Кельвин – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Термодинамическая температура может быть также выражена в градусах Цельсия: t = Т – 273,15 К.
В настоящее время действует принятая на ХIII конференции по мерам и весам усовершенствованная шкала под названием "международная практическая температурная шкала 1968" (МПТШ – 68). Температуры МПТШ – 68 снабжаются индексами Т68 или t68.
МПТШ – 68 основывается на ряде воспроизводимых состояний равновесия (реперных точек) некоторых веществ – 11 основных и 27 вторичных реперных точек, охватывающих диапазон температур от 13,956 до 3660 К (от –259,194 до 3387 оС). Числовые значения температур по основным реперным точкам, приведенные в табл. 4.2, соответствуют термодинамической шкале и определены с помощью газовых термометров.
Таблица 4.2
Основные реперные точки МПТШ – 68
Состояние равновесия
Температура
Состояние равновесия
Температура
Т68 К
t68, оС
Т68 К
t68, оС
Тройная точка водорода
13,81
-259,34
Точка кипения воды
373,15
100
Точка кипения водорода
20,28
-252,87
Точка затвердевания олова
505,1181
231,9681
Точка кипения неона
27,102
-246,048
Точка затвердевания цинка
692,73
419,58
Тройная точка кислорода
54,361
-218,789
Точка затвердевания серебра
1235,08
961,93
Точка кипения кислорода
90,188
-182,962
Точка затвердевания золота
1337,58
1064,430
Тройная точка воды
273,16
0,01
Газовые термометры бывают трех типов: постоянного объема, постоянного давления и постоянной температуры. В газовом термометре постоянного объема (рис.4.68) изменение температуры газа пропорционально изменению давления. Газовый термометр состоит из баллоны 1 и соединительной трубки 2, заполненных через вентиль 3 водородом, гелием или азотом (для высоких температур). Соединительная трубка 2 подсоединена к трубке 4 двухтрубного манометра, у которого трубку 5 можно перемещать вверх и вниз благодаря гибкому соединительному шлангу 6.
При измерении температуры объем системы, заполненной газом, изменяется, и для приведения его к первоначальному значению трубку 5 вертикально перемещают до тех пор, пока уровень ртути в трубке 4 не совпадет с осью Х-Х. При этом столб ртути в трубке 5, отсчитанный от уровня Х-Х, будет соответствовать давлению газа Р в баллоне. Если при температуре тройной точки воды Т0 давление газа в баллоне равно Р0, то при измеренном давлении Р искомая температура .
Таблица 4.3
Единицы тепловых величин
Величина
Наименование
Обозначение
Русское
Меж-дуна-родное
Температура
Кельвин
К
K
Количество теплоты
Джоуль
Дж
J
Теплоемкость,
энтропия
Джоуль на кельвин
Дж×К-1
J×K-1
Тепловой поток
Ватт
Вт
W
Коэффициент теблообмена,
коэффициент теплопередачи
Ватт на квадратный метр-кельвин
Вт×м-2×К-1
W×m-2×K-1
Коэффициент теплопроводности
Ватт на метр-кельвин
Вт×м-1×К-1
W×m-1×K-1
Температурный коэффициент линейного расширения
Метр на метр-кельвин
м×м-1×К-1
m×m-1×K-1
Температурный коэффициент объемного расширения
Кубический метр на кубический метр-кельвин
м3×м-3×К-1
m3×m-3×K-1
Интерполяция между реперными точками шкалы производится с помощью эталонных: платинового термометра сопротивления в интервале от 13,81 до 903,89 К; платинородий-платиновой термопары в интервале температур от 903, 89 до 1337,58 К; квазимонохроматического термометра с использованием закона излучения Планка при температуре свыше 1337,58 К.
По системе SI единицы некоторых тепловых величин, применяемые в Российской Федерации, приведены в табл. 4.3.
4.12.2. Механические контактные термометры
К механическим контактным термометрам относятся: дилатометрические, биметаллические, жидкостные стеклянные, жидкостные манометрические, конденсационные манометрические и газовые.
Дилатометрический термометр (рис. 4.69, а) выполняется в виде металлической трубки с большим температурным коэффициентом линейного расширения и стержня (например, фарфорового) с малым коэффициентом линейного расширения, скрепленных между собой.
Разность перемещений концов трубки и стержня, вызванная изменением температуры, воспринимается рачажно-зубчатой системой и передается на отсчетное устройство.
Биметаллический термометр (рис. 4.69, б) состоит из двухслойной металлической ленты с разными коэффициентами линейного расширения. Наибольшее распространение получили ленты из латуни и инвара. При изменении температуры лента изменяет форму, что передается на отсчетное устройство.
Жидкостный стеклянный термометр (рис. 4.69, в) имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненный термометрической жидкостью. В связи с различием коэффициентов объемного расширения стеклянного баллона с капилляром и термометрической жидкости появляется возможность измерения температуры.
Жидкостный манометрический термометр (рис. 4.69, г) состоит из термобаллона, погружаемого в среду, температура которой подлежит измерению, соединительного металлического капилляра и упругого чувствительного элемента. Вся система заполнена термометрической жидкостью. При повышении температуры жидкость расширяется, что приводит к деформации упругого чувствительного элемента.
Конденсационный манометрический термометр (см. рис. 4.69, г) по конструкции повторяет жидкостный манометрический и отличается только тем, что его термобаллон частично заполняется низкокипящей жидкостью. Давление насыщенных паров над жидкостью, являющееся мерой температуры, преобразуется в перемещение упругого чувствительного элемента.
Газовый термометр рассмотрен в п 4.12.1 (см. рис. 4.68).
4.12.3. Электрические контактные термометры
Термометр сопротивления металлический (рис. 4.70, а) состоит из чувствительного элемента в виде терморезистора, защитного чехла и соединительной головки. Чувствительный элемент металлического термометра сопротивления выполняется в виде обмотки на каркасе из теплостойкого изоляционного материала.
О температуре судят по изменению электрического сопротивления его чувствительного элемента, падению напряжения на нем при постоянном токе или значению тока при постоянном напряжении.
Термометр сопротивления полупроводниковый (рис. 4.70, б) аналогичен металлическому, но его чувствительный элемент выполнен в виде шайбы или бусинки из полупроводникового материала с двумя электрическими выводами.
Термоэлектрический термометр состоит из термопары, защитного чехла и соединительной головки. Термопара служит чувствительным элементом и состоит из двух термоэлектродов из различных материалов. Один (холодный) спай термопары поддерживается при постоянной температуре. ТермоЭДС, развиваемая термопарой, является мерой температуры второго (горячего) спая. На рис. 4.70, в приведена схема стандартной термоэлектрической термопары, а на рис. 4.70, г – термопары в тонком чехле.
4.12.4. Пирометры излучения
Все физические тала, температура которых превышает абсолютный нуль, испускают тепловые лучи. Средства измерения, определяющие температуру тел по их тепловому излучению, называют пирометрами излучения, или пирометрами.
Тепловое излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет его внутренней энергии.
Ввиду того, что интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением температуры тел, пирометры используются в основном для измерения температуры от 300 до 6000 °С и выше. Для измерения температур выше 3000°С методы пирометрии являются единственными, так как они не требуют непосредственного контакта датчика прибора с объектом измерения.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
