Фізичні основи. Тепловими називаються перетворювачі, принцип дії яких оснований на використанні теплових процесів (нагрівання

Тепловими називаються перетворювачі, принцип дії яких оснований на використанні теплових процесів (нагрівання, охолодження, теплообміну) і вхідною величиною яких є температура. Зазначимо, що теплові перетворювачі широко застосовуються як перетворювачі не тільки температури, а й таких величин, як тепловий потік, швидкість потоку газу чи рідини, витрати, хімічний склад і тиск газів, вологість тощо.

Температура як параметр теплового процесу не піддається безпосередньому вимірюванню. Одночасно вона є функцією стану речовини і безпосередньо зв'язана з внутрішньою енергією тіл, а через енергію зв'язана і з іншими властивостями. Отже, зі зміною температури змінюється багато інших фізичних властивостей тіл, які і використовуються при побудові перетворювачів температури.

Основним рівнянням теплових перетворювачів є рівняння теплового балансу, згідно з яким кількість теплоти Qзов, яка підводиться до перетворювача, дорівнює сумі кількості теплоти Qн, яка йде на нагрівання (зміну теплового стану), і кількості теплоти теплообміну Q_т, що перетворювач віддає в середовище.

Загалом перепад температур між частинами системи середовище-перетворювач обумовлює тепловий рух, тобто теплообмін. Теплообмін може здійснюватися через теплопровідність, конвекцію та теплове випромінювання.

При теплообміні через теплопровідність теплова енергія переноситься внаслідок взаємодії частинок, які безпосередньо контактують одна з одною і мають різні температури. Такий теплообмін у чистому вигляді спостерігається лише в твердих тілах.

Теплообмін через конвекцію здійснюється внаслідок переміщення матеріальних частинок, які мають різні температури. Суто конвекційний теплообмін спостерігається лише в газоподібному середовищі

Теплове випромінювання – це потік електромагнітних хвиль, які випромінюються тілом за рахунок його теплової енергії і повністю чи частково поглинаються іншими тілами.. Суть теплообміну через випромінювання полягає у випромінюванні тілом електромагнітних хвиль певної довжини.

При безпосередньому тепловому контакті перетворювача з об’єктом дослідження переважає теплообмін внаслідок теплопровідності та конвекції. Це – контактний спосіб перетворення температури, а теплові перетворювачі, основані на використанні цього способу, називають контактними термоперетворювачами. Якщо перетворювач і об’єкт дослідження не мають безпосереднього теплового контакту, то теплообмін між об’єктом і перетворювачем може відбуватися внаслідок теплового випромінювання. Цей принцип теплообміну покладений в основу безконтактного способу перетворення температури, а відповідні перетворювачі називаються безконтактними.