Какие приборы используются для измерения температуры на судах

Обновлено: 26.05.2024

Одним из значимых физических параметров, которые чаще всего изучаются, наблюдаются и корректируются, будь то повседневная бытовая жизнь человека, производственные циклы или лабораторные исследования, является показатель температуры. В зависимости от свойств, технических особенностей и определяющего механизма работы существует определенная классификация приборов для измерения температуры на отдельные виды: обычные жидкостные устройства или сложные, усовершенствованные электронные и лазерные измерители, которые представляют собой достойную альтернативу ставшему привычным бытовому градуснику. Безусловно, основополагающим и решающим фактором является место применения таких устройств.

Виды приборов для измерения температуры

Устройства для проведения необходимых исследований, в том числе прибор для измерения температуры воздуха, отличаются конструктивно, а также принципом работы, который используется для проведения замеров. Достаточно широкое применение у контактных и дистанционных термометров, иначе называемых пирометрами. Кроме того, классификация приборов для измерения температуры группирует:

Стеклянные и металлические термометры расширения жидкостные, работающие на свойстве изменения объема тел при разных значениях температуры. Спектр действия их от -190 до +500 °С.
Манометрические термометры, использующие зависимость между изменяющейся температурой газообразного вещества, помещенного в замкнутый объем, и давлением. Работают при значениях от -160 до +600 °С.
Электрические термометры сопротивления действуют, полагаясь на способность материалов-проводников менять электросопротивление при нагреве и охлаждении. Эффективны при значениях от -200 до +650 °С.
Термоэлектрические преобразователи – термопары. Задействуются в диапазоне от 0 до +1800 °С. Эти приборы для измерения температуры используют свойство двух разных металлов и металлосплавов вырабатывать электродвижущую силу при перемене степени нагрева спая.
Устройство для определения температуры от +100 до +2500 °С – пирометр излучения (фотоэлектрический, оптический, радиационный). Действие обусловлено тем, что фиксируемый показатель влияет на величину излучаемого телом тепла. Относится к бесконтактному типу измерений. Различают стационарные и мобильные, низко- и высокотемпературные пирометры.

Термометры и датчики

По иной классификации термофиксирующих устройств проводится их разделение на термометры и термодатчики.

Первые – это механические приборы, в том числе газонаполненные манометрические устройства, биметаллические, стеклянные измерители температуры и комбинированные регуляторы.

Термодатчики – это сверхточные усовершенствованные электронные приспособления для фиксирования показателей температуры в жидкостях и твердых телах. К ним следует относить термометры сопротивления, термопары, преобразователи показаний датчиков и сигнализаторы, оснащенные релейными механизмами.

Новейшие термодетекторы оснащены USB-интерфейсом, памятью для сохранения и анализа исследований, лазерным наводчиком-целеуказателем.

Измерители температуры воды

Каждый отдельный прибор для измерения температуры воды, холодных и горячих растворов характеризуется особым принципом работы. Встречаются универсальные приспособления, пригодные также для замеров показателей воздуха.

Жидкостные термометры

Стеклянные жидкостные измерители известны как самые элементарные и точные термометры, которые выпускаются прямыми и угловыми. А сфера их применения – анализ технологического оборудования, а также коммунальное хозяйство (замеры в трубопроводах). Приборы подходят для значений от -35 до +600 °С, причем в качестве чувствительного элемента чаще других применяют ртуть, а показания записывают по шкале.

В зависимости от места применения и особенностей строения различают устройства медицинские, технические, электроконтактные, жидкостные, палочные и прочие.

Конкретный прибор для измерения температуры воды выбирается с учетом допустимой погрешности при замерах.

Приспособления для определения температуры воздуха

Первый прибор для измерения температуры воздуха – это стеклянный термометр, активным жидким элементом в котором могут быть ртуть, спирт этиловый, толуол и другие вещества.

Высокоточные измерители ртутные бывают палочными и с вложенной стеклянной шкалой. Они востребованы в лабораторных исследованиях в различных областях производства и медицины. Палочный термометр оснащен прозрачной термостойкой градуированной капиллярной трубочкой, а второй вид измерителей характеризуется тем, что деления шкалы расположены позади нее на отдельной пластине, а весь механизм защищен футляром из прочного стекла.

При наличии в приборе электроконтактов его называют термосигнализатором, а чувствительная жидкость внутри резервуара и капилляра показывает настоящую температуру окружающего пространства.

Особенности терморегуляторов и сигнализаторов

Кроме вышеперечисленных, существуют и другие приборы для измерения температуры. К примеру, в качестве терморегуляторов и сигнализаторов используют стержневые дилатометры с чувствительными деталями из разнородных металлосплавов, которые удлиняются при нагреве на различную величину.

Тем же принципом характеризуется еще один вид термометра – биметаллический, со вставленной термочувствительной пружиной, спаянной с парой металлических пластинок с различным температурным расширением. В процессе нагрева пружина выгибается к пластине меньшего термокоэффициента, а по величине изгиба находят искомый показатель температуры.

Электротермометр

Для дистанционного фиксирования тепловых показателей окружающей среды в диапазоне от -15 до +125 °С отлично подходит бесконтактный прибор для измерения температуры - аспирационный электротермометр. В его устройство входят соединенные между собой шнуром измеритель и датчик.

Чувствительным элементом является тончайшая медная проволока датчика, накрученная спиралью на нитевой каркас.

Какие существуют устройства для измерения температуры тела

Температуру тела привычно измеряют градусником. Но на сегодняшний день существует множество других термометров, отличающихся по внешнему виду и основным принципам действия.

Самые распространенные приспособления, к которым принадлежит наш градусник, работают на температурном расширении ртути, керосина, спирта и др. жидкостей. Они недорогие, практичные и достаточно точные, особенно ртутные, хотя ядовитое содержимое в хрупком стеклянном корпусе несет с собой некоторый риск.

Инфракрасные пирометры не требуют прямого прикосновения к человеку, действуя дистанционно. Сверхчувствительный датчик за 2-15 секунд считывает величину излучения, выводя результат на дисплей. Эти бесконтактные приборы для измерения температуры превосходно подходят для семей с маленькими детьми, ситуаций со спящими больными и др. Кроме того, они применимы в быту в процессе приготовления пищи, а более мощные виды – в электроэнергетике, на стройплощадках, в металлургии и других отраслях промышленности.

Когда необходим дистанционный пирометр

Часто бывают ситуации, когда замерять температуру контактным способом невозможно или просто неудобно. Именно в таких случаях понадобится пирометр - прибор для дистанционного измерения температуры, а именно:

при замерах показателей сильно разогретых тел или ядовитой среды;
при затрудненном доступе, причем с небольшой погрешностью можно произвести измерения на расстоянии в десятки метров;
при наблюдении за механизмами, находящимися в движении, причем на это потребуются доли секунды;
при диагностике электробезопасности здания, когда именно таким измерителем удобно провести дистанционное сканирование на многочисленных удаленных участках.

Какими устройствами можно измерить температуру металла

В металлургической промышленности для исследования расплавленных металлосплавов необходим прочный прибор для измерения высоких температур.

Таковыми считаются уже описанные ранее пирометры. Они фиксируют на расстоянии тепловое излучение, характеризующее фактическую температуру металла. В сложных условиях сверхвысоких показателей тепла бесконтактный способ идеален. На жидкокристаллический дисплей выводятся следующие данные:

фактическая температура по Фаренгейту и Цельсию;
пограничные температуры;
заряд батареи.

Максимальной точности измеряемой переменной можно добиться только тогда, когда между объектом и дистанционным прибором нет помех в виде поглощающих тепло паров или твердых тел. Если же нужно сделать замеры металлосплава в транспортировочном ковше или при розливе, то следует принять условие, что температурный показатель окажется меньше фактического и будет определяться расчетами.

Для того чтобы избежать неточности такого способа, применяется другой прибор для измерения температуры металла, а именно имитатор черного тела. Он погружается в расплав и представлен в виде трубы с запаянным или открытым концом, полого конуса или стакана из тугоплавкого металла. В любом варианте термоизмеритель должен обладать повышенной жаропрочностью, химической стойкостью и отличной теплопроводностью, чтобы демонстрировать исключительно точные данные.

Измерение температуры двигателя

Длительная эксплуатация, а также периодический ремонт машин и механизмов предполагают наличие специального оборудования, в составе которого - прибор для измерения температуры двигателя. К ним относят термопары, терморезисторы и термометры расширения.

Термопары – очень удобные и широко известные среди автомобилистов приборы для измерения температуры поверхностей, обмотки и внутренней полости двигателя. С помощью этих термодатчиков можно фиксировать данные даже в труднодоступных участках двигателя, в пазах и сердечниках. Представляют собой две изолированных проволоки разного металла со спаянными с одной стороны концами, которые помещаются в определенную точку измерения. Вторые концы соединяются с милливольтметром и термометром, а сумма их показателей определяет фактическое значение температуры.

Ртутные и спиртовые термометры расширения весьма удобны для проведения необходимых измерений на доступных участках: обмотке, открытой поверхности различных деталей, а также выходящего (или входящего) из движка потока воздуха. Терморезисторы в виде медной проволочной обмотки крепят одновременно в нескольких местах двигателя, поочередно включая их, снимая фиксируемые показания и определяя среднее значение.

Вторичные приборы, используемые при измерениях температуры

Попробуем дать определение того, что такое промышленный вторичный прибор для измерения температуры. По сути, это автоматическое устройство является важным дополнением к основному измерителю, улавливающим и преобразующим зафиксированные показатели в удобочитаемую форму. Необходимо для осуществления четкого контроля, сигнализации и своевременного регулирования температуры в тех исключительных случаях, когда происходят отклонения от заданных условиями работы параметров. Отдельно выделяют стационарные и переносные вторичные электроприборы.

Рассматривая различные способы подачи информации, следует разделить вторичные приборы на регистрирующие и показывающие, одно- и многоканальные, двухфункциональные и однодиапазонные. При наличии сигнализирующего механизма данные приспособления моментально указывают на недопустимое изменение температуры, отличное от требуемой величины. Это помогает поддержанию логического протекания всех реакций и технологических процессов, в которых они задействованы.

При всем многообразии приборов, регистрирующих температурные показатели газов, жидкостей и твердых тел следует серьезно подходить к выбору нужного приспособления. Первостепенными факторами, которые надо учесть, являются допустимые границы температурных значений, максимальная удаленность, на которой можно проводить замеры (визирование), точность. И, конечно же, учитывается сфера использования конкретного вида термометра.

-50 °C – 200 °C, Длина погружной части, мм: 525, Тип измерит. элемента датчика: Pt, Сопротивление измерит. элемента датчика [Ом]: 100, Материал защитной трубки: AISI 316 Ti, Электрическое соединение: Заглушка, Тип электрического соединения: …

Показать другие изделия
Danfoss Industrial Automation

датчик температуры эталон

STS Series Reference Sensors

Температура: -10 °C – 700 °C

… Эталонные датчики STS – это эталонные датчики Pt100, которые обычно используются в качестве эталонного прибора для проверки истинной температуры в любом типе ручного калибратора, в жидкостной ванне или сухоблочного калибратора

датчик температуры с термопарой

DLC Dynamic Load Compensation System Reference Sensors

Температура: -45 °C – 700 °C

… Системы динамической компенсации нагрузки JOFRA DLC компенсируют негативное влияние на точность калибровки, которое оказывает теплообмен между сухоблочным калибратором и тестируемым датчиком.

Когда датчик вставляется в сухоблочный …

датчик температуры с термопарой

Температура: -50 °C – 850 °C

Показать другие изделия
Thermal Detection

датчик температуры с термопарой

Температура: -50 °C – 850 °C

Показать другие изделия
Thermal Detection

температурный зонд Pt100

Температура: -50 °C – 850 °C

Показать другие изделия
Thermal Detection

цифровой датчик температуры

Температура: 0 °C – 30 °C

… T42 Корпус датчика температуры
Наш высокоточный датчик температуры был переработан с 26 мм (1″) бронзовой кнопкой на лицевой стороне для быстрой 15-секундной температурной постоянной и теперь имеет точность ± 0,3ºC. Точные данные о температуре …

датчик температуры Pt100

Температура: 35 °C

… Ввинчивающийся датчик из нержавеющей стали, Pt100
Прочная конструкция.
Идеально подходит для судостроения, благодаря своей конструкции и разрешениям.
Простой монтаж для измерения температуры подшипников.
Поставляется с выравнивающим элементом …

Показать другие изделия
NORIS Group GmbH

датчик температуры Pt100

Температура: 0 °C – 200 °C

Показать другие изделия
NORIS Group GmbH

датчик температуры Pt100

Температура: 0 °C – 120 °C

… Алюминиевый фланцевый датчик, Pt100, термистор NTC.
Компактная и прочная конструкция.
Простой монтаж в месте измерения.
Компактные размеры.
Доступны 2- или 4-проводные модели.
Не требует обслуживания.
Доступны совместимые измерительные …

Показать другие изделия
NORIS Group GmbH

датчик температуры NTC

Температура: -70 °C – 500 °C

датчик температуры Pt1000

Температура: -50 °C – 170 °C

Прочный датчик температуры со встроенным датчиком, охватывающий широкий диапазон измерений от -50ºC до +170ºC в стандартной форме и высокотемпературный вариант для повышенных рабочих температур.

датчик температуры RTD

Температура: -62 °C – 232 °C

… FCI AS-TE – это компактный, легкий и точный датчик температуры для прямой установки в трубопроводы и воздуховоды коммерческих и военных самолетов, а также космических кораблей, транспортных средств и кораблей/морских судов. Эти элементы …

Датчики температуры для морских судов по принципу действия делят на датчики максимального и дифференциального и максимально-дифференциального действия.

Датчики температуры максимального действия срабатывают при условии достижения температуры в контролируемой точке выше наперед заданного значения.

Датчики температуры дифференциального действия срабатывают при определенной скорости увеличения температуры в контролируемой точке.

Датчики температуры максимально-дифференциального действия срабатывают как при определенной скорости изменения температуры, так и при условии достижения определенной пороговой величины.

Согласно требованиям Конвенции „Солас”, датчики температуры, устанавливаемые на морском судне, должны срабатывать в температурном интервале от 54 до 78 °С при скорости подъема температуры до 1 ° С/мин.

Порог срабатывания датчика может быть увеличен на 30 0 С для датчиков температуры, устанавливаемых в сушильных камерах и других помещениях, где обычно существует высокая температура. Выполнение этих требований Конвенции может быть обеспечено при использовании тепловых датчиков, эксплуатируемых в СПС на судах отечественного флота и разработанных в СССР и за рубежом.

Тепловой датчик SW-1 системы пожарной сигнализации SPSP20E24 фирмы „Салвико-Стремберг” состоит из биметаллического элемента, замыкающего при повышении температуры цепь пожарной тревоги. Датчик состоит из двух частей: основания, которое монтируется на подволоке, и защитной крышки, в которой расположен чувствительный элемент. Порог срабатывания датчика SW -1 — 65 °С ± 3 °С.

Тепловой датчик SW-2 системы пожарной сигнализации SPSP20E24 фирмы „Салвико-Стремберг” состоит из двух биметаллических элементов, замыкающих при повышении температуры цепь пожарной тревоги. Датчик состоит из двух частей: основания и защитной крышки. Порог срабатывания датчика SW-2-65 °С ± 3°С.

Тепловой датчик ТКО системы пожарной сигнализации SPSP20E24 фирмы „Стремберг” представляет собой биметаллический чувствительный элемент. При повышении температуры происходит замыкание контактов цепи сигнализации. Предназначен для установки в помещениях с повышенной влажностью. Порог срабатывания датчика ТКО — 65 °С ± 3 °С.

Тепловой датчик TKS (рис. 1.4) состоит из двух биметаллических чувствительных элементов, замыкающих цепь при повышении температуры. При снижении температуры цепь приходит в исходное состояние. Предназначен для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью. Датчик имеет исполнения TKS-65; TKS-100; TKS-120; TKS-160 с температурой срабатывания соответственно 65; 100; 120; 160 °С.

Рис. 1.4. Внешний вид датчика TKS
1 — биметаллические термодиски; 2 — сальниковые вводы; 3 — защитная крышка; 4 — основание

Тепловые датчики системы пожарной сигнализации SPSP20E24 не имеют регулировочных элементов, так как порог срабатывания датчиков определяется только конструктивными особенностями термобиметаллического диска. При необходимости изменение порога срабатывания датчика может быть произведено за счет дополнительного изгиба диска. Последующая проверка порога срабатывания датчика возможна путем погружения чувствительного элемента в нагретую воду. Срабатывание фиксируется по характерному щелчку, вызванному скачкообразным изменением формы диска.

Тепловой датчик максимального действия SFT-70-1LW фирмы „Яматаке” (Япония) имеет порог срабатывания 70 °С.

Тепловой датчик максимального действия ВЕ-4 фирмы „Аутроника” (Норвегия) основан, на изменении сопротивления терморезистора, включенного в цепь базы транзисторного ключа при изменении температуры. Этот датчик модификации BD-1 отличается наличием транзисторного усилителя и индикаторного светодиода. На рис. 1.5 представлена фотография внешнего вида датчиков ВЕ-4и BD-1.

Рис. 1.5. Датчики температуры BLM, ВД-1 1 — защитное ограждение; 2 — основание; 3 — крышка

Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.

Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.

Виды термометров по принципу действия

Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.

Контактные

Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.

К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).

Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.

Термометры сопротивления

К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.

Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.

В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.

Электронные термопары

При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.

Манометрические

Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.

Бесконтактные пирометры

В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.

Виды термометров по используемым материалам

Здесь различают 7 категорий:

Газовые. Принцип действия — тот же, что и у жидкостных, но в качестве заполнителя для колбы выбирается инертный газ. Это позволяет существенно увеличить температурный диапазон измерения (если для жидкостных предел — +600 градусов, то для газовых — +1000 градусов). С их помощью можно измерять температуру в различных раскаленных жидких средах.
Механические. В основе действия — принцип деформации металлической спирали. Часто эти термометры комплектуются стрелочным “дисплеем”. Устанавливаются в спецтехнике, автомобилях, на автоматизированных линиях. Нечувствительны к ударам.
Электрические. Работают, измеряя уровень сопротивления проводника при разных температурных показателях. В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
Термоэлектрические. В конструкции предусмотрено два проводника, проводящие замеры по физическому принципу на основе эффекта Зеебека. Эти устройства очень точные, работают с погрешностью до 0,01 градуса и подходят для высокоточных измерений в производственных процессах, когда рабочая температура превышает 1000 градусов.
Волоконно-оптические. Чувствительные датчики из оптоволокна (оно натягивается и сжимается или растягивается при изменении температуры, а прибор фиксирует степень преломления проходящего луча света). Допустимый диапазон измерений — до +400 градусов, а погрешность — не более 0,1 градуса.
Инфракрасные. Непосредственный контакт с измеряемым веществом не требуется: прибор генерирует инфракрасный луч, который направляется на изучаемую поверхность. Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.

Методы и приборы для измерения температуры

Измерение температуры — предмет теоретической и экспериментальной дисциплины — термометрии, часть которой, охватывающая температуры свыше 500° С, называется пирометрией.

Наиболее общее строгое определение понятия температуры, следующее из второго начала термодинамики, формулируется выражением:

где Т — абсолютная температура изолированной термодинамической системы, d Q — приращение тепла, сообщаемого этой системе, и d S — приращение энтропии этой системы.

Приведенное выражение интерпретируется следующим образом: температура есть мера приращения тепла, сообщенного изолированной термодинамической системе и соответствующего приращению энтропии системы, происходящему при этом, или, иначе говоря, возрастанию неупорядоченности ее состояния.

В статистической механике, описывающей фазы системы с учетом микропроцессов, протекающих в макросистемах, понятие температуры определяется через выражение распределения частиц молекулярной системы между рядом невырожденных энергетических уровней (распределения Гиббса).

Такое определение (согласующееся с предыдущим) подчеркивает вероятностный, статистический аспект понятия температуры как основного параметра микрофизической формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому, т. е. хаотического теплового движения.

Малая наглядность строгих определений понятия температуры, справедливых к тому же только для термодинамически равновесных систем, привела к широкому распространению "утилитарного" определения, исходящего из существа явления передачи энергии: температура — это тепловое состояние тела или системы, характеризующееся его способностью обмениваться теплом с другим телом (или системой).

Эта формулировка применима и к термодинамически неравновесным системам, и (с оговорками) к психофизиологическому понятию "сенсорной" температуры, непосредственно воспринимаемой человеком с помощью органов термического осязания.

"Сенсорная" температуpa субъективно оценивается человеком непосредственно, но лишь качественно и в относительно узком интервале, физическая же температуpa измеряется количественно и объективно, с помощью измерит, приборов, но только косвенно — по значению какой-либо физической величины, зависящей от измеряемой температуры.

Поэтому в последнем случае устанавливают какое-либо опорное (реперное) состояние выбранной для этой цели температурозависимой физической величины и приписывают ему некоторое определенное числовое значение температуры с тем, чтобы любое изменение состояния выбранной физической величины относительно опорного могло быть выражено в единицах температуры.

Совокупность значений температуры, соответствующих ряду последовательных изменений состояния (т. е. ряду значений) выбранной температурозависимой величины, образует температурную шкалу. Наиболее распространенные температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта, Реомюра, Кельвина и Ранкина.

Температурные шкалы Кельвина и Цельсия

В 1730 г. Французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр (1683—1757) на основе предложения Амотона отметил точку таяния льда на шкале термометра как 0, а точку кипения воды 80 о . В 1742 г. ш ведский астроном и физик Андерс Цельсий (1701 — 1744) после двухлетних испытаний термометра Реомюра обнаружил погрешность в градуировке шкалы.

Оказалось, что она в большой степени зависит от атмосферного давления. Цельсий предложил оговорить давление при градуировке шкалы и весь температурный диапазон разбил на 100, но отметку 100 присвоил точке таяния льда. Позднее швед Линней или немец Штрёмер (по разным источникам) поменяли обозначения опорных точек.

Так появилась широко применяемая теперь температурная шкала Цельсия. Ее калибровка производилась при нормальном атмосферном давлении 1013,25 гПа.

Температурные шкалы создавались Фаренгейтом, Реомюром, Ньютоном (последний неосторожно выбрал опорной точкой температуру тела человека. Что ж, и великие ошибаются!) и многими другими. Они не выдержали испытания временем.

Температурная шкала Цельсия принята на I Генеральной конференции по мерам и весам в 1889 г. В настоящее время градус Цельсия — официальная единица измерения температуры, установленная Международным комитетом мер и весов, но с некоторыми уточнениями в определении.

Согласно приведенным доводам нетрудно заключить, что температурная шкала Цельсия не является плодом деятельности одного человека. Цельсий был лишь одним из последних участвовавших в ее разработке исследователей и изобретателей. До 1946 г, шкала называлась просто стоградусной. Только тогда Международный комитет мер и весов присвоил градусу стоградусной шкалы наименование "градус Цельсия".

Несколько слов о рабочем теле термометров. Первые создатели приборов естественно стремились расширить их рабочий диапазон. Единственный жидкий металл в обычных условиях — ртуть.

Созданные термометры годились для измерения температур от —100 до +300° С, что было достаточно для решения большинства практических задач. Например, минимальная температура воздуха —89,2° С (станция Восток в Антарктиде), а максимальная +59° С (пустыня Сахара). Большинство процессов тепловой обработки водных растворов проходило при температурах, не превышающих 100° С.

Основной единицей измерения термодинамической температуры и одновременно одной из основных единиц Международной системы единиц (СИ) является градус Кельвина.

Размер (температурный промежуток) 1 градуса Кельвина определяется тем, что значение термодинамической температуры тройной точки воды установлено равным в точности 273,16°К.

Эта температура, при которой вода равновесно сосуществует в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной, принята в качестве основного репера вследствие ее высокой воспроизводимости, на целый порядок лучшей, чем воспроизводимость температур замерзания и кипения воды.

Измерение температуры тройной точки воды — задача технически довольно сложная. Поэтому в качестве репера она была утверждена только в 1954 г. на X Генеральной конференции по мерам и весам.

Градус Цельсия, в единицах которого также может быть выражена термодинамическая температура, по своему температурному промежутку в точности равен градусу Кельвина, но числовое значение любой температуры в градусах Цельсия на 273,15 градусов больше значения той же температуры в градусах Кельвина.

Размер 1 градуса Кельвина (или 1 градуса Цельсия), определенный из числового значения температуры тройной точки воды, при современных точностях измерения не отличается от его размера, определенного (что было принято ранее) как сотая доля температурного промежутка между точками замерзания и кипения воды.

Классификация методов и приборов для измерения температуры

Измерение температуры тела или среды может быть осуществлено двумя принципиально различными косвенными путями.

Первый путь ведет к измерению значений одного из температурозависимых свойств или параметров состояния непосредственно самого тела или среды, второй — к измерению значений температурозависимых свойств или параметров состояния вспомогательного тела, приведенного (прямо или косвенно) в состояние теплового равновесия с телом или средой, температуpa которых измеряется.

Вспомогательное тело, служащее для этих целей и являющееся датчиком комплектного прибора для измерения температуры, называется термометрическим (пирометрическим) зондом, или термоприемником. Поэтому все методы и приборы для измерения температуры разделяются на две принципиально различные группы: беззондовые и зондовые.

Термоприемник или какое-либо вспомогательное устройство прибора может быть приведено в прямое механическое соприкосновение с телом или средой, температура которых измеряется, или же между ними может осуществляться лишь "оптический" контакт.

В зависимости от этого все методы и приборы для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Наибольшее практическое значение имеют зондовые контактные и бесконтактные методы и приборы.

Погрешности при измерении температуры

Всем контактным, в первую очередь зондовым, методам измерения температуры, в отличие от других методов, свойственны т. н. тепловые или термические методические погрешности, обусловленные тем, что комплектный зондовый термометр (или пирометр) измеряет значение температуры только чувствительной части термоприемника, усредненное по поверхности или объему этой части.

Между тем эта температура, как правило, не совпадает с измеряемой потому, что термоприемник неизбежно искажает температурное поле, в которое его вносят. При измерении установившейся постоянной температуры тела или среды между ним и термоприемником устанавливается определенный режим теплообмена.

Постоянная разность температур термоприемника и измеряемой температуры тела или среды характеризует статическую термическую погрешность при измерении температуры.

Если измеряемая температуpa изменяется, то термическая погрешность оказывается функцией времени. Такую динамическую погрешность можно рассматривать как состоящую из постоянной части, эквивалентной статической погрешности, и переменной части.

Последняя возникает потому, что при всяком изменении теплообмена между телом или средой, температура которых измеряется, новый режим теплообмена устанавливается не сразу. Обусловленное отставанием искажение показаний термометра или пирометра, являющееся функцией времени, характеризуется тепловой инерцией термоприемника.

Тепловые погрешности и тепловая инерция термоприемника зависят от тех же факторов, что и теплообмен между телом или средой и термоприемником: от температур термоприемника и тела или среды, от их размеров, состава (а значит и свойств) и состояния, от конструкции, размеров, геометрической формы, состояния поверхности и свойств материалов термоприемника и окружающих его тел, от их взаиморасположения, от того, по какому закону изменяются во времени измеряемая температура тела или среды.

Тепловые методические погрешности при измерении температуры, как правило, в несколько раз превосходят инструментальные погрешности термометров и пирометров. Их снижение достигается применением рациональных методик измерения температуры и конструкций термоприемников и целесообразным монтажом последних на местах применения.

Улучшение теплообмена термоприемника и среды или тела, температура которых измеряется, достигается форсированием полезных и подавлением вредных факторов теплообмена.

Например, при измерении температуры газа в замкнутом объеме увеличивают конвективный теплообмен тероприемника с газом, создавая искусств, быстрое обтекание газом термоприемника ("отсосная" термопара), и снижают лучистый теплообмен со стенками объема, экранируя термоприемник ("экранированная" термопара).

Для снижения тепловой инерции в термометрах и пирометрах с электрическим выходным сигналом применяют также специальные схемы, искусственно сокращающие время нарастания сигнала при быстром изменении измеряемой температуры.

Бесконтактные методы измерения температуры

Возможность применения контактных методов при измерениях определяется не только искажением контактным термоприемником измеряемой температуры, но также реальными физическими и химическими характеристиками материалов термоприемника (коррозионной и механической стойкостью, жаропрочностью и т. д.).

Бесконтактные методы измерения свободны от этих ограничений. Однако важнейшим из них, т.е. основанным на законах температурного излучения, присущи особые погрешности, обусловленные тем, что используемые законы в точности справедливы лишь для абсолютно черного излучателя, от которого по свойствам излучения более или менее значительно отличаются все реальные физические излучатели (тела и среды).

В соответствии с законами излучения Кирхгофа любое физическое тело излучает энергии меньше, чем черное тело, нагретое до той же температуры, что и физическое.

Поэтому прибор для измерения температуру, отградуированный по черному излучателю, при измерении температуры реального физического излучателя покажет температуру, меньшую действительной, а именно такую, при которой свойство черного излучателя, использованное при градуировании (энергия излучения, его яркость, его спектральный состав и т. п.), совпадает по своему значению со свойством физического излучателя при данной действительной его температуре, подлежащей определению. Измеренная заниженная псевдотемпература называется черной температурой.

Различные методы измерения приводят к различным, как правило, не совпадающим черным температурам: пирометр радиационный показывает интегральную или радиационную, пирометр оптический — яркостную, пирометр цветовой — цветовую черные температуры.

Переход от измеренных черных к действительным температурам осуществляется графически или аналитически, если известна излучательная способность объекта, температуpa которого измеряется.

Излучательной способностью называется отношение значений используемого для измерения свойства излучения физического и черного излучателей, имеющих одинаковую температуру: при радиационном методе излучательная способность равна отношению суммарных (по всему спектру) энергий, при оптическом — спектральная излучательная способность равна отношению спектральных плотностей энергетической яркости. При прочих равных условиях наименьшие погрешности от нечерноты излучателя дает пирометр цветовой.

Радикальное решение задачи измерения лучистыми методами действительной температуры нечерного излучателя достигается искусств, созданием для него условий, превращающих его в черный излучатель (например, помещением его в практически замкнутую полость).

В некоторых частных случаях возможно измерение действительной температуры нечерных излучателей обычными пирометрами излучения при применении особых методик измерения температуры (например, подсветки, в лучах трех длин волн, в поляризованном свете и др.).

Распространенные приборы для измерения температуры

Громадный диапазон значений измеряемых температур и неисчерпаемое количество различных условий и объектов измерения обусловливают чрезвычайное разнообразие и многочисленность методов и приборов для измерения температуры.

Самые распространенные приборы для измерения температуры:

Термоэлектрические пирометры (термометры) ;
Электрические термометры сопротивления ;
Радиационные пирометры ;
Пирометры оптического поглощения ;
Оптические яркостные пирометры ;
Цветовые пирометры ;
Жидкостные термометры расширения ;
Газовые манометрические термометры ;
Паровые манометрические термометры ;
Газовые конденсационные термометры ;
Стержневые дилатометрические термометры ;
Биметаллические термометры ;
Акустические термометры ;
Калориметрические пирометры-пироскопы ;
Термокраски ;
Парамагнитные солевые термометры .

Самые популярные электрические приборы для измерения температуры:

Приборы многих видов, перечисленные выше, используются для измерений различными методами. Например, термоэлектрический термометр используется:

для контактного измерения температуры сред и тел, а также поверхностей последних без или в сочетании с устройствами, корректирующими тепловое неравновесие термоприемника и объекта измерения;
для бесконтактного измерения температуры радиационным и некоторыми спектроскопическими методами ;
для смешанного (контактно-бесконтактного) — измерение температуры жидкого металла по методу газовой каверны (измерение радиационным пирометром температуры излучения газового пузыря, выдуваемого в жидком металле на конце погруженной в него трубки).

Вместе с тем многие методы измерения температуры могут быть реализованы приборами различных видов.

Так, например, температуpa наружного и комнатного воздуха может быть измерена приборами по меньшей мере 15 видов. На фотографии — биметаллический термометр.

Читайте также: