Загальні відомості про вимірювання температури

Температура є фізичною величиною, яка характеризує тепловий стан (ступінь нагрітості) тіла і є мірою його внутрішньої кінетичної енергії. Безпосередньому вимірюванню температура не піддається. її значення можна знайти тільки за якими-небудь іншими фізичними параметрами досліджуваного тіла, які змінюються однозначно залежно від зміни температури. Такими параметрами можуть бути, наприклад, об'єм, довжина, електричний опір, енергетична яскравість випро­мінювання тощо.

Спочатку для створення термометрів використовували розширен­ня речовини при зміні її температури. Так виникли скляні рідинні термометри розширення. Такий термометр має форму невеликої скляної колби з припаяним до неї замкнутим капіляром рівномірного попереч­ного перерізу, заповненим термометричною речовиною, якою може бути вода, винний спирт, ртуть. При розширенні термометричної речо­вини внаслідок підвищення температури змінюється висота стовпця термометричної речовини в капілярі.

Існують дві температурні шкали:

· шкала Цельсія;

· міжнародна практична температурна шкала (МПТШ.

Градуювання шкали Цельсія проводять по значеннях в двох точках, в якій за 0 градусів прийнята температура танення льоду, а за 100 градусів - температура кипіння води.

Одиницею температури в стоградусній шкалі Цельсія є градус Цельсія (умовне позначення °С), який дорівнює 1/100 температури кипіння води.

Потрібно відзначити, що температурні шкали термометрів розши­рення, які побудовані на одних і тих же реперних точках, але які вико­ристовують різні термометричні речовини, збігаються лише в реперних точках. Проміжкові покази термометрів з різними термометричними речовинами можуть дещо відрізнятись один від одного тому, що темпе­ратурні коефіцієнти розширення термометричних рідин змінюються по-різному зі зміною температури. Внаслідок цього покази ртутного і спиртового термометрів при температурі 50 °С можуть відрізнятись на 1,8 град, якщо їх шкальні поділки розділяють капіляр на рівні об'ємні частини.

У зв'язку з цим виникла потреба створення температурної шкали, яка не залежить від термометричних властивостей робочої речовини. Така шкала, що була запропонована в 1848 р. Кельвіном і яка отримала назву термодинамічної шкали.

Одиницею температури в термодинамічній шкалі є кельвін (умов­не позначення - К) (який дорівнює 1/273,16 температурного інтервалу між абсолютним нулем та температурою потрійної точки води, якій присвоєно значення 273,16 К. Це на 0,01 К перевищує температуру танення льоду.

Потрійна точка води є реперною точкою, на якій спостерігається рівноважний стан між трьома фазами води (твердою, рідкою та газоподібною). Як реперну точку тут прийнято температуру потрійної точки води з тих міркувань, що, на відміну від температури танення льоду, її значення є точнішим та стабільнішим, оскільки не залежить від тиску довкілля.

Для перерахунку залежності температури з однієї шкали в іншу використовується рівність

де Т- температура за МПТШ; t° - температура за шкалою Цельсія.

МПТШ-68 охоплює діапазони температур від 13,81 до 1337,58 К і ґрунтується на 11 реперних точках, значення температур яких зумовлені фазовими переходами відповідних чистих термометричних речовин при нормальному атмосферному тиску(твердіння свинцю, срібла, золота..).

Широкий діапазон вимірюваних температур і різноманітність умов вимірювань зумовили велику кількість методів і засобів їх вимірювань. У сучасному промисловому виробництві переважно використовуються електричні засоби вимірювань температури, переваги яких загальновідомі.

Електричні методи вимірювань температури можна розділити на контактні та безконтактні. При контактних методах використовується первинний перетворювач, який в процесі вимірювання знаходиться в безпосередньому тепловому контакті з середовищем, температуру якого вимірюють. Тепло від досліджуваного об'єкта до чутливого елемента перетворювача передається теплопровідністю і конвекцією.

Безконтактний метод базується на властивості тіл випромінювати теплову енергію, за якою і визначають температуру досліджуваного об'єкта. Основне ж застосування безконтактних методів - це вимірювання високих температур.

Визначальними є, насамперед, діапазон вимірюваних температур і потрібна точність вимірювання.