы, воды и так далее.

Современные термометры подразделяются на несколько видов. Градация приборов в зависимости от сферы применения выглядит так:

• бытовые;
• технические;
• исследовательские;
• метеорологические и другие.

Также термометры бывают:

• механические;
• жидкостные;
• электронные;
• термоэлектрические;
• инфракрасные;
• газовые.

Каждый из названных приборов имеет собственную конструкцию, отличается принципом действия и областью применения.

Прогноз погоды формируется исходя из характерных явлений природы, изменения температуры воздуха, силы и скорости ветра. Самые обыкновенные и частые явления природы это облака, солнце, дождь и просто хорошая погода, гораздо реже природные явления образуют стихию. Для исследования явлений природы и составления предстоящих прогнозов погоды используются метеорологические станции с самых разных частей земного шара.

Описание основных метеоприборов для прогноза погоды

Термометр – привычный прибор для измерения температуры воздуха и воды.

Гигрометр – прибор для измерения влажности воздуха.

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления.

Анемометр – прибор для измерения силы и скорости ветра.

Облакомер – прибор для определения высоты нижней границы облаков.

Термограф – регистратор изменения температуры воздуха и воды.

Флюгер – прибор для измерения направления ветра.

МетеоЗонд – устройство находящееся в атмосфере для измерения ее параметров.

МетеоСпутник – устройство находящееся на орбите для метеонаблюдений.

Метеорологическая  станция – учреждение, в задачи которого входит наблюдение за погодой, регистрация метеорологических изменений и составление прогноза и синоптической карты погоды.

Термометры сопротивления

Измерение
температуры по электрическому сопротивлению тел / / (обычно металлических)
основывается на зависимости их сопротив­ления от температуры. У большинства
чистых металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается приблизительно
на 0,4% -град-1, а у металлов ферромагнитной группы (железо, никель,
кобальт)—приблизительно на 0,65% -град”1. Металлические сплавы имеют более
низкие температурные коэффициенты вплоть до значений, близких к нулю. Очень
большие отрицательные темпе­ратурные коэффициенты, когда сопротивление
уменьшается с уве­личением температуры, наблюдаются  у некоторых полупроводниковых
соединений.

Электрические
термометры сопротивления практически позво­ляют измерять температуру с высокой
степенью точности — до 0,02°С, а при измерениях небольшой разности температур —
до 0,0005°С. Обязательное наличие источника тока, а также большие размеры
чувствительного элемента у термометров сопротивления ограничивают их
применение. Если у термопар температура опре­деляется в точке соединения двух
термоэлектродов, то у термомет­ров сопротивления — на участке некоторой длины.

Чаще
применяют металлические термометры сопротивления. Материалы для термометров
сопротивления должны обладать следующими свойствами: а) высоким удельным
сопротивлением; б) высоким температурным коэффициентом; в) химической инерт­ностью;
г) легкой технологической воспроизводимостью; д) деше­визной; е) постоянством
физических свойств во времени.

Металлические
сплавы, обладающие обычно высоким удельным сопротивлением, но небольшим
температурным коэффициентом, непригодны в качестве материала для термометров
сопротивления. Неоднократные попытки широкого использования никеля и железа,
обладающих большим температурным коэффициентом и высоким удельным
сопротивлением, практически потерпели неудачу. Эти металлы в чистом виде
получить трудно. Кроме того, они крайне слабо сопротивляются химическим воздействиям.
По разным при­чинам отпала возможность использовать и многие другие металлы.
Наиболее подходящими материалами для термометров сопро­тивления оказались
платина (для измерений в интервале от —200 до 650°С) и медь (в интервале от —50
до +180°С).

Платина —
дорогостоящий материал, химически инертен и легко получается в чистом виде.
Удельное сопротивление платины Q0 = 0,0981 •
10-6 Ом∙м, при 0°С— достаточно большое. При температуре t полное 
сопротивление Rt (Ом)   термометра   опреде­ляется зависимостями:

Аналогичные  
зависимости   имеет   и   удельное    сопротивление

Для платины
марки Пл-2 (ГОСТ 8588—64), применяемой обычно в стандартных термометрах сопротивления,
коэффициенты в (3) и (4) имеют значения: А =3,96847∙10-3 град-1;
В = -5,847∙ 10-7 град-2; С= -4,22∙10-12
град-4

Чистота
платины характеризуется отношением сопротивления rioo при температуре 100°С к
сопротивлению R0 при 0°С. Для пла­тины марки Пл-2 по (3) отношение
Rm : R0= 1,391. Особо чистая платина марки Пл-0 характеризуется
отношением R 100 :R0 = 1,3925.
Чем больше загрязнена платина, тем меньше это отноше­ние.

Медь обладает
малым удельным сопротивлением Q0 =0,0155-10-6
Ом-м. Медь получается электролитическим путем, поэтому даже обычные торговые
сорта меди отличаются высокой степенью чистоты. Медные провода в различной
изоляции выпуска­ются в широком ассортименте практически любых сечений. Однако
при высоких температурах наблюдается интенсивное окисление даже изолированных
медных проводников, что ограничивает верх­ний предел измерения. Температура
+180°С является допустимым пределом применения лаковой изоляции проводов.

В применяемом
интервале температур от —50 до +180°С сопро­тивление меди практически линейно
зависит от температуры. Отно­шение R100: R0=
1,426.

Кроме чистых
металлов, для термометров сопротивления ис­пользуются также некоторые полупроводниковые
материалы.

При
измерениях сопротивлений ток, протекающий по термо­метру, должен быть небольшим.
Иначе выделение тепла может при­вести к заметной разности температур термометра
и окружающей среды. Для технических термометров тепловая энергия, выделяемая в
термометре, или мощность рассеивания должна быть не более 10 мет, а для
полупроводниковых термометров (разных типов)— не более 0,3—2 мет.

Платиновые термометры сопротивления

Неизолированную
платиновую проволоку 1 диаметром 0,07 мм бифилярно наматывают на слюдяную
пластинку 2 с зубчатыми краями. Бифилярная намотка необхо­дима для того, чтобы
исключить появле­ние индуктивного сопротивления. Пла­стинка с намотанной на ней
платиновой проволокой покрывается с двух сторон слюдяными пластинками таких же
разме­ров. Все три пластинки скрепляются се­ребряной лентой 4 в пакет. К
каждому концу платиновой проволоки приварива­ется подводящий провод 3 из
серебра диаметром 1 мм. Подводящие провода изолируются фарфоровыми бусами 5 и
присоединяются к зажимам на головке термометра. Такой чувствительный эле­мент помещают
в тонкостенную алюми­ниевую трубку 6 (рис. 7), в нижней части которой расположен
массивный вкладыш 7 с плоской прорезью для чув­ствительного элемента. Вкладыш
улучша­ет условия теплопередачи от трубки к чувствительному элементу. Алюминие­вую
трубку вместе с подводящими прово­дами помещают во внешний защитный чехол 8,
выполняемый обычно из сталь­ной трубы.

Внешний вид и
размеры термометров такие же, как и у термоэлектрических термометров. Длина
чувст­вительного элемента во всех конструк­циях обычно не меньше 90—100 мм.

Рис. 7.
Конструктивная схема    платиновых   тер­мометров       сопротивле­ния: а —
схема бифилярной на­мотки проволоки / на слю­дяную пластинку 2; б—чув­ствительный
элемент тер­мометра в арматуре

У термометров
с уменьшенной тепло­вой инерцией массивный вкладыш не при­меняется и пакет из
трех слюдяных пла­стин помещается между двумя пружиня­щими лепестками из
тонкого (0,1 мм) дюралюминия.

Термометры
малоинерционные (с по­стоянной времени менее 9 сек) имеют чув­ствительный
элемент иной конструкции: платиновая проволока, намотанная на

стеклянный
стержень, оплавляется стеклом и помещается во внеш­ний защитный чехол с
наружным диаметром 10 мм.

Термометры
могут быть выполнены также двойными (с двумя электрически изолированными друг
от друга чувствительными эле­ментами и с четырьмя зажимами на головке термометра).

Платиновые
технические термометры сопротивления (по ГОСТ 6651—59) выпускаются трех градуировок,
отличающихся величи­ной сопротивления R0 при 0°С и пределами применения:

Для измерения
низких температур от 12 до 95К. (приблизи­тельно от —261 до — 178°С)
применяются специальные образцовые и лабораторные термометры сопротивления
(ГОСТ 12877—67). Зависимость между сопротивлением и температурой устанавли­вается
в этом случае по ГОСТ 12442—66.

Технические
термометры поверяют обычно в двух точках: при 0°С в ледяном термостате и приблизительно
при 100°С в паровом термостате. Критериями оценки качества термометров служат
зна­чения сопротивления R0 и отношения сопротивлений R100:R0

Зависимость
сопротивления платиновых термометров от температуры (градуировочные таблицы)

Поверку
производят по инструкциям 156—60 и 157—62 Государ­ственного комитета
стандартов, мер и измерительных приборов СССР.

Медные термометры сопротивления

Медные
термометры изготовляют только технические (тип ТСМ) по ГОСТ 6651—59 и имеют обычно
следующую конструктив­ную форму.

Медная
изолированная проволока диаметром 0,1 мм наматы­вается, обычно бифилярно, в
несколько слоев на цилиндрическую пластмассовую колодку и покрывается глифталевым
лаком. Концы проволоки припаиваются к подводящим медным проводам диамет­ром
1,0—1,5 мм, которые присоединяются к зажимам головки тер­мометра. Чувствительный
элемент помещают в тонкостенную металлическую гильзу (рис. 8), а затем — во
внешний защитный чехол с наружным диаметром 10, 14 или 21 мм в рабочей части
(рис. 9), общей длиной до 2000 мм.

Термометры,
предназначенные для измерения температуры воз­духа при атмосферном давлении,
имеют перфорированный внешний защитный чехол (рис 9,б).

Рис. 8.
Чувстви­тельный элемент медного термомет­ра сопротивления: а — без         защитной
гильзы;   б — в  защит­ной гильзе

Рис. 9.  
Внешний   вид   термометров сопротивления: а —в защитном  чехле;   б — для
измерений температуры    воздуха       при     атмосферном давлении

измерения температуры за счет отклонений
от градуировочных зависимостей R = f(t) по табл. 5 не должны пре­вышать:

Полные
градуировочные таблицы с интервалами температур в 1°С приведены в приложении к
ГОСТ 6651—59.

Зависимость
сопротивления медных термометров от температуры (градуировочные таблицы)

Устройства для измерения температур

Температуру измеряют с
помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных
устройств, применяемых в про­мышленности, при научных исследованиях и для специальных це­лей. В табл. 2-3 приведены наиболее распространенные
устройства для измерения
температуры и практические пределы их примене­ния.

До последнего времени
узаконенных терминов и их определении для устройств измерения температуры не существовало.
Только в июле 1968 г. был
введен в действие новый ГОСТ 13417—67, уста­навливающий такие понятия. Приведем некоторые из них.

Практические пределы
применения наиболее распространенных устройств для промышленных измерении температур

Термометром называют устройство (прибор), служащее для измерения температуры
путем преобразования ее в показания или сигнал,
являющийся известной функцией температуры.

Чувствительным
элементом термометра
называют часть термо­метра,
преобразующую тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.

Различают термометры контактные
и бесконтактные. Чувстви­тельный элемент контактного термометра входит в непосредствен­ное соприкосновение с измеряемой
средой-

Пирометром называют бесконтактный термометр, действие
ко­торого основано на использовании
теплового излучения нагретых тел.

Термокомплектом называют измерительную установку, состоя­щую из термометра, не имеющего собственной шкалы,
и вторич­ного прибора, преобразующего
выходной сигнал термометра в чис­ленную величину.

Приборы для измерения температуры

Федеральное
Агентство по Образованию

Государственное
Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования

Кафедра
“Строительное Материаловедение и Технологии”

Принцип работы

В основе жидкостного термометра лежит эффект, известный как расширение жидкостных сред при нагревании. Чаще всего в подобных приборах используется спирт либо ртуть. Хотя от последней планомерно отказываются в виду повышенной токсичности этого вещества. И все же, данный процесс так до конца не завершен, так как ртуть обеспечивает лучшую точность измерений, расширяясь по линейному принципу.

В метеорологии чаще применяют приборы, наполненные спиртом. Объясняется это свойствами ртути: при температуре в +38 градусов и выше она начинает густеть. В свою очередь, спиртовые термометры позволяют оценивать температурный режим конкретный среды, нагретой 600 градусов. Ошибка измерений не превышает доли одного градуса.

Механический термометр

Механические термометры бывают биметаллическими или делатометрическими (стержневые, жезловые). Принцип действия таких приборов основан на способности металлических тел расширяться при нагреве. Они отличаются высокой надежностью и точностью. Себестоимость производства механических термометров относительно низка.

Данные приборы применяются в основном в специфическом оборудовании: сигнализациях, системах автоматического контроля температуры.

Газовый термометр

Принцип действия термометра основан на тех же свойствах, что и описанных выше приборов. За исключением того, что в данном случае применяется инертный газ. По сути, такой термометр представляет собой аналог манометра, который служит для измерения давления. Газовые приборы применяются для измерения высоко- и низкотемпературных сред (диапазон составляет -271 – +1000 градусов). Они обеспечивают относительно низкую точность, из-за чего от них отказываются при лабораторных измерениях.

Электронный термометр

Его еще называют термометр сопротивления. Принцип действия этого прибора основан на изменение свойств полупроводника, встроенного в конструкцию устройства, при повышении или понижении температуры. Зависимость у обоих показателей линейная. То есть, при повышении температуры растет сопротивление полупроводника, и наоборот. Уровень последнего напрямую зависит от типа металла, использованного при изготовлении прибора: платина «работает» при -200 – +750 градусов, медь при -50 – +180 градусов. Электрические термометры используются редко, так как при производстве очень сложно градуировать шкалу.

Инфракрасный термометр

Также известен как пирометр. Он представляет собой бесконтактный прибор. Пирометр работает с температурами от -100 до +1000 градусов. Его принцип действия основан на измерении абсолютного значения энергии, которую излучает конкретный объект. Максимальная дальность, на которой термометр способен оценивать показатели температуры, зависит от его оптической разрешения, типа прицельного устройства и других параметров. Пирометры отличаются повышенной безопасностью и точностью измерения.

Термоэлектрический термометр

Действие термоэлектрического термометра основано на эффекте Зеебека, посредством которого оценивается разница потенциалов при контакте двух полупроводников, в результате чего образуется электрический ток. Температурный диапазон измерений составляет -100 – +2000 грудусов.

Термополоски

Термополоска – это термочувствительная пленка. Термополоска, благодаря имеющимся в ней кристаллам, под воздействием температуры тела, способна менять свой цвет.

Термополоски имею большую погрешность измерения. Связанно это с тем, что существует очень много факторов, влияющих на измерение: освещенность, наличие пота, плотность прилегания к поверхности кожи и т.д.

Глава 3.  Практические опыты применения термометров

Конечно, мне приходилось пользоваться термометром дома и  на приемах в поликлинике. Дома у нас имеется как ртутный, так и электронный термометры.

От мамы я узнал, что с ртутным термометром нужно обращаться очень осторожно, чтобы случайно не разбить его. Дело в том, что ртуть очень ядовита. Поэтому мама мне купила еще и электронный термометр. Оказывается, в нем нет ни столбика с ртутью, ни шкалы с делениями. А температура отображается числом на маленьком дисплее этого прибора. О том, что измерение закончено, термометр сообщает звуковым сигналом.

Первые дни я из рук не выпускал наш новый прибор. Я измерял температуру тела не только у себя, но и у всех членов семьи.

Изначально, я решил измерить температуру тела с помощью двух термометров – электронного и ртутного. Сначала, я измерил температуру у себя с помощью электронного термометра, она составила –  36,5°. Результаты электронного термометра готовы были уже через одну минуту. Потом я измерил температуру тела с помощью ртутного термометра, она составила – 36,5°. По времени измерение температуры тела с помощью ртутного термометра составило 10 минут. (Фото 1, 2 в приложении)

показания обоих термометров полностью совпадают. Только время, затраченное на получение результата существенно различается.

В конце концов, я решил провести второй опыт. Дальше, я  пошел на хитрость, и перед проверкой температуры в следующий раз, выпил чашку горячего чая. (Фото 3, 4) Теперь температура, согласно электронного градусника была 37,8°. Далее, через некоторое время, я поел мороженое. (Фото 5, 6) И, как вы думаете, мой результат – 36,2°., выпив чашку горячего напитка, либо съев мороженое или выпив холодный напиток, можно изменить показания термометра.

Для третьего опыта, я взял 2 стакана воды с разными температурами, не очень горячей и не очень холодной, так шкала у ртутного термометра составляет от 35° до 45°. С помощью электронного и ртутного термометров я измерил температуры в каждом из стаканов. (Фото 7, 8)

Результаты записал в таблицу:

Согласно результатам таблицы , что показания обоих термометров полностью совпадают.

После проведенных опытов у меня возник вопрос: почему ртутный термометр, измеряющий температуру тела, надо встряхивать для того, чтоб столбик вернулся, а вот уличный термометр нормально «бегает» туда-сюда. Мне пришлось обратиться к старшему брату.

Мы задали вопрос на форуме в интернете, и узнали, что тут все дело в специально обученном столбике. Если посмотреть повнимательнее на ту его часть, что находится перед шкалой, там есть сужение, при нагреве ртуть продавливается через этот капилляр, давление там вполне приличное получается, а вот при остывании разряжения под капилляром не достаточно для протаскивания ртути обратно. В остывшем термометре разрыв столбика ртути хорошо виден, если присмотреться. При встряхивании верхняя часть продавливается обратно центробежной силой. В уличных термометрах такого сильного сужения нет, поэтому ртуть проходит обратно без задержек. В капилляре есть тонкий волосок, один конец которого кончается как раз там, где соединяется колба и капилляр. Он и задерживает ртуть в капилляре, потому что в нем велика сила поверхностного натяжения. При нагревании ртуть может преодолеть это натяжение, на обратном пути – нет. Поэтому ртутный градусник показывает самую высокую температуру, которую зафиксировал. А при встряхивании ртуть силой стряхивается в колбу через этот волосок.

Итак, можем сделать выводы: во-первых, на измерение температуры электронным термометром затрачивается меньше времени; во-вторых, показания термометров одинаковы; в-третьих электронный безопаснее. Таким образом, мы можем ответить на нашу гипотезу: стоит заменять ртутные термометры на электронные.

Современный человек живет в окружении полезных и умных вещей. Но он подчас не представляет, сколько интересного могли бы рассказать о себе эти вещи, каким долгим, а нередко и трудным был их путь через толщу столетий.

Со времен Галилео Галилея прошло много времени, и за этот период градусник не раз совершенствовался и модернизировался.

Благодаря последним достижениям в областях физики удалось разработать новые подходы к измерению температуры.

В результате проделанной работы нам удалось познакомиться с историй изобретения термометра, разновидностями медицинских термометров в современном мире, провести практические опыты использования  термометра  в  быту нашей семьей.

Таким образом, нам удалось установить, что наши электронный термометр очень быстро и точно измеряют температуру, а также безопасен.

Список использованной литературы

• Окружающий мир. 3 класс. Учеб. для общеобразоват. учреждений. В 2 ч. / Плешаков А.А. , Новицкая М.Ю. М.: Просвещение, 2013. – 143 с.
• Детская энциклопедия «Почему и потому». Сост. О.Н.Корчагина. М.: РОСМЭН-ПРЕСС,2005 г.
• Почемучка. Энциклопедия для любознательных. М.: Премьера. Астрель. АСТ, 2007 г.

Фото 1, 2. Я измеряю температуру при помощи ртутного и электронного термометров (сравнительный анализ)

Фото 3, 4. Поел мороженого

Фото 5, 6. Попил горячего чая

Фото 7, 8. А это опыт с не очень горячей и не очень холодной водой.

Термоэлектрические преобразователи

Принцип
действия термоэлектрического преобразователя основан на возникновении электрического тока в цепи,
составлен­ной из двух разнородных
проводников, при нарушении теплового равновесия мест их контактирования. Замкнутая
электрическая цепь (рис.9),
состоящая из двух разнородных проводников-термоэлектродов а и b, образует термоэлектропреобразователь (в даль­нейшем термопара). Спай Т1 погружаемый в измеряемую
среду, называется рабочим или горячим спаем
термопары, второй спай Т2
носит название холодного или свободного.

рис.9.
Распределение потенциалов в цепи идеальной термопары

Согласно
электронной теории, во всех проводниках имеются свободные электроны. Число электронов, приходящихся на еди­ницу объема, различно для проводников.
По мере повышения температуры
проводника концентрация свободных электронов о единице его объёма возрастает. Эти свободные электроны
диф­фундируют из мест с
большей концентрацией в места с меньшей, т.е. в общем случае, когда концы проводника
имеют разную температуру,
свободные электроны диффундируют от горячего конца проводника к холодному.
Следовательно, при электронной проводимости холодный конец проводника заряжается отрицательно, а нагретый – положительно. Термоэлектродвижущая
сила, развивающаяся па
концах однородного проводника (термоЭДС Томсона), зависит от его природы. Величина этой термоЭДС ЕTa для конкретною проводника а определяется соотношением

– коэффициент Томсона для данного
проводника, зави­сящий
от его материала а.

Если
замкнутая цепь состоит из двух различных однородных проводников а и б, то суммарная термоЭДС
(Томсона) в цепи рав­на разности термоЭДС, возникающих в каждой ветви, и определя­ется по формуле

т.е. в
замкнутой цепи, состоящей из пары проб, сум­марная
термоЭДС зависит от абсолютных температур Т1 и Т2 в
местах их соединений.

где    
е -заряд электрона;

k -постоянная Больцмана.

Изложенные выше закономерности
позволяют заключить по термоЭДС в цепи, соста­вленной из двух разнородных проводников, имеющих различные температуры мест их кон­тактиро­вания
 T1 и Т2 определится
в следующем виде:

Таким
образом, если одно из мест контактирования термо­пары, составленной из термо­электродов
а и Ь, выдерживать при постоянной
температуре (Т2 = const),
то термоЭДС ее Еab(T1) будет зависеть только от температуры Т1.
Следовательно,  проградуировав
ее, т. е. построив зависимость термоЭДС термопары от температуры Т1 (рабочего
конца) и выдерживая посто­янной тем­пературу Т2 (свободного конца), можно в дальнейшем по
величи­не измеренной термоЭДС
определить температуру рабочего спая. Обычно градуировку термопары производят при температуре
сво­бодных концов Т2
= 273,75 К (0°С)

Следует
отметить, что рассматриваемый термоэлектриче­ский эффект обладает и обрат­ным свойством,
заключающимся в том, что
если в такую цепь (см. рис.6) извне подать электри­ческий ток, то в зависимости от направления
тока один из спаев будет на­греваться, а другой охлаждаться (эффект Пельтье).

Для
измерения термоЭДС в цепь термопары включается измерительный прибор (милли­вольтметр, потенциометр и т.п.)
по одной из двух схем (рис.10).

Подключение измерительного
прибора в контур термопары  по обеим схемам
(рис.7а, б) одинаково правомочно.   Влияние третьего проводника с не оказывается при равенстве температур 2 и 3 (см. рис. 10, а) или 3 и 4 (см. рис. 10,
б).

Рис. 10.
Схемы включения измерительного прибора в цепь термоэлектрического пре­образователя

Если
температура свободных концов отлична от нуля, то по­казания приборов будут
отличаться от градуировочной. Введение поправки на температуру свободных концов
может производиться следующими спо­собами:

1) применением удлиняющих
термоэлектродных проводов, изготовленных
из материалов, имеющих термоэлектрическую характеристику,   совпадающую   с   характеристикой   исполь­зуемого
термоэлектрического
преобразователя в интервале температур от 0 до 100 – 200° С, включенных таким образом,   что паразитные
термоЭДС, образующиеся в
местах  контактирования включены встречно и равны по величине;

2)  применением компенсирующего моста
(рис.8) для автоматического
введения поправки (ко­робка холодных спаев), который представляет собой неравновесный мост
(см.рис.8) с по­стоянными манганиновыми
резисторами R1, R2, R3 и медным резистором
Rm, находящимся в равновесии при 0° С, при отклонении темпе­ратуры 
свободных  концов возникающий  раз­баланс  моста  Uab компенсирует возможное снижение
измеряемой термоЭДС;

3)     применением
специального медного сопротивления в автоматических потенциометрах;

4)  
термостатированием свободных концов при постоянной температуре 0° С или (50±0,5) °С.

Рис.8.
Схема автоматической компенсации температуры свободных концов

МАТЕРИАЛЫ 
ТЕРМОПАР И  ИХ  КОНСТРУКЦИЯ

К
материалам термоэлектродов предъявляется ряд требо­ваний:

а)     однозначная и по
возможности близкая к линейной зависимость
термоЭДС от темпера­туры;

б)     жаростойкость и
механическая прочность с целью измерения
высоких температур;

г)     термоэлектрическая
однородность материала проводника по
длине, что позволяет восста­навливать рабочий спай без переградуировки, а также
менять глубину его погружения;

д)     технологичность
(воспроизводимость) изготовлении с целью получения взаимозаменяе­мых по
термоэлектрическим свойствам
материалов;

е)
стабильность градуировочной характеристики;

Среди
этих требований есть желательные и обязательные. К числу обязательных относятся воспроизводимость
и стабильность. Наиболее
полно этим требованиям отвечают стандартные термопары (СТ СЭВ 1059-78).

Для
удобства применения термоэлектрический термометр специальным образом армиру­ется. Его помещают в
защитные металлические или керамические трубы (чехлы). Термо­электроды изолируют один от другого с помощью
керамических трубочек (бусинок)
и вставляют в трубу. Вид и материал защитных труб выби­рают  в соответствии со свойствами
изме­ряемой среды. Многочис­ленные конструктивные формы и необходимые принадлежности в значительной
части регламентированы стандартами и другими нормативными документами.

Если
физические и химические условия допускают это, то термопара может быть введена в
измеряемую среду без защитной оболочки. При этом размеры ее могут быть приняты ма­лыми, чем обеспечивается благоприятное
динамическое поведение.

Динамическая
характеристика термоэлектрических термо­метров в общем виде описыва­ется
передаточной функцией

Значение
постоянной времени и транспортного запаздывания

300 с, а

= 0,11 + 0,78.

Понятие о температуре и о температурных шкалах

Температурой называют величину, характеризующую
тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии
поступательного движения молекул.
Отсюда температурой называют условную статистиче­скую величину, прямо пропорциональную
средней кинетической энергии молекул тела.

По второму закону
термодинамики температуру Т можно опре­делить из отношения температур Т1
и Т2 и отношения соответствую­щих количеств тепла Q1 и Q2, полученного и отданного в цикле Карно:

Отсюда можно установить
численные значения температуры, если принять некоторые значения ее для двух основных реперных точек. Поэтому температурой можно
назвать меру отклонения тер­модинамического состояния тела от произвольно выбранного состоя­ния теплового равновесия.

Температура не поддается
непосредственному измерению. По­этому о состоянии теплового равновесия и о значении температуры судят по изменению физических свойств
тел.

Первым устройством,
созданным для измерения температуры, считают водя­ной термометр Галилея (1597 г.)
Термометр Галилея не имел шкалы и был, по существу,
лишь индикатором температуры. Полвека спустя, в 1641 г., неизвестным для нас автором был изготовлен термометр со
шкалой, имеющей произвольные деления. Спустя еще полвека Ренальдини
впервые предложил принять в качестве постоянных
точек, характеризующих тепловое равновесие, точки плавления льда и кипения воды. При этом температурной шкалы еще не
существовало. Первая температурная
шкала была предложена и осуществлена Д. Г. Фаренгейтом (1724 г.). Температурные шкалы устанавливались
произвольным выбором нулевой и других
постоянных точек и произвольным принятием интервала температуры в качестве
единицы.

Фаренгейт не был ученым.
Он занимался изготовлением стеклянных прибо­ров. Ему стало известно, что высота столба ртутного
барометра зависит от температуры. Это навело
его на мысль создать стеклянный ртутный термометр с градусной шкалой. В основу своей шкалы он положил три точки: 1 — «точка сильнейшего холода (абсолютный нуль)», получаемая при
смешениях в определенных пропорциях
воды, льда и нашатыря, и принятая им за нулевую отметку (по на­шей современной шкале, равная примерно -17,8°С);
2— точка плавления льда, обозначенная
им +32°, и 3 — нормальная температура человеческого тела, обо­значенная +96°
(по нашей шкале +35,6°С). Температура кипения воды перво­начально не нормировалась и лишь позднее была
установлена +212° (при нор­мальном атмосферном давлении).

Через несколько лет, в
1731 г. Р. А. Реомюр предложил использовать для стеклянных термометров спирт такой концентрации, который
при температуре плавления льда заполнял бы объем в 1000 объемных единиц, а при
температуре кипения расширялся
бы до 1080 единиц. Соответственно температуру плавления льда Реомюр предложил первоначально обозначить 1000°, а
кипения воды 1080* (позднее 0° и 80°).

В 1742 г. А. Цельсий,
используя ртуть в стеклянных термометрах, обозначил точку плавления льда за 100°, а точку кипения воды за 0°.
Такое обозначение ока­залось неудобным и
спустя 3 года Штремер (или возможно К. Линней) предло­жил изменить обозначения, принятые вначале
Цельсием, изменить на обратные.

Был предложен и ряд других шкал. М. В.
Ломоносов предложил жидкостный термометр со шкалой 150° в интервале от точки
плавления льда до точки кипения, воды. И, Г.
Ламберт (1779 г.) предлагал воздушный термометр со шкалой 375°, принимая за 1° одну тысячную часть расширения
объема воздуха. Известны так­же
попытки создать термометры на основе расширения твердых тел (П. Мушен-брук, 1725 г.).

Все предлагаемые температурные шкалы строились
(за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) посто­янным точкам присваивались определенные числовые
значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого
в термометре вещества линейно связано с темпера­турой t:

где k— коэффициент пропорциональности;

Е —
термометрическое свойство;

D — постоянная.

Принимая для двух
постоянных точек определенные значения температур, можно вычислить постоянные k и D и на этой
основе построить
температурную шкалу. К сожалению, как выяснилось позднее, коэффициент k нельзя было считать постоянным. При изменении температуры коэффициент k меняется, причем различно для разных термометрических веществ. Поэтому термометры,
по­строенные на базе различных
термометрических веществ с равно­мерной градусной шкалой, давали при температурах,
отличающихся от температур постоянных точек, различные показания. Последние становились особенно заметными при высоких (много
больших температуры кипения воды) и
очень низких температурах.

В 1848 г. Кельвин (У.
Томсон) предложил построить темпера­турную шкалу на термодинамической основе,
приняв за нулевое значение
температуру абсолютного нуля и обозначив температуру плавления льда +273,1°.
Термодинамическая температурная шкала базируется на втором законе термодинамики. Как известно,
работа в цикле Карно пропорциональна разности температур и не зависит от термометрического вещества. Один
градус по термодинамической шкале соответствует такому повышению температуры, которое отвечает 1/100 части работы по циклу Карно между точками
плав­ления льда и кипения воды при нормальном
атмосферном давле­нии.

Термодинамическая шкала
тождественна шкале идеального газа, построенной
на зависимости давления идеального газа от температуры.
Законы изменения давления от температуры для реальных газов отклоняются от идеальных, но поправки на откло­нения реальных газов невелики и могут быть установлены
с высокой степенью точности. Поэтому,
наблюдая за расширением реальных газов
и вводя поправки, можно оценить температуру по термодина­мической шкале.

По мере расширения
научных наблюдений и развития промышленного произ­водства возникла естественная необходимость
установить какую-то единую темпе­ратурную шкалу.
Первая попытка в этом направлении была предпринята в 1877 г., когда
Международный комитет мер и весов принял в качестве основной темпера­турной шкалы стоградусную водородную шкалу. За
нулевую отметку была при­нята точка таяния льда, а за 100°- точка кипения воды
при нормальном атмо­сферном давлении
760 мм. рт. ст. Температура определялась по давлению водо­рода в постоянном объеме. Нулевая отметка
соответствовала давлению 1000 мм. рт. ст. Градусы температуры
по этой шкале очень близко совпадали с градусами термодинамической
шкалы, однако практическое применение водородного термо­метра ограничивалось из-за небольшого интервала температур примерно от -25 до +100°

В начале XX в. широко применялись шкалы Цельсия
(или Фа­ренгейта — в
англо-американских странах) и Реомюра, а в научных работах — также шкалы Кельвина и водородная.
При резко возрос­ших потребностях
в точной оценке температуры пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие
трудности и приводили к ряду недоразумений. Поэтому после нескольких лет
подготовки и пред­варительных
временных решений VIII Генеральная
конференция мер и весов
приняла в 1933 г. решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ). Это решение
было в законодатель­ном
порядке утверждено большинством развитых стран мира. В СССР Международная температурная
шкала была введена с 1 ок­тября
1934 г. (Общесоюзный стандарт ОСТ ВКС 6954).

Международная 
температурная шкала является  практическим осуществлением  
термодинамической  стоградусной температурной шкалы,
у которой температура плавления льда и температура ки­пения воды при нормальном атмосферном давлении
соответственно-обозначены через 0° и
100°.

МТШ основывается на
системе постоянных, точно воспроизво­димых температур равновесия (постоянных точек), которым
при­своены числовые
значения. Для определения промежуточных температур служат интерполяционные приборы, градуированные
по этим постоянным
точкам.

Температуры, измеряемые по
международной шкале, обозна­чаются через СС. В отличие от градусов шкалы Цельсия — базиру­ющейся также на точках плавления льда
и кипения воды при нор­мальном
атмосферном давлении и имеющей обозначения 0° и 100°С, но построенной на иной основе (на линейной
зависимости между температурой и расширением ртути в стекле), градусы по международной шкале стали называть
«градусами международ­ными» или «градусами
стоградусной шкалы».

Основные постоянные точки
МТШ и присвоенные им числовые значения температур при нормальном атмосферном давлении приводятся ниже:

а) температура равновесия
между жидким и газооб­разным кислородом (точка кипения   кислорода -182,97

б) температура равновесия
между льдом и   водой,  насыщенной воздухом (точка плавления льда) 0.000°

в) температура равновесия
между жидкой водой и ее паром (точка
кипения воды) 100,000

г) температура равновесия
между жидкой серой и ее паром  (точка
кипения серы) 414,60°

д) температура равновесия
между твердым и жидким серебром
(точка затвердевания серебра)  960.50

е) температура равновесия 
между твердым и жидким золотом (точка
затвердевания золота) 1063,0°

Для постоянных точек по
пунктам а, в, г, в ОСТ ВКС 6954 даются формулы определения значений температур при
атмосфер­ных давлениях,
отличающихся от нормальных. Там же приведены формулы и правила интерполяции и экстраполяции температур от —190° и до неограниченно высоких.

Чтобы наглядно
представить расхождения между МТШ и шка­лой Цельсия, приведем сравнительную
таблицу значений темпе­ратуры для одинаковых условий измерения по данным М. М.
По­пова . Как видно из табл. 1, эти
расхождения при высоких температурах (более
200°С) имеют весьма большие значения.

Значения
температур в одинаковых условиях измерения

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Похожие работы

• Технологические измерения и приборы Приборы с ленточной диаграммой служат для измерения и записи температуры в одной точке (одноточечные) или в нескольких точках (многоточечные). Приборы с дисковой диаграммой изготавливаются только одноточечными.
• Измерение параметров электрических цепей
• Устройство для измерения температуры в удаленных точках
• Измерение температур
• Технические измерения

Приборы
для измерения температуры

ст. гр. СТ-01-2:                                                                                          
Рожнев С.В.

Современная Международная температурная шкала

Опыт применения
Международной температурной шкалы пока­зал на необходимость внесения в нее ряда уточнений и
дополнений, чтобы по
возможности максимально приблизить ее к термодинами­ческой шкале.

В 1948 г. МТШ была
пересмотрена и приведена в соответствие •с
состоянием знаний того времени. В 1960 г. Международный коми­тет мер и весов принял исправленные числовые
значения темпера­тур шкалы 1948 г. и утвердил но­вое  «Положение  о   международ­ной практической  температурной шкале  1948 г. Редакция 1960 г.».

Рис. 1. Схема   фазовых   состоя­ний воды  
(в   безмасштабном изо­бражении): ж _
зона жидкой фазы; П — зона па­ровой фазы; К — зона кристаллической фазы; 1 — тройная точка; 2 — точка плавления льда; 3 — точка
кипения воды

Международная практическая
температурная шкала    (МПТШ), так же как   и МТШ,  базируется на  шести постоянных  первичных точках.   Однако   в  
МПТШ были внесены следующие уточнения;

1)  вместо точки плавления льда рекомендуется в качестве постоянной точки использовать лучше воспроизводимую точку равновесия
между льдом, жидкой водой и водяным
паром  (тройную точку воды), которой
присваива­лось численное значение
+0,01° (рис. 1); точка плавления льда

с присвоенным ей числовым
значением 0,000° была отнесена  к ка­тегории вторичных постоянных точек;

2)  
температуре
равновесия между твердым и жидким серебром (точке затвердевания серебра) присваивалось
новое  числовое зна­чение
960,8°;

3)  
все постоянные
точки  (кроме тройной точки воды)  определяются в состоянии равновесия при одной нормальной атмосфере,
равной давлению 101 325 н/м2;

4)  
вместо точки
кипения серы рекомендуется применять точку равновесия между твердым и жидким цинком   (точка
затвердева­ния цинка), которой присваивается
значение 419,505°С.

Температуры по МПТШ выражаются в градусах Цельсия,
обо­значаемых °С или, когда требуется особо
подчеркнуть, что темпера­туры даются
по МПТШ — °С (межд. 1948), что соответственно обо­значается символами t и tмежд. Для термодинамической шкалы Кельвина температуры обозначаются символом Т, а числовые
зна­чения сопровождаются значком °К.
Температура тройной точки принимается равной 273,16°К.

За 25 лет применения
Международной температурной шкалы (МТШ), старая шкала Цельсия, основанная на
использовании ли­нейной
зависимости между температурой и видимым расширением ртути, вышла из употребления. Это
позволило градусы по МПТШ называть
градусами Цельсия, хотя от старой шкалы Цельсия в МПТШ остались лишь две постоянные точки: плавления льда
и кипения воды с присвоенными
им значениями 0 и 100°С.

В 1968.г. Международный
комитет мер и весов, в соответствии с решением XIII Генеральной
конференции по мерам и весам, при­нял новую Международную практическую шкалу 1968 г. — МПТШ-68, заменяющую действующую шкалу
МПТШ (1948 г.).

МПТШ-68 выбрана таким
образом, чтобы температура, изме­ренная по этой шкале, была близка к термодинамической температуре, и разности между ними оставались в пределах современной
точности измерений.

Основная единица термодинамической температуры
Т названа кельвин и обозначается символом К
– Кельвин есть 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
Единица, применяемая для выражения
температуры Цельсия, градус Цель­сия
(°С), равна кельвину. Разность температур может быть выра­жена либо в
Кельвинах, либо в градусах Цельсия.

Температура Цельсия / =
Т — 273,15К.

МПТШ-68 основана на
значениях температур, присвоенных оп­ределенному числу воспроизводимых
состояний (определяющих постоянных
точек), часть которых приведена в табл. 2. По МПТШ-68 значительно расширен диапазон измерения низких
тем­ператур—до 13,81 К.
Уточнен порядок воспроизводства постоян­ных
точек, интерполяции между постоянными точками и определе­ния температурной
шкалы выше последней постоянной точки (про­ект
ГОСТа «Единицы физических величин»).

МПТШ-68 введена, как обязательная,
с 1 января 1971 г.

Принцип действия инфракрасного термометра: чувствительный измерительный элемент снимает данные инфракрасного излучения тела человека и отображает на цифровом дисплее, в привычном для нас температурном диапазоне.

• Имеет все основные функции электронных термометров (память измерений, звуковые сигналы, автоотключение и т.д.).
• Очень быстро измеряет температуру (всего 5–30 секунд).
• Сменные наконечники позволяют решить вопросы дезинфекции и гигиены.
• Бесконтактная модель позволяет измерять температуру даже у плачущих детей и спящих больных.

• В зависимости от условий измерения может быть большая погрешность, а в дешевых моделях точность измерения может превышать 0,3–0,5 градуса.
• Измерять температуру можно только в определенных частях тела (лоб, уши, виски).

Список
литературы

1 С.Ф.Чистяков ,Д.В.Радун «Технические измерения и приборы»,
М.: «Высшая школа» 1972

2 О.М.Блинов, А.М.Беленький, В.Ф.Бердышев «Теплотехнические
измерения и приборы», М.: «Металлургия» 1993

3 А.И.Сергеев, «Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»», Магнитогорск:МГТУ,
1999.