Izberite racionalno možnost za merjenje temperature. Metode in sredstva za merjenje temperature. Kaj je temperatura

Uvod

Poglavje 1. Osnovne določbe in pojmi

1 Pojem temperature in naprave za merjenje temperature

1.2 Temperaturne lestvice

3 Mednarodna temperaturna lestvica

Poglavje 2 Metode merjenja temperature

2.1 Kontaktna metoda merjenja temperature

2 Brezkontaktna metoda merjenja temperature

3 Fluorescentne metode merjenja temperature

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Visoko zmogljivo, ekonomično in varno delovanje različnih tehnoloških enot zahteva uporabo sodobne metode in sredstva za merjenje količin, ki označujejo potek proizvodnega procesa in stanje opreme.

Glavni parametri (vrednosti), ki jih je treba nadzorovati med delovanjem enot, so temperatura različnih medijev; pretok, tlak, sestava plinov in tekočin; sestava kovin; geometrijske dimenzije valjanih izdelkov. Avtomatske naprave merijo temperaturo: v delovnih prostorih metalurških peči, taljene in segrete kovine, elementov ognjevzdržnih zidov, konstrukcije regeneratorjev in rekuperatorjev ter produktov zgorevanja goriva.

Temperatura je eden najpomembnejših parametrov tehnološki procesi. Ima nekaj osnovnih lastnosti, ki zahtevajo uporabo veliko število metode in tehnična sredstva da ga izmerite.

.Osnovne določbe in pojmi

1 Pojem temperature in naprave za merjenje temperature

Temperatura je količina, ki označuje toplotno stanje telesa. Temperaturo lahko definiramo kot parameter toplotnega stanja. Vrednost tega parametra je določena s povprečno kinetično energijo translacijskega gibanja molekul danega telesa. Ko prideta v stik dve telesi, na primer plinasta, bo prišlo do prenosa toplote iz enega telesa v drugega, dokler vrednosti povprečne kinetične energije translacijskega gibanja molekul teh teles niso enake. S spremembo povprečne kinetične energije gibanja molekul telesa se spreminja stopnja njegovega segrevanja, hkrati pa se spreminjajo tudi fizikalne lastnosti telesa. Pri določeni temperaturi se lahko kinetična energija vsake posamezne molekule telesa bistveno razlikuje od njene povprečne kinetične energije. Zato je pojem temperature statističen in velja le za telo, sestavljeno iz dovolj velikega števila molekul; če se nanese na posamezno molekulo, je brez pomena.

Statistični zakoni so neuporabni za vesolje z močno redčeno snovjo. Temperatura je v tem primeru določena z močjo sevalnih energijskih tokov, ki prodirajo v telo, in je enaka temperaturi popolnoma črnega telesa z enako močjo sevanja. Znano je, da se z razvojem znanosti in tehnologije pojem "temperatura" širi. Na primer, pri preučevanju visokotemperaturne plazme je bil uveden koncept "elektronske temperature", ki označuje pretok elektronov v plazmi.

Sposobnost merjenja temperature s termometrom temelji na pojavu izmenjave toplote med telesi z različnimi stopnjami segretja in na spremembi termometričnih (fizikalnih) lastnosti snovi pri segrevanju. Posledično se zdi, da je za izdelavo termometra in gradnjo temperaturne lestvice mogoče izbrati katero koli termometrično lastnost, ki označuje stanje snovi, in na podlagi njenih sprememb zgraditi temperaturno lestvico. Takšna izbira pa ni tako enostavna, saj se mora termometrična lastnost nedvoumno spreminjati s temperaturo, biti neodvisna od drugih dejavnikov in omogočati merjenje njenih sprememb na razmeroma preprost in udoben način. Pravzaprav ne obstaja niti ena termometrična lastnost, ki bi v celoti zadostila tem zahtevam v celotnem območju izmerjenih temperatur.

Na primeru običajnega termometra za živo srebro in alkohol je razvidno, da če sta njuni lestvici med točkama, ki ustrezata temperaturama vrele vode in talečega se ledu pri normalni zračni tlak, razdeljeno na 100 enakih delov (pri čemer se kot 0 šteje tališče ledu), potem je očitno, da bodo odčitki živosrebrnega in alkoholnega termometra enaki na točkah 0 in 100, ker so bile te temperaturne točke vzete kot začetne, da bi dobili glavnega razdelka. Če ti termometri merijo enako temperaturo katerega koli medija, ki ni na teh točkah, bodo njihovi odčitki različni, saj sta koeficienta prostorninskega toplotnega raztezanja živega srebra in alkohola različno odvisna od temperature.

Termometer je naprava (instrument), ki se uporablja za merjenje temperature s pretvorbo v odčitke ali signal, ki je znana funkcija temperature. Občutljivi element termometra je del termometra, ki pretvarja termalna energija v drugo obliko energije za pridobitev informacij o temperaturi. Obstajajo kontaktni in brezkontaktni termometri. Občutljivi element kontaktnega termometra pride v neposreden stik z merjenim medijem. Pirometer je brezkontaktni termometer, katerega delovanje temelji na uporabi toplotnega sevanja segretih teles. Duroplast je merilna naprava, sestavljena iz termometra, ki nima lastne skale, in sekundarne naprave, ki pretvarja izhodni signal termometra v številsko vrednost.

2 Temperaturne lestvice

Galilejev vodni termometer (1597) velja za prvo napravo za merjenje temperature. Galilejev termometer ni imel skale in je bil v bistvu samo indikator temperature. Pol stoletja pozneje, leta 1641, je neznani avtor izdelal termometer s poljubno razdeljeno skalo. Pol stoletja pozneje je Renaldini prvič predlagal, da se kot konstantne točke, ki označujejo toplotno ravnovesje, vzamejo tališča ledu in vrelišča vode. Hkrati pa temperaturna lestvica še ni obstajala. Prvo temperaturno lestvico je predlagal in implementiral D.G. Fahrenheit (1724). Temperaturne lestvice so bile postavljene s poljubno izbiro ničelnih in drugih konstantnih točk ter poljubnim prevzemom temperaturnega intervala kot enote. Fahrenheit ni bil znanstvenik. Ukvarjal se je z izdelavo steklenih izdelkov. Izvedel je, da je višina živosrebrnega barometra odvisna od temperature. To ga je pripeljalo do ideje o izdelavi steklenega živosrebrnega termometra s stopinjsko lestvico. Svojo lestvico je zasnoval na treh točkah: 1 - "točka ekstremnega mraza (absolutna ničla)", pridobljena z mešanjem v določenih razmerjih vode, ledu in amoniaka, ki jo je vzel za ničelno oznako (po naši sodobni lestvici, približno -17,8 °C); 2 - tališče ledu, ki ga označuje + 32 °, in 3 - normalna temperatura človeškega telesa, označena z + 96 ° (na naši lestvici + 35,6 ° С). Vrelišče vode sprva ni bilo standardizirano in šele kasneje nastavljeno na +212° (pri normalnem atmosferskem tlaku).

Nekaj ​​let kasneje, leta 1731, je R.A. Réaumur je predlagal uporabo alkohola za steklene termometre s takšno koncentracijo, da bi pri tališču led zapolnil prostornino 1000 volumskih enot, pri vrelišču pa bi se razširil na 1080 enot. V skladu s tem je Réaumur sprva predlagal, da se tališče ledu označi kot 1000 °, vrelišče vode pa kot 1080 °. 0(kasneje 0° in 80°).

Leta 1742 je A. Celsius z uporabo živega srebra v steklenih termometrih označil tališče ledu za 100°, vrelišče vode pa za 0°. Takšno poimenovanje se je izkazalo za neprijetno in po 3 letih je Strömer (ali morda K. Linnaeus) predlagal spremembo oznak, ki jih je na začetku sprejel Celsius, v obratne. Predlagane so bile tudi številne druge lestvice. M. V. Lomonosov je predlagal tekočinski termometer z lestvico 150 ° v območju od tališča ledu do vrelišča vode.

I.G. Lambert (1779) je predlagal zračni termometer s skalo 375°, pri čemer je za 1° upoštevana ena tisočinka raztezka volumna zraka. Znani so tudi poskusi ustvarjanja termometrov, ki temeljijo na širjenju trdnih snovi (P. Mushen-brook, 1725)

Vse predlagane temperaturne lestvice so bile zgrajene (z redkimi izjemami) na enak način: dvema (vsaj) konstantnima točkama so bile dodeljene določene numerične vrednosti in domnevalo se je, da je navidezna termometrična lastnost snovi, uporabljene v termometru, linearno povezana z temperaturo. Kasneje pa se je izkazalo, da termometri, zgrajeni na osnovi različnih termometričnih snovi z enotno stopinjsko lestvico, dajejo različne odčitke pri temperaturah, ki se razlikujejo od temperatur stalnih točk. Slednje je postalo še posebej opazno pri visokih (precej višjih od vrelišča vode) in zelo nizkih temperaturah.

Leta 1848 je Kelvin (W. Thomson) predlagal izgradnjo temperaturne lestvice na termodinamični osnovi, pri čemer je za nič vzel temperaturo absolutne ničle in označil tališče ledu +273,1 °. Termodinamična temperaturna lestvica temelji na drugem zakonu termodinamike. Kot je znano, je delo v Carnotovem ciklu sorazmerno s temperaturno razliko in ni odvisno od termometrične snovi. Ena stopinja na termodinamični lestvici ustreza zvišanju temperature, ki ustreza 1/100 dela v Carnotovem ciklu med tališčem ledu in vreliščem vode pri normalnem atmosferskem tlaku. Termodinamična lestvica je enaka lestvici idealen plin, ki temelji na odvisnosti tlaka idealnega plina od temperature. Zakoni spremembe tlaka od temperature za pravi plini odstopajo od idealnih, vendar so popravki za odstopanja realnih plinov majhni in jih je mogoče določiti z visoko stopnjo natančnosti. Zato lahko z opazovanjem raztezanja realnih plinov in uvedbo popravkov ocenimo temperaturo na termodinamični lestvici.

S širitvijo znanstvenih opazovanj in razvojem industrijske proizvodnje se je pojavila naravna potreba po vzpostavitvi nekakšne enotne temperaturne lestvice. Prvi poskus v tej smeri je bil narejen leta 1877, ko je Mednarodni komite za uteži in mere sprejel centigradno vodikovo lestvico kot glavno temperaturno lestvico. Tališče ledu je bilo vzeto kot ničelna točka, vrelišče vode pri normalnem atmosferskem tlaku 760 mm pa je bilo vzeto 100 °. rt. Umetnost. Temperaturo smo določili iz tlaka vodika v konstantnem volumnu. Ničelna oznaka je ustrezala tlaku 1000 mm. rt. Umetnost. Stopnje temperature na tej lestvici so zelo sovpadale s stopnjami termodinamične lestvice, vendar je bila praktična uporaba vodikovega termometra omejena zaradi majhnega temperaturnega območja od približno -25 do + 100 °. Na začetku XX stoletja. Celzija (ali Fahrenheita - v anglo-ameriških državah) in Reaumurjeve lestvice so bile široko uporabljene, v znanstvenih delih pa tudi Kelvinove in vodikove lestvice.

1.3 Mednarodna temperaturna lestvica

Z močno povečano potrebo po natančni oceni temperature so pretvorbe iz ene lestvice v drugo povzročile velike težave in povzročile številne nesporazume. Zato je VIII generalna konferenca za uteži in mere leta 1933 po večletnih pripravah in predhodnih začasnih odločitvah sprejela sklep o uvedbi mednarodne temperaturne lestvice (ITS). To odločitev je pravno potrdila večina razvitih držav sveta. V ZSSR je bila mednarodna temperaturna lestvica uvedena 1. oktobra 1934 (vsezvezni standard OST VKS 6954).

Mednarodna temperaturna lestvica je praktična izvedba termodinamične stopinjske temperaturne lestvice, v kateri sta tališče ledu in vrelišče vode pri normalnem atmosferskem tlaku označena z 0° oziroma 100°. ITS temelji na sistemu konstantnih, natančno ponovljivih ravnovesnih temperatur (fiksnih točk), ki so jim dodeljene številčne vrednosti. Za določanje vmesnih temperatur se uporabljajo interpolacijski instrumenti, umerjeni iz teh konstantnih točk. Temperature, izmerjene na mednarodni lestvici, so označene s SS. Za razliko od stopinj Celzija - prav tako temelji na tališčih ledu in vrele vode pri normalnem atmosferskem tlaku in ima oznake 0 ° in 100 ° C, vendar zgrajeno na drugačni podlagi (na linearni povezavi med temperaturo in širjenjem živega srebra v steklu ), se je mednarodna lestvica stopinj začela imenovati "mednarodna stopenjska lestvica" ali "stopinjska centigradska lestvica". Glavne konstantne točke ITS in numerične vrednosti temperatur, ki so jim dodeljene pri normalnem atmosferskem tlaku, so podane spodaj: (glej tudi sliko št. 1):

a) ravnotežna temperatura med tekočim in plinastim kisikom (vrelišče kisika) - 182,96 °

b) ravnotežna temperatura med ledom in vodo, nasičeno z zrakom (tališče ledu) 0,000°

c) ravnotežna temperatura med tekočo vodo in njenimi hlapi (vrelišče vode) 100.000°

d) ravnotežna temperatura med tekočim žveplom in njegovimi hlapi (vrelišče žvepla) 414,60 °

e) ravnotežna temperatura med trdnim in tekočim srebrom (točka strjevanja srebra) 961,93°

f) ravnotežna temperatura med trdnim in tekočim zlatom (točka strjevanja zlata) 1064,43°

riž. Mednarodna temperaturna lestvica št. 1

2. Metode merjenja temperature

Za določitev temperaturne vrednosti telesa je treba izbrati temperaturni standard, to je telo, ki bi imelo pod določenimi pogoji, ravnotežno in dokaj lahko ponovljivo, določeno temperaturno vrednost. Ta temperaturna vrednost je referenčna točka ustrezne temperaturne lestvice - urejenega zaporedja temperaturnih vrednosti, ki vam omogoča kvantificiranje temperature določenega telesa. Temperaturna lestvica vam omogoča, da posredno določite temperaturo telesa z neposrednim merjenjem katerega koli od njegovih fizikalnih parametrov, ki so odvisni od temperature.

Lastnosti vode se najpogosteje uporabljajo pri pridobivanju temperaturne lestvice. Tališča ledu in vrelišče vode pri normalnem atmosferskem tlaku sta izbrani kot referenčni točki v sodobnih (vendar ne nujno izvirnih) temperaturnih lestvicah, ki so jih predlagali Anders Celsius (1701-1744), Rene Antoine Ferchaud Réaumur (1683 - 1757), Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 -1736). Slednji je ustvaril prve uporabne alkoholne in živosrebrne termometre, ki se še danes pogosto uporabljajo. Réaumurjeva in Fahrenheitova temperaturna lestvica se trenutno uporabljata v ZDA, Veliki Britaniji in nekaterih drugih državah.

Celzijeva temperaturna lestvica, uvedena leta 1742, ki je predlagala temperaturni interval med temperaturama talečega se ledu in vrele vode pri normalnem tlaku (1 atm ali 101.325 Pa), razdeljen na sto enakih delov (stopinj Celzija), se danes pogosto uporablja, čeprav v prečiščena oblika, ko je ena stopinja Celzija enaka enemu kelvinu. V tem primeru je temperatura taljenja ledu enaka 0 ° C, vrelišče vode pa postane približno enako 99,975 ° C. Posledični popravki običajno niso pomembni, saj večina alkoholnih, živosrebrnih in elektronskih termometrov v uporabi ni dovolj natančnih (ker to običajno ni potrebno). To omogoča, da zanemarimo te zelo majhne popravke.

Po uvedbi mednarodnega sistema enot (SI) se priporoča uporaba dveh temperaturnih lestvic. Prva lestvica je termodinamična, ki ni odvisna od lastnosti uporabljene snovi (delovne tekočine) in jo uvedemo preko Carnotovega cikla. Ta temperaturna lestvica je podrobno obravnavana v tretjem poglavju. Opozorimo le, da je enota za temperaturo v tej temperaturni lestvici en kelvin (1 K), ena od sedmih osnovnih enot v sistemu SI. Ta enota je dobila ime po angleškem fiziku Williamu Thomsonu (Lord Kelvin) (1824-1907), ki je razvil to lestvico in ohranil vrednost temperaturne enote enako kot v temperaturni lestvici Celzija. Druga priporočena temperaturna lestvica je mednarodna praktična. Ta lestvica ima 11 referenčnih točk - temperature faznega prehoda številnih čistih snovi, vrednosti teh temperaturnih točk pa se nenehno posodabljajo. Tudi enota za temperaturo v mednarodni praktični lestvici je 1 K.

Trenutno je glavna referenčna točka termodinamične lestvice in mednarodne praktične temperaturne lestvice trojna točka vode. Ta točka ustreza strogo določenim vrednostim temperature in tlaka, pri katerih lahko voda hkrati obstaja v trdnem, tekočem in plinastem stanju. Poleg tega, če je stanje termodinamičnega sistema določeno samo z vrednostmi temperature in tlaka, potem lahko obstaja samo ena trojna točka. V sistemu SI se šteje, da je temperatura trojne točke vode 273,16 K pri tlaku 609 Pa.

Poleg nastavitve referenčnih točk, določenih s temperaturnim etalonom, je treba izbrati termodinamično lastnost telesa, ki jo opisuje fizikalna veličina, katere sprememba je znak spremembe temperature ali termometrični znak. Ta lastnost bi morala biti precej enostavno ponovljiva, fizična količina pa bi morala biti zlahka merljiva. Merjenje določene fizikalne količine omogoča pridobitev nabora temperaturnih točk (in njihovih ustreznih temperaturnih vrednosti), ki so vmesne glede na referenčne točke.

Telo, s pomočjo merjenja termometričnega znaka, katerega temperaturo merimo, imenujemo termometrično telo.

Termometrični znaki so lahko spremembe: prostornina plina ali tekočine, električni upor teles, razlika v električnem potencialu na meji med dvema prevodnima telesoma itd. Naprave za merjenje temperature (termometri), ki ustrezajo tem značilnostim, bodo: plinski in živosrebrni termometri, termometri, ki uporabljajo toplotni upor ali termočlen kot senzor.

Po principu delovanja so vsi termometri razdeljeni v naslednje skupine, ki se uporabljajo za različna temperaturna območja:

Ekspanzijski termometri od -260 do +700 °C, ki temeljijo na spremembi volumna tekočin ali trdnih snovi s spremembo temperature.

Manometrični termometri od -200 do +600 °C, ki merijo temperaturo z odvisnostjo tlaka tekočine, pare ali plina v zaprti prostornini od temperaturnih sprememb.

Električni uporovni termometri so standardni od -270 do +750 °C in pretvarjajo spremembo temperature v spremembo električnega upora prevodnikov ali polprevodnikov.

Termoelektrični termometri (ali pirometri), standardni od -50 do +1800 °C, katerih pretvorba temelji na odvisnosti vrednosti elektromotorne sile od temperature stika raznovrstnih prevodnikov.

sevalni pirometri od 500 do 100.000 °C, ki temeljijo na merjenju temperature z vrednostjo jakosti sevalne energije, ki jo oddaja segreto telo,

Termometri na osnovi elektrofizikalnih pojavov od -272 do +1000 °С (termošumni termoelektrični pretvorniki, volumski resonančni termočleni, jedrski resonančni termočleni).

1 Kontaktna metoda merjenja temperature

Obstajata dva glavna načina merjenja temperature - kontaktni in brezkontaktni. Kontaktne metode temeljijo na neposrednem stiku temperaturnega merilnega pretvornika s proučevanim predmetom, zaradi česar se doseže stanje toplotnega ravnovesja pretvornika in predmeta. Ta metoda ima svoje pomanjkljivosti. Temperaturno polje predmeta se popači, ko vanj vnesemo toplotni sprejemnik. Temperatura pretvornika se vedno razlikuje od dejanske temperature predmeta. Zgornja meja merjenja temperature je omejena z lastnostmi materialov, iz katerih so izdelani temperaturni senzorji. Poleg tega številnih problemov merjenja temperature v nedostopnih predmetih, ki se vrtijo z veliko hitrostjo, ni mogoče rešiti s kontaktno metodo.

Plinski termometer s konstantno prostornino (slika št. 2) je sestavljen iz termometričnega telesa - dela plina, zaprtega v posodi, ki je s cevjo povezana z manometrom. Izmerjena fizikalna količina (termometrični znak), ki omogoča določanje temperature, je tlak plina pri določeni fiksni prostornini. Konstantnost volumna se doseže tako, da se z navpičnim premikanjem leve cevi nivo v desni cevi manometra spravi na isto vrednost (referenčna oznaka) in v tem trenutku razlika v višini nivojev tekočine v manometru se meri. Z upoštevanjem različnih popravkov (na primer toplotnega raztezanja steklenih delov termometra, adsorpcije plina itd.) je mogoče doseči natančnost merjenja temperature s plinskim termometrom s konstantno prostornino, ki je enaka eni tisočinki kelvina.

riž. Št. 2 Diagram plinskega termometra

Plinski termometri imajo to prednost, da temperatura, določena z njihovo pomočjo, pri nizkih gostotah plina ni odvisna od narave uporabljenega plina, lestvica plinskega termometra pa dobro sovpada z absolutno temperaturno skalo.

Plinski termometri se uporabljajo za kalibracijo drugih vrst termometrov, na primer termometrov za tekočine. V praksi so bolj priročni, vendar je lestvica tekočega termometra, kalibriranega za plin, praviloma neenakomerna. To je posledica dejstva, da je gostota tekočin nelinearno odvisna od njihove temperature.

Tekočinski termometer (slika št. 3) je najpogosteje uporabljen termometer v vsakdanjem življenju, ki temelji na spremembi volumna tekočine ob spremembi njene temperature. V živosrebrnem steklenem termometru je termometrično telo živo srebro, ki je v stekleni posodi s kapilaro. Termometrična značilnost je razdalja od živosrebrnega meniskusa v kapilari do poljubne fiksne točke. Živosrebrni termometri uporablja se v temperaturnem območju od -35 oC do nekaj sto stopinj Celzija.

riž. Št. 3 Diagram tekočinskega termometra

a - sobni termometer z zunanjo lestvico;

b - laboratorijski termometer z vgrajeno lestvico, ki ima na lestvici točko 0 ° C.

Druge vrste običajnih tekočinskih termometrov so alkoholni (od -8 °C do +8 °C) in pentanski (od -200 °C do +35 °C). Upoštevajte, da vode ni mogoče uporabiti kot termometrično telo tekočinski termometer: prostornina vode s povišanjem temperature najprej pada, nato pa raste, kar onemogoča uporabo prostornine vode kot termometrične značilnosti.

Z razvojem merilne tehnologije, najbolj priročno tehnične vrste termometri so tisti, pri katerih je termometrični znak električni signal. To so toplotni upor (kovinski in polprevodniški) in termočleni.

Pri kovinskem uporovnem termometru merjenje temperature temelji na pojavu povečanja upora kovine z naraščajočo temperaturo. Za večino kovin blizu sobne temperature je ta odvisnost blizu linearne, za čiste kovine pa relativna sprememba njihove upornosti s povečanjem temperature za 1 K ( temperaturni koeficient odpornost) ima vrednost blizu 4*10-3 1/K. Termometrični znak je električni upor termometričnega telesa - kovinske žice. Najpogosteje se uporablja platinasta žica, pa tudi bakrena žica ali njihove različne zlitine. Obseg uporabe takšnih termometrov je od temperatur vodika (~20 K) do sto stopinj Celzija. Pri nizkih temperaturah v kovinskih termometrih postane odvisnost upora od temperature bistveno nelinearna in termometer zahteva skrbno kalibracijo.

V polprevodniškem uporovnem termometru (termistorju) merjenje temperature temelji na pojavu zmanjšanja upora polprevodnikov z naraščajočo temperaturo. Ker lahko temperaturni koeficient upora polprevodnikov v absolutni vrednosti znatno preseže ustrezen koeficient kovin, lahko občutljivost takšnih termometrov znatno preseže občutljivost kovinskih termometrov.

Posebej izdelani polprevodniški toplotni upori se lahko uporabljajo pri nizkih (helijevih) temperaturah reda več kelvinov. Vendar se je treba zavedati, da se pri običajnih polprevodniških uporih pojavijo napake zaradi izpostavljenosti nizkim temperaturam. To vodi do poslabšanja obnovljivosti merilnih rezultatov in zahteva uporabo posebej izbranih polprevodniških materialov v toplotnih uporih.

Drug princip merjenja temperature se izvaja v termočlenih. Termočlen (slika št. 4) je električni tokokrog, spajkan iz dveh različnih kovinskih vodnikov, od katerih je en spoj pri izmerjeni temperaturi (merilni spoj), drugi (referenčni spoj) pa pri znani temperaturi, npr. sobna temperatura. Zaradi temperaturne razlike stikov nastane elektromotorna sila (termo-EMF), katere merjenje omogoča določitev temperaturne razlike spojev in posledično temperature merilnega spoja.

V takem termometru je termometrično telo stičišče dveh kovin, termometrična značilnost pa je termo-emf, ki se pojavi v vezju. Občutljivost termočlenov se giblje od enot do stotin μV/K, razpon izmerjenih temperatur pa je od nekaj deset kelvinov (temperatura tekočega dušika) do tisoč in pol stopinj Celzija. Za visoke temperature se uporabljajo termoelementi iz plemenitih kovin. Termoelementi, ki temeljijo na stičiščih naslednjih materialov, so našli največjo uporabo: baker-konstantan, železo-konstantan, kromel-alumel, platina-rodij-platina.

riž. Št. 4 Termočlensko vezje

Upoštevati je treba, da lahko termočlen meri samo temperaturno razliko med merilnim in prostim spojem. Prosti spoj je običajno pri sobni temperaturi. Zato je za merjenje temperature s termoelementom potrebna uporaba dodatnega termometra za sobno temperaturo ali kompenzacijskega sistema prostega spoja.

V radijski tehniki se pogosto uporablja koncept hrupne temperature, ki je enaka temperaturi, na katero je treba segreti upor, usklajen z vhodnim uporom elektronske naprave, tako da sta toplotni šumni moči te naprave in upora enaki v določen frekvenčni pas. Možnost uvedbe takšnega koncepta je posledica sorazmernosti povprečne moči hrupa (povprečnega kvadrata napetosti hrupa na električnem uporu) z absolutno temperaturo upora. To omogoča, da se napetost hrupa uporabi kot termometrična značilnost za merjenje temperature. Šumni termometri se uporabljajo za merjenje nizkih temperatur (pod nekaj kelvini), pa tudi v radioastronomiji za merjenje radiacijske (svetlostne) temperature vesoljskih teles.

2 Brezkontaktna metoda merjenja temperature

Brezkontaktna metoda temelji na zaznavanju toplotne energije, ki se prenaša s sevanjem in jo zaznavamo na določeni razdalji od proučevanega volumna. Ta metoda je manj občutljiva kot kontaktna. Meritve temperature so v veliki meri odvisne od reprodukcije kalibracijskih pogojev med delovanjem, sicer se pojavijo pomembne napake. Naprava, ki se uporablja za merjenje temperature s pretvorbo njenih vrednosti v signal ali indikacijo, se imenuje termometer (GOST 13417-76).To so zaporedno povezani termoelementi, ki uporabljajo znani Seebeckov učinek. Termoelement je sestavljen iz dveh električno prevodnih materialov, ki sta razporejena v obliki prevodnih poti in ki se na eni točki (t.i. hot junction) med seboj stikata. Če na stroške zunanji vplivČe obstaja temperaturna razlika med kontaktno točko (vroč spoj) in obema odprtima koncema (hladen spoj), se bo na obeh koncih termočlenov pojavila napetost več milivoltov.

Pri brezkontaktni metodi merjenja temperature je povečanje temperature točke "vročega spoja" posledica absorpcije infrardečega sevanja, ki vstopa v to točko. Vsak predmet oddaja infrardečo svetlobo, energija te svetlobe pa se povečuje, ko se temperatura predmeta dviguje. Na podlagi tega učinka moduli Thermopile merijo sevano moč in tako z visoko natančnostjo določajo temperaturo objekta.

3 Fluorescentna metoda merjenja temperature

Luminescentne metode merjenja temperature temeljijo na temperaturni odvisnosti jakosti luminiscenčnega sevanja nekaterih fosforjev, ki se uporablja v različnih temperaturnih senzorjih in toplotnih nanosih.

Sodobni optični senzorji omogočajo merjenje številnih značilnosti laboratorijskih in industrijskih objektov, predvsem temperature. Kljub dejstvu, da je njihova uporaba precej naporna, zagotavlja številne prednosti uporabe takšnih senzorjev v praksi: neinduktivnost (tj. brez vpliva elektromagnetne indukcije); majhne dimenzije senzorjev, elastičnost, mehanska trdnost, visoka odpornost proti koroziji itd.

Senzor na osnovi toplotnega sevanja. Kot naprave za merjenje temperature se lahko uporabljajo optični senzorji na osnovi toplotnega sevanja, katerih bistvo je naslednje. Preučevana snov pri temperaturi nad 0 K zaradi toplotnih vibracij atomov in molekul oddaja toplotno sevanje. Energija sevanja narašča z naraščanjem temperature, valovna dolžina, pri kateri je sevanje največje, pa se zmanjšuje. V skladu s tem lahko za določitev temperature uporabite Planckovo formulo za energijo toplotnega sevanja črnega telesa pri določeni valovni dolžini ali v območju valovnih dolžin.

Glavna prednost te metode je možnost brezkontaktnega merjenja visokih temperatur. Glede na obseg izmerjenih temperatur so izbrani detektorji svetlobe in optična vlakna. Območje merjenja temperature za optične senzorje sevanja je v območju od 400 do 2000 °C. Pri uporabi optičnih vlaken, ki so prosojna za infrardeče žarke z valovno dolžino 2 μm ali več, je mogoče izmeriti še nižje temperature.

Senzor, ki temelji na absorpciji svetlobe s strani polprevodnika. Znani so tudi senzorji z optičnimi vlakni, katerih delovanje temelji na optičnih lastnostih določenih polprevodnikov. Uporabljeni polprevodnik ima omejevalno valovno dolžino optičnega absorpcijskega spektra. Pri svetlobi s krajšo valovno dolžino od prevodnika se absorpcija poveča in ko se temperatura dvigne, se mejna valovna dolžina premakne proti daljšim valovnim dolžinam (približno 3 nm/K). Ko se na polprevodniški kristal nanese žarek iz svetlobnega vira, ki ima emisijski spekter v bližini določene meje absorpcijskega spektra, se bo intenzivnost svetlobe, ki prehaja skozi svetlobno občutljiv del senzorja, z naraščajočo temperaturo zmanjšala. Glede na izhodni signal detektorja se lahko navedena metoda uporabi za beleženje temperature.

S to metodo je možno meriti temperaturo v območju od 30 do 300 °C z napako ±0,5 °C.

Senzor na osnovi fluorescence. Ta senzor je zasnovan na naslednji način. Na konec optičnega vlakna fotoobčutljivega dela se nanese fluorescentna snov. Fluorescentno sevanje, ki ga proizvajajo ultravijolični žarki, ki ga prenaša optično vlakno, sprejema isto vlakno. Temperaturni signal se zazna z izračunom razmerja ustreznih vrednosti fluorescenčne intenzitete za signal z valovno dolžino, ki je močno odvisna od temperature, in intenzivnostjo signala z drugačno valovno dolžino, ki je šibko odvisna od temperature.

Razpon izmerjenih temperatur s takim senzorjem je v območju od -50 do 200 °C z napako ±0,1 °C.

Uporaba senzorjev iz optičnih vlaken kljub vsej svoji privlačnosti omogoča merjenje temperature le na lokalni točki predmeta, kar nekoliko zoži obseg njihove uporabe.

Zaključek

Temperatura je eden od glavnih parametrov, ki jih nadzorujejo avtomatski krmilni sistemi za metalurške procese. V pogojih agresivnih okolij in visokih temperatur so za uporabo najprimernejši fotoelektrični pirometri. Omogočajo vam nadzor temperature od 100 do 6000 ° C in višje. Ena glavnih prednosti teh naprav je odsotnost vpliva temperaturnega polja segretega telesa na merilnik, saj med postopkom merjenja ne pridejo v neposreden stik drug z drugim. Fotoelektrični pirometri omogočajo tudi kontinuirano avtomatsko merjenje in beleženje temperature, kar omogoča njihovo uporabo v avtomatskih sistemih vodenja procesov brez dodatnih stroškov za nakup in vzdrževanje vmesniških naprav.

Pregled luminiscentnih metod merjenja temperature, predstavljen v tem delu, ima enake prednosti kot optične metode v primerjavi s kontaktnimi metodami. Hkrati je manj zapleten pri organizaciji procesa preučevanja temperature in nič manj natančen kot druge optične metode. Poleg tega uporaba lastnosti luminiscence omogoča razvoj metod za merjenje temperaturnih polj objektov s kompleksnimi geometrijskimi oblikami.

Iz zgornjega pregleda je očitna potreba po nadaljnjem razvoju in izboljšanju tehnologij merjenja temperature z uporabo luminiscenčnih metod.

fluorescenčni temperaturni termometer

Literatura

1.Preobraženski, V.P. Termotehnične meritve in naprave. / V.P. Preobraženski - M.: Energija, 1978. - S. 704

Chistyakov, S.F., Radun D.V. Termotehnične meritve in naprave. / S.F. Čistjakov - M .: Višja šola, 1972. - S. 392

Nikonenko, V.A., Sild Yu.A., Ivanov I.A. Razvoj sistema meroslovne podpore za merilne termovizijske naprave. - Merilna oprema, št. 4, 2004. - S. 48-51

Meritve v industriji: Ref. Ed.

Namen predavanja: študij osnovnih pojmov, fizikalnih principov in tehničnih sredstev nadzor in merjenje temperature na različnih točkah tovornega prostora vagona in poti hladilnega stroja.

Osnovni pojmi in fizikalni principi

Temperatura t- fizikalna količina, ki označuje stopnjo segrevanja telesa. Ta (tako kot pritisk) razkrije mikroskopsko naravo snovi in ​​jo pripelje na vidno mikroskopsko raven. Temperatura deluje kot merilo intenzivnosti toplotnega gibanja molekul. Za merjenje tega parametra stanja so izdelani senzorji, ki temeljijo na različnih fizikalnih učinkih, ki spremljajo temperaturne spremembe: spremembe prostornine plina, tekočega ali trdnega medija, električni upor občutljivega elementa, vzbujanje termoelektromotorne sile, zaznavanje sevanja. razgretega telesa itd.

Kvantitativna vsebnost izmerjene temperature se določi z imenovanimi lestvicami, katerih celotno paleto lahko razdelimo v 2 razreda:

1. empirične (Fahrenheit, Reaumur, Celzij).
2. termodinamični (Kelvin, Rankine).

Réaumurjeva temperaturna lestvica je praktična lestvica, ki jo je predlagal leta 1730. Enota lestvice je Réaumurjeva stopinja (°R). 1 stopinja Réaumurja je enaka 1/80 temperaturnega intervala med tališčem ledu (0 °R) in vreliščem vode (80 °R), tj. 1 °R = 1,25 °C, 1 °C = 0,8 °R. Réaumurjeva lestvica se ni več uporabljala.

Fahrenheitova in Rankinova lestvica sta se razširili šele v angleško govoreče države(Velika Britanija, ZDA itd.). Po vsem svetu se najpogosteje uporablja empirična Celzijeva lestvica, kjer sta referenčni (nodalni, natančni) točki temperaturi taljenja ledu (0 °C) in vrelišča (100 °C) pri normalnem atmosferskem tlaku. Kelvinova lestvica ima enako kvantitativno vrednost koraka merjenja temperature (1 K = 1 ° C), vendar je njen začetek premaknjen za 273,16 K - do točke absolutne ničle (prenehanje toplotnega gibanja molekul), tj. T = t + 273,16 K. Ta lestvica je bistvena za termodinamično analizo stanj in procesov.

Tehnični sistem za merjenje temperature vključuje tri komponente:

• občutljivi elementi (senzorji, primarni pretvorniki);
• vmesni pretvorniki;
• terminalske naprave (kazalne in zapisovalne naprave).

Temperaturni senzorji (termometri)

Za merjenje mere intenzivnosti toplotnega gibanja molekul izdelujejo temperaturni senzorji, ki temeljijo na različnih fizikalnih učinkih, ki spremljajo temperaturne spremembe: sprememba prostornine snovi, električni upor, vzbujanje termoelektromotorne sile, zaznavanje sevanja segretega telesa itd.

Senzorji zaznajo nadzorovano vrednost in jo pretvorijo v signal, ki je bolj primeren za praktično uporabo. Nekatere vrste oddajnikov so navedene spodaj.

dilatometrične senzorje. Uporabite lastnost raztezanja snovi (trdne, tekoče in plinaste) s temperaturnimi spremembami.

Merilno skalo tekočinskih termometrov (na osnovi živega srebra, alkohola, toluena itd.) lahko kombiniramo z občutljivim elementom ali odstranimo s pomočjo vmesnega pretvornika (slika 1). Tipično merilno območje: -100…750 о С.

riž. 1 elektrokontaktni termometer

Elektrokontaktni termometer je sestavljen iz: 1 - živosrebrnega termometra; 2 - ščit; 3 - žarnica; 4 - gumb za vklop; 5 - napajalnik.

Plin(manometrični) termometri (slika 2) odražajo odvisnost tlaka medija, ki polni senzor, od spreminjanja temperature v zaprtem sistemu (termična žarnica z Bourdonovo cevjo). Merilno območje: -200…550 о С.

riž. 2 Manometrični termometer

Manometrični termometer je sestavljen iz: 1 - termocilinder; 2 - manometer; 3 - kapilarna cev.

trdno stanje(bimetalni) termometri so oblikovani kot močna povezava dveh kovinskih plošč z različnimi koeficienti linearne razteznosti. S povišanjem temperature ena od plošč teži k podaljšanju, druga pa to preprečuje in bimetalna plošča se upogne. Temperaturno območje - od -60 do 200 ° C.

Uporovni termometri. Merjenje temperature s toplotnimi upori temelji na lastnosti prevodnikov in polprevodnikov, da s spremembo temperature spreminjajo svoj električni upor.

Oblika funkcije R = f(t) je odvisna od narave materiala. Za izdelavo občutljivih elementov serijske toplotne upornosti se uporabljajo čiste kovine. Najbolj v celoti izpolnjujejo te zahteve: nikelj, železo, baker itd.

Glavna pomanjkljivost toplotnih uporov: velika vztrajnost (do 10 minut).

Za merjenje temperature se najpogosteje uporabljajo tipi toplotne upornosti: MMT-1, MMT-4, MMT-6 (baker-mangan); KMT-1, KMT-4 (kobalt-mangan).

Kovinski uporovni termometer (to je vložek s spiralo iz tankega bakrenega vodnika v notranjosti) imenujemo termistor, polprevodniški pa termistor. Za termistorje se z naraščajočo temperaturo upor poveča (2 ... 3% na 1 ° C), za termistorje pa se zmanjša (3 ... 5% na 1 ° C). Merilno območje: -200…500 о С.

Termoelektrični senzorji (termoelementi). Njihovo delovanje temelji na temperaturni odvisnosti kontaktne elektromotorne sile, ki se pojavi v sklenjenem krogu dveh različnih kovinskih vodnikov (slika 3). Občutljivi element senzorja je kontakt vodnikov, ki se nahajajo na mestu, kjer je potrebno izmeriti temperaturo (vroč spoj); druga povezava (zunaj objekta) se imenuje hladni spoj. Karakteristični materiali termočlenov: baker-konstantan, kromel-alumel, platina-rodij-platina itd. Merilno območje: -200…1600 о С.

riž. 3 Termočlen

Radiacijski pirometri. Te naprave temeljijo na uporabi toplotnega sevanja segretih teles. Zgornja meja merjenja temperature sevalnega pirometra je praktično neomejena. Meritev temelji na brezkontaktni metodi, zaradi česar ni popačenja temperaturnega polja, ki bi ga povzročil vnos pretvornega elementa naprave v merjeni medij. Možno je meriti temperaturo plamena in visoke temperature plinskih tokov pri velikih hitrostih. Tehnični pirometri pokrivajo temperaturno območje od 400 do 4000 o C.

Vmesni pretvorniki

Naloga vmesnih pretvornikov je prevesti pogosto šibek ali nelinearen signal senzorja v signal, primeren za praktično uporabo. Merjenje poteka bodisi z metodo neposrednega vrednotenja (milivoltmeter), bodisi s kompenzacijsko metodo (potenciometer). Najpogostejši vmesni pretvorniki so električna premostitvena vezja. Most nastane s serijsko vezavo štirih električnih uporov v zaprt tokokrog, ki se aktivira z zunanjim virom napetosti (DC ali AC). Pri merjenju temperatur se uporabljajo uravnoteženi in neuravnoteženi mostovi.

Uravnoteženi mostovi. Na eno od diagonal uravnoteženega mostička je priključen napajalnik (slika 4), na drugo (merilno diagonalo) pa galvanometer. Dva upora v krakih imata stalen upor (R 2, R 4), druga dva sta spremenljiva (R 1 je nastavljiv upor, R t zaznava spremembo temperature). Izenačevalni upor R 1 je izbran tako, da je R 1 /R 2 = R t /R 4 . V tem primeru je v merilni diagonali izpolnjen pogoj ravnotežja mostu i o = 0.

Z razvrščanjem položaja drsnika reostata 1 glede na temperaturo, izmerjeno z referenčnim instrumentom, je mogoče določiti vrednost temperature na mestu namestitve senzorja. Ker stanje ravnovesja mostička ni odvisno od napetostnega nivoja U ab, je pri normalni nestabilnosti vira zagotovljena majhna merilna napaka (reda 1%).

riž. 4 Shema uravnoteženega Wheatstonovega mostu: 1 - izravnalni upor; 2 - galvanometer

Na hladilnem voznem parku se za merjenje temperature uporabljajo termistorji tipa RT (platina) in TCM - 010 (baker), termistorji tipa TNM in MMT.

neuravnoteženi mostovi. Ob večji enostavnosti in zanesljivosti v primerjavi z uravnoteženimi imajo tudi višjo vrednost napake.

Tri ramena na mostu (slika 5) imajo konstantne upore, eno (R t) pa se spreminja s temperaturnimi nihanji, vendar je nivo i o odvisen od napetosti vira energije U ab, kar zahteva njeno regulacijo in stabilizacijo. Če se kot temperaturni senzor uporablja termistor, bo zaradi kvadratne odvisnosti temperaturnega koeficienta njegovega upora lestvica merilnega instrumenta neenakomerna. To je neprijetno in običajno se linearna karakteristika R t = f(t) doseže s pomočjo vezja.

riž. 5 Shema neuravnoteženega mostu: 1 - nastavitveni upor

Primer izvedbe neuravnoteženega mostu je raciometer. Merjenje temperature z njegovo pomočjo temelji na interakciji trajnega magnetnega polja in magnetnih polj, ki jih povzročajo tokovi, ki tečejo v dveh navzkrižno razporejenih večobratnih žičnih okvirjih gibljivega dela merilnega sistema. Okvirji so povezani z nasprotnimi kraki mostu. Toplotni upor je zaporedno povezan v tokokrogu enega od okvirjev. Ramenski upori, razen R t, ne spremenijo svojega upora. Tok v enem kraku in njegovem okvirju ne spreminja svoje vrednosti, tok v drugem kraku je določen z uporom termistorja R t, ki je odvisen od temperature.

Puščica magnetoelektričnega galvanometra odstopa za kot, ki ga določa vrednost temperature, in prikazuje to vrednost na graduirani lestvici. Običajno je mogoče na raciometer priključiti druge merilne sklope. Naprava deluje s termistorjem, električnim kontaktnim termometrom, uporom itd.

Kazalne in snemalne naprave

Pri merjenju temperature se kot kazalne in zapisovalne naprave uporabljajo elektronski avtomatski mostovi (EPB, KSP itd.), ki delujejo v povezavi s platinastimi termistorji. Potenciometri so pogosto vključeni v vezje termočlena, saj je termoelektromotorna sila Seebeckovega učinka majhna (10 ... 50 μV / C o). Vse pogosteje se uporabljajo instrumenti z digitalnim prikazovanjem in beleženjem temperature.

Za samodejno neprekinjeno beleženje temperature zraka v obremenjenem letu, termografi. Termograf (slika 6) je sestavljen iz bobna in senzorja (bimetalne plošče), ki zaznava temperaturna nihanja.

riž. 6 Shema termografske naprave

1 - bimetalna plošča; 2 - palica; 3 - vzvod; 4 - vrtljivi boben

Pod vplivom temperaturnih sprememb se bimetalna plošča 1 deformira in njen premični konec se premika, mehansko deluje na dolgi vzvod 3. Konec vzvoda 3 s peresom se glede na nihanje temperature zraka premika navzgor ali navzdol in nariše ukrivljeno črto, ki mu je priložena s črnilom na posebnem merilniku papirnati trak. Spremenljivi trak v vzdolžni smeri je razdeljen na dneve in ure, v prečni smeri pa na stopinje. Boben 4 se vrti s pomočjo urnega mehanizma in naredi en obrat v enem ali več dneh.

Krmilne naprave

Ekspanzijski ventil (TRV). Namenjen je avtomatskemu krmiljenju dovoda tekočega hladiva v uparjalnik hladilnega stroja v skladu z obstoječo toplotno obremenitvijo v tovornem prostoru hladilnega vozila. Slika 1 je dober primer. 7.

Delovanje ekspanzijskega ventila je odvisno od temperature pregretja hlapov hladilnega sredstva, ki jih vsesa kompresor, nad vreliščem tekočega hladilnega sredstva v uparjalniku. Povečanje te razlike pomeni, da je količina hladiva, ki prehaja skozi ventil, manjša od potrebne, in ko se zmanjša, je večja. Tako ekspanzijski ventil vzdržuje konstantno pregrevanje pare na izhodu iz uparjalnika. Ko temperatura odstopa od nastavljene vrednosti, na katero je naprava nastavljena, se spremeni tlak v balonu. Tlačni impulz se prenaša skozi kapilaro na membrano in preko nje na ventil. Premikanje ventila vodi do večje ali manjše odprtine pretočnega območja za prehod freonskih hlapov skozi uparjalnik, tj. do sesanja kompresorja. Vzmet skupaj z nastavitvenim vijakom omogoča nastavitev takšne osnovne vrednosti območja pretoka ventila, tako da je pregrevanje pare na izstopu iz uparjalnika 4 ... 7 ° C

riž. 7 Shema delovanja termostatskega ekspanzijskega ventila

1 - nastavitveni vijak; 2 - vzmet; 3 - zaporni ventil; 4 - zaloga; 5 - membrana; 6 - komora za silo; 7 - kapilarna cev; 8 - toplotna žarnica; P o - tlak v uparjalniku XM; P k - tlak v kondenzatorju XM; F - sila stiskanja vzmeti; P c - protitlak, ki ga razvije žarnica.

Organizacija meritev temperature v prostoru hladilnega avtomobila

Lokalni nadzor nad temperaturo v avtomobilu se lahko izvaja na parkiriščih s prenosno teletermometrično postajo, ki je za čas merjenja povezana na zunanja vtičnica. Daljinsko upravljanje je zagotovljeno iz službenega avtomobila s pomočjo naprav stacionarne teletermometrične postaje in samodejno s pritrditvijo na samosnemalne snemalne naprave, katerih senzorji so nameščeni v tovornem prostoru avtomobila.

Razvrstitev instrumentov za merjenje temperature

Klasifikacija instrumentov

Za spreminjanje temperatur se uporabljajo kontaktne in brezkontaktne metode merjenja.

Za izvajanje kontaktnih merilnih metod se uporabljajo:

ekspanzijski termometri za trdne snovi in ​​tekočine (stekleni, tekočinski, manometrični, bimetalni in dilatometrični);

uporovni toplotni pretvorniki (prevodniški in polprevodniški);

termoelektrični pretvorniki.

Brezkontaktne meritve temperature se izvajajo s pirometri (kvazimonokromatski, spektralnega razmerja in skupnega sevanja.)

Prednosti in slabosti

kontaktne metode meritve so preprostejše in natančnejše od brezkontaktnih. Za merjenje temperature pa je potreben neposreden stik z merjenim medijem in telesom. In kot posledica tega lahko na eni strani pride do izkrivljanja temperature medija na mestu merjenja, na drugi strani pa neskladja med temperaturo občutljivega elementa in merjenega medija.

Brezkontaktne metode meritve ne vplivajo na temperaturo medija ali telesa. Po drugi strani pa so bolj zapletene, njihove metodološke napake pa bistveno večje kot pri kontaktnih metodah.

Merilno območje

Serijsko proizvedeni termometri in termoelementi pokrivajo temperaturno območje od -260 do 2200°C in kratkotrajno do 2500°C.

Brezkontaktni merilniki temperature so komercialno na voljo za temperaturno območje od 20 do 4000 °C.

Obstajajo brezkontaktni merilni instrumenti, ki omogočajo merjenje temperatur nad 4000°C.

Opis merilnih instrumentov

Stekleni termometri

Načelo delovanja temelji na odvisnosti volumskega raztezanja tekočine od temperature. Odlikujejo jih visoka natančnost, enostavnost naprave in nizki stroški. Vendar so stekleni termometri krhki, praviloma jih ni mogoče popraviti in ne morejo prenašati odčitkov na daljavo.

Glavni konstrukcijski elementi so rezervoar s kapilaro, ki je nanj spajkana, delno napolnjena s termometrično tekočino, in lestvica.

Strukturno se razlikujejo palični termometri z lestvico, vgrajeno v stekleno lupino. Pri paličnih termometrih se skala nanese neposredno na površino kapilare z debelimi stenami. Pri termometrih z vgrajeno lestvico sta kapilara in plošča z lestvico obdani z zaščitnim plaščem, ki je prispajkano na rezervoar.

Stekleni ekspanzijski termometri so na voljo za merjenje temperatur od -100 do 600°C.

Proizvajajo se tudi živosrebrni elektrokontaktni termometri, zasnovani za signaliziranje ali vzdrževanje vnaprej določene temperature. Termometri so izdelani z določenim fiksnim kontaktom (TZK) ali z gibljivim kontaktom (TPK).

Natančnost odčitkov termometra je odvisna od pravilne namestitve. Najpomembnejša zahteva pri vgradnji je zagotoviti čim ugodnejše pogoje za dotok toplote iz merjenega medija v termocilinder in čim manjši odvod toplote od preostalega dela termometra v zunanje okolje. Večinoma so termometri nameščeni v zaščitnem okvirju.

Za nadzor ogrevanja električne opreme se uporabljajo štiri merilne metode: metoda termometra, metoda upora, metoda termoelementa in metoda infrardečega sevanja.

metoda termometra Uporablja se za merjenje temperature dostopnih površin. Uporabite živosrebrne, alkoholne in toluenske steklene termometre, potopljene v posebne tulce, hermetično vgrajene v pokrove in ohišja opreme. Živosrebrni termometri imajo večjo natančnost, vendar niso priporočljivi za uporabo v elektromagnetnih poljih zaradi velike napake, ki jo prinaša dodatno segrevanje živega srebra z vrtinčnimi tokovi.

Če je treba merilni signal prenesti na razdaljo več metrov (na primer od izmenjevalnika toplote v pokrovu transformatorja do nivoja 2 ... 3 m od tal), se uporabljajo termometri manometričnega tipa, npr. , temperaturni alarmi TSM-10. Naprava je sestavljena iz termocilindra in votle cevi, ki povezuje balon z vzmetjo kazalnega dela naprave. Naprava je napolnjena s tekočim metilom in njegovimi hlapi. Ko se izmerjena temperatura spremeni, se spremeni parni tlak metil klorida, ki se prenaša na puščico naprave. Prednost manometričnih instrumentov je njihova vibracijska stabilnost.

Odporna metoda temelji na upoštevanju spremembe vrednosti upora kovinskega prevodnika glede na njegovo temperaturo.

Za močne transformatorje in sinhronske kompenzatorje se uporabljajo termometri z indikatorjem manometričnega tipa. Splošni pogled (a) in shemo ožičenja (b) Takšen termometer je prikazan na sl. 3.1. Odvisno od temperature deluje tekočina, ki polni merilno sondo naprave, preko povezovalne kapilarne cevke in sistema vzvodov na kazalec kazalca.

riž. 3.1. Daljinski elektrotermometer manometrični tip: a - splošni obrazec; b - stikalno vezje; 1 in 2 - signalni kontakti; 3 - rele

V takem termometru imajo puščice kazalca kontakte 1 in 2 za signalizacijo temperature, ki jo nastavi napeljava. Ko so kontakti zaprti, se aktivira ustrezni rele. 3 v signalni shemi. Za merjenje temperature na posameznih točkah sinhronskih kompenzatorjev (v utorih za merjenje jekla, med palicami navitij za merjenje temperature navitij in drugih točkah) so nameščeni termistorji. Upornost uporov je odvisna od temperature segrevanja na merilnih mestih. Termistorji so izdelani iz platinske ali bakrene žice, njihovi upornosti so kalibrirani pri določenih temperaturah (pri temperaturi 0 ° C za platino je upornost 46 ohmov, za baker - 53 ohmov; pri temperaturi 100 ° C za

platina - 64 ohmov, za baker - 75,5 ohmov).

riž. 3.2. Shema za merjenje temperatur s pomočjo termistorja

Takšen termistor R4 je vključen v ramo mostu, sestavljen iz uporov (slika 3.2). Na eno od diagonal mostu je priključen vir energije, na drugo pa merilna naprava. Upori R1 ... R4 v krakih mostu so izbrani tako, da je pri nazivni temperaturi most v ravnovesju in v vezju naprave ni toka. Ko temperatura odstopa v kateri koli smeri od nominalne, se spremeni upor termistorja R4, poruši se ravnotežje mostu in puščica naprave odstopa, kar kaže temperaturo izmerjene točke. Prenosna naprava temelji na istem principu (slika 3.3). Pred merjenjem mora biti kazalec instrumenta v ničelnem položaju.

riž. 3.3. Elektrotermometer (prenosni) za nadzor segrevanja kontaktnih povezav:

a - splošni obrazec; b - shema; 1 - spojka za povezavo z izolacijsko palico;

2 - mikroampermeter; 3 - nastavljiv upor (R5); 4-

termistor (RT); 5 - nadzor; 6 - merjenje; P - stikalo za dva

določbe; K - gumb za dovod napetosti v vezje

Za to se napajanje napaja s tipko K, stikalo P je nastavljeno na položaj 5, puščica naprave pa je nastavljena na nič s spremenljivim uporom R5. Nato se stikalo P premakne v položaj 6 (meritev).

Temperaturo kontaktov izmerimo tako, da se glava senzorja dotakne kontaktne površine in pritisne palico na glavo elektrotermometra (ob pritisku se tipka K zapre in tokokrog se napaja). Po 20 ... 30 s se izmerjena vrednost kontaktne temperature odčita s skale naprave.

Sredstva za daljinsko merjenje temperature navitja in jekla statorja generatorjev, sinhronskih kompenzatorjev, temperature hladilnega zraka, vodika so uporovni termometri, pri katerih se uporablja tudi odvisnost upora prevodnika od temperature. Izvedbe uporovnih termometrov so različne. V večini primerov je to bifilarna tanka bakrena žica, navita na ravno izolacijsko ogrodje, ki ima vhodni upor 53 ohmov pri temperaturi 0 ° C.

Kot merilni del, ki deluje v povezavi z uporovnimi termometri, se uporabljajo avtomatski elektronski mostovi in ​​logometri, opremljeni s temperaturno skalo.

Tabela 3.3 Tehnične značilnosti pirometrov in termovizij

Znamka naprave	Nadzorovano temperaturno območje, °С	Največja razdalja do nadzorovanega predmeta, m	Merilna napaka, %	Indikator pogleda		Napajalna napetost, V
Termovizijska kamera "Intex"
Termovizijski nadzorni sistemi:
"Irtis-2000"

Tabela 3.4

Hladilni medij in krmiljenje statorja, ležajev, tesnil rotorja v generatorjih TVF in TVV

Elementi	Število senzorjev turbogeneratorja
turbogenerator
Stator: navitje
aktivno jeklo
Hladilni plin:
hladno
ogrevan
Destilat v navitju statorja:
na izhodu
Voda v hladilnikih in izmenjevalnikih toplote:
hladno
ogrevan
Ležaji in tesnila:
obloge
prihajajoče olje
izhodno olje

Vgradnja uporovnih termometrov v stator stroja se izvede med njegovo izdelavo v tovarni. Bakreni uporovni termometri so nameščeni med navijalnimi palicami in na dnu utora.

Metoda termoelementa temelji na uporabi termoelektričnega učinka, tj. odvisnosti EMF v vezju od temperature priključnih točk dveh različnih prevodnikov, na primer: baker-konstantan, kromel-kopel itd. Če izmerjena temperatura ne ne presega 100 ... 120 ° C, potem med termoEMF in temperaturno razliko med ogrevanim in hladnim koncem termoelementa obstaja sorazmerno razmerje.

Termočleni so povezani z merilnimi instrumenti kompenzacijskega tipa, enosmernimi potenciometri in avtomatskimi potenciometri, ki so predkalibrirani. S pomočjo termočlenov se merijo temperature strukturnih elementov turbogeneratorjev, hladilnega plina, aktivnih delov, kot je aktivno statorsko jeklo.

Infrardeča metoda Je osnova naprav, ki delujejo z uporabo fiksacije infrardečega sevanja, ki ga oddajajo segrete površine. Sem spadajo pirometri, ki se uporabljajo za merjenje temperatur segretih teles (tabela 3.3).

V tabeli. 3.4 prikazuje elemente turbogeneratorjev serije TVF in TVV ter hladilni medij, katerega temperatura se meri z navedenimi sredstvi za termično regulacijo.

Poleg temperature na servisirani opremi kontrolirajo tudi tlak vodika, skupni pretok in tlak destilata v statorskem navitju, pretok in tlak vode v hladilnikih in toplotnih izmenjevalnikih, saj temperaturo elementov statorja in rotorja merijo. neposredno odvisna od parametrov hladilnih sredstev.

Nabor tehnik za uporabo principov in sredstev spreminjanja

renij predstavlja merilno metodo. Različne metode merjenja

razlikujejo predvsem v organizaciji primerjave izmerjene vrednosti

rangira z mersko enoto. S tega vidika vse metode merjenja

po GOST 16263-70 so razdeljeni v dve skupini:

neposredne metode ocenjevanja in primerjalne metode. Primerjalne metode

Definicije pa vključujejo metodo nasprotovanja,

diferencialna metoda, ničelna metoda, substitucijska metoda in metoda

tekme.

Z metodo neposrednega ocenjevanja vrednost izmerjene

maske določa neposredno odčitavalna naprava

direktno delujoči propeler ( merilno napravo, v do-

Torus zagotavlja eno ali več transformacij signala

merjenje informacij v eno smer, tj. brez povratka

povezave). Vse kaže (puščica)

instrumenti (voltmetri, ampermetri, vatmetri, števci električne energije,

energije, termometri, tahometri itd.). Opozoriti je treba, da

pri uporabi te metode merjenja je mera kot realna

reprodukcija merske enote praviloma neposredno v

ni vključen v postopek merjenja. Primerjava izmerjene vrednosti z

merske enote se izvede posredno s predhodnim

kalibracijo merilnega instrumenta z uporabo zglednih mer oz

zgledni merilni instrumenti. 22

Natančnost meritev po metodi neposredne ocene bolečine

V večini primerov je majhen in omejen z natančnostjo uporabljenega

merilni instrumenti.

Metoda primerjanja z merilom je metoda merjenja, pri kateri

rum, se izmerjena vrednost primerja s prikazano vrednostjo

ukrep. Primeri te metode: merjenje mase na tehtnici z

uravnoteženje teže; Merjenje enosmerne napetosti

na kompenzatorju v primerjavi z EMF normalnega elementa.

Metoda primerjanja z merilom, pri kateri se izmerjena vrednost in

maska, reproducirana z ukrepom, hkrati vpliva na

primerjalni bor, s pomočjo katerega se ugotovi razmerje

med tema količinama se imenuje metoda nasprotja.

To je na primer merjenje mase na tehtnici z njeno postavitvijo

in uravnoteženje uteži na dveh tehtnicah z znanim razmerjem

ramena ravnotežne ročice. V tem primeru z visokokakovostno izvedbo

primerjalna naprava (nizko trenje v nosilcih, stabilnost razmerja

ročice itd.) je mogoče doseči visoko natančnost

meritve (primer - analitična tehtnica).

Diferencialna metoda je metoda primerjave z mero, pri kateri

torus, na merilno napravo vpliva razlika med izmerjenimi

količino in znano količino, ki jo poustvari mera. Ta metoda

vam omogoča, da dobite merilne rezultate z visoko natančnostjo

v primeru uporabe relativno netočnih merilnih instrumentov

jarek, če je znana vrednost reproducirana z veliko natančnostjo.

Razmislite o naslednjem primeru. Treba je izmeriti konstanto

napetost, katere prava vrednost je Ux = 99,0 V.

Eksperimentator ima na voljo set voltmetrov (oz

en multilimit) z merilnimi mejami 0,01; 0,1; 1 V. Let

napaka vsakega voltmetra pri merjenju količine, vrednosti

kar je enako meji merjenja je 1 %. Pretvarjajmo se, da

obstaja tudi zgledna mera napetosti U0 \u003d 1V, napaka

kar je zanemarljivo. Očitno je, da meritve

metoda neposrednega vrednotenja eksperimentator uporablja volt-

merilnik z merilno mejo 1 V in prejme merilni rezultat z

z napako 1%. Z diferencialno metodo merjenja poskusa

mentor vklopi vire izmerjene enosmerne napetosti

Ux in referenčna napetost U0 v seriji in števcu ter sprememba

z voltmetrom z mejo merjenja določi njihovo razliko U0 −Ux = 01,0 V

0,01 V. V tem primeru bo razlika U0 -Ux izmerjena z napako

1%, zato bo vrednost napetosti določena z

z napako 0,01 %. 23

Ta metoda se pogosto uporablja, zlasti pri preverjanju

merilni instrumenti (na primer merilni tokovni transformatorji in

napetost). Temelji na delu zelo običajnih elektronskih

tromerna tehnika mostov enosmernega in izmeničnega toka.

Učinek povečanja natančnosti merilnih rezultatov, dosežen

pri diferencialni metodi se izkaže za več

čim bližje je vrednost mere pravi vrednosti izmerjene vrednosti

nas. V primeru, ko nastali učinek vpliva količin

na primerjalni napravi je na nič, diferencialna metoda spremembe

renij postane nič. Očitno je v ničelni metodi sprememba

renija, mora biti uporabljena mera spremenljiva (nastavljiva) in

primerjalnik opravlja funkcije indikatorja enakosti na nič

posledični vpliv izmerjene količine in mere.

Ničelna metoda omogoča doseganje visoke merilne natančnosti

in se pogosto uporablja na primer pri merjenju električne energije

upor mostu s popolnim uravnoteženjem ali konstanto

napetost z enosmernim kompenzatorjem.

Substitucijska metoda je metoda primerjave z mero, pri kateri

izmerjena vrednost se nadomesti z znano vrednostjo, ki se ponovi

sprejet ukrep. To je na primer tehtanje z nadomestnim

tehtanje izmerjene mase in uteži na isti tehtnici. Metoda

substitucijo lahko obravnavamo kot neke vrste diferencial

ali ničelna metoda, označena s tem, da se primerjava spremeni

izmerjene vrednosti z merilom izvedemo ob različnih časih.

Metoda ujemanja je metoda primerjave z mero, pri kateri

razlika med izmerjeno vrednostjo in ponovljivo vrednostjo

meriti, meriti s sovpadanjem oznak lestvice ali periodično

nebesni signali. Primeri te metode so meritve dolžine z

z uporabo merilnega merila z nonijusom merite vrtilno hitrost

stroboskop.

Zgoraj opisane razlike v metodah primerjave izmerjene vrednosti

maske z mero se odražajo v principih gradnje

merilni instrumenti.

S tega vidika so merilni instrumenti neposrednega

dejanj in pripomočkov za primerjavo. V neposredni merilni napravi

dejanje je zagotovljena ena ali več transformacij signala

merjenje informacij v eno smer, tj. brez aplikacije

povratne informacije. Tako je na primer na sl. 1.3 prikazuje strukturo električnega

tronski voltmeter izmeničnega in enosmernega toka, ki vsebuje

živi usmernik V, enosmerni ojačevalnik UPT in mer

ny mehanizem MI. V tej napravi se meri pretvorba signala

informacije tečejo samo v eno smer. 24

Značilna lastnost naprav z neposrednim delovanjem je

poraba energije iz merilnega objekta. Vendar to ne izključuje

možnost uporabe direktno delujočih merilnih instrumentov,

na primer električni upor ali kapacitivnost, ampak za to

uporabiti je treba pomožni vir energije.

Merilna naprava za primerjavo je namenjena neposrednemu

veno primerjavo izmerjene vrednosti z vrednostjo, katere vrednost

roj je znan.

Slika 1.4 prikazuje blokovni diagram avtomatike

primerjalna naprava, ki vsebuje primerjalno napravo US, napravo

CU krmiljenje in variabilna (nastavljiva) mera M z referenco

napravo.

Podata se izmerjena vrednost x in homogena vrednost x0

na vhode ameriške primerjalne naprave. Vrednost x0 dobimo iz uredbe

izmerite M. Odvisno od rezultata primerjave x z x0 se naprava

Krmilni element CU deluje na mero M tako, da

velikost

x − x zmanjšal. Postopek uravnoteženja se konča

ko je x = x

V tem primeru se šteje vrednost izmerjene vrednosti

vaetsya na lestvici nastavljive mere. Če primerjalno napravo

obstaja odštevanje vrednosti x in x0, nato pa v tej napravi izvaja

primerjava izmerjene vrednosti z meritvijo po ničelni metodi.

Očitno je, da mora vsak merilni instrument za primerjavo

imajo povratno zanko in zaprto strukturo. Povratne informacije

se lahko uporablja tudi v napravah z neposrednim delovanjem, vendar v njih

vedno ne zajema celotnega procesa preobrazbe, ampak le njegov del.

Na primer, v blokovnem diagramu na sl. 1.3 DC ojačevalnik

lahko pokrije povratna informacija. V merilnih instrumentih

primerjavo v povratnem vezju vedno tvori fizična

vrednost, ki je homogena z izmerjeno, ki se dovaja na vhod naprave.

Opozoriti je treba, da primerjava izmerjene vrednosti z mero v

primerjalne naprave se lahko izvajajo bodisi sočasno (nič-

metoda tuljenja) ali ob različnih časih (metoda zamenjave).

riž. 1.3. Strukturna shema

naprava za neposredno delovanje

riž. 1.4. Strukturna shema

primerjalna naprava25

Tako je zgornja razvrstitev vrst in metod

meritev omogoča ne le sistematizacijo različnih meritev

renija različnih fizikalnih količin in s tem olajša pod-

premakniti k reševanju specifičnega merilnega problema, ampak tudi s splošnega položaja

pristopiti k obravnavi struktur in principov delovanja različnih

ny merilni instrumenti.

Glede na vrsto predmeta nadzora lahko obstaja nadzor

izdelki, storitve, sistemi kakovosti (proizvodnja) in kadri. Vse

predmeti se nadzorujejo glede skladnosti z zahtevami uveljavljenih standardov

za surovine, materiale, izdelke, opremo in orodja.

Ena najpomembnejših lastnosti nadzornih objektov je njihova

preizkušljivost, tj. lastnina oblikovanja izdelka, zagotavljanje

ki zagotavlja možnost, udobje in zanesljivost njegovega nadzora pri izdelavi

proizvodnja, testiranje, vzdrževanje in popravilo.

Poleg imenovanih predmetov so predmet nadzora elementi

sistemi kakovosti in stopnje proizvodnega procesa. Kontrola po

vsaka operacija na stroju, stiskalnici, sestavi se imenuje operativna

nym. Po izdelavi dela, sklopa ali izdelka kot končnega izdelka

izdelki uporabljajo prevzemno kontrolo: kontrola se izvaja

popolnost, pakiranje in transport ter končno nadzor

shranjevanje. Kateri parametri so predmet nadzora in katera orodja

glasnost ali napravo nadzira objekt med operativnim nadzorom

le, je urejeno s karto tehnološkega procesa v stolpcu »kon-

troll operacija. Prevzemna kontrola se izvaja po normativu

tehnično dokumentacijo (NTD), splošne specifikacije in

ustrezne tehnične pogoje.

Preverjanje skladnosti značilnosti, načinov in drugih indikacij

imenovanih stopenj proizvodnje in je bistvo nadzora

moje operacije.

Nadzor predmetov ali stopenj proizvodnega procesa lahko

- nestanoviten - obdobje njegovega izvajanja ni urejeno;

- periodično - izvaja se po določenem intervalu

čas (ure, dnevi, meseci);

− kontinuirano – poteka neprekinjeno (trajno).

Glede na sredstva nadzora ločimo nadzor:

- vizualni - ko je predmet nadzora podvržen pregledu in

ugotavlja se njegova skladnost z zahtevami NTD (ali so vse operacije

izpolnjeno, razpoložljivost oznak, spremna dokumentacija); 26

− organoleptično - subjektivna metoda kontrole, izvedena

moj strokovnjak-strokovnjaki (ocena v točkah);

- instrumentalno - nadzor, ki se izvaja s pomočjo

merilno orodje, kalibri, naprave, stojala, test

karoserijski stroji itd.

Zadnja vrsta krmiljenja je lahko ročna, avtomatizirana

nym in avtomatsko. Ročno krmiljenje uporablja ročno

merilni instrumenti (kalibri, mikrometri, merila,

nosilci, indikatorji itd.) za preverjanje delov in izdelkov. The

nadzor je zelo subjektiven: tudi pri neprekinjenem ročnem nadzoru

najdemo le 2 ... 4% okvarjenih delov. Avtomatsko-

ny nadzor je povezan z uporabo posebnih orodij, ki omogočajo

ki izključujejo subjektivnost pri merjenju. Najbolj napreden

sive je avtomatsko krmiljenje, tj. v izdelavi

deli in sklopi, vgrajeni so avtomatski krmilniki, z

ki zagotavljajo stalno spremljanje.

Glede na obseg proizvodnje ločimo nadzor:

- kontinuirano, pri katerem je odločitev o kakovosti kontrolirana

izdelki so sprejeti na podlagi rezultatov preverjanja posamezne enote

izdelki;

- selektivni, pri katerem se o kakovosti odloča po

rezultate preverjanja enega ali več vzorcev (odvisno od

iz zahtev RTD) iz serije ali toka izdelka.

Po naravi vpliva na potek proizvodnega procesa

Razlikovati med aktivnim in pasivnim nadzorom. Z aktivnim nadzorom

(izvaja se z napravami, vgrajenimi v tehnološko opremo

ruda) dobljeni rezultati se uporabljajo za neprekinjeno

vodenje proizvodnega procesa. Pasivni nadzor

le fiksira dobljeni rezultat in je osnova za

razrez izdelka.

Po naravi vpliva na predmet se nadzor lahko uniči

odločilna, pri kateri izdelki postanejo neprimerni za nadaljnjo

predvideno uporabo in nedestruktivno.

Glede na vrsto parametrov, ki se preverjajo, ločimo kontrolo geometrije

kalnih parametrov (linearne, kotne dimenzije, oblika in lokacija

površine, osi, deli, komponente in sklopi itd.), fizič

lastnosti (električne, toplotne, optične itd.), mehanske

lastnosti (trdnost, trdota, duktilnost pri različnih

zunanji pogoji), mikro- in makrostrukture (metalografske

raziskave), kemijske lastnosti (kemijska analiza sestave

lastnosti, kemična odpornost v različnih okoljih), kot tudi posebna

nadzor (svetloba, plinoprepustnost, tesnost). 27

Za določitev temperaturne vrednosti telesa je treba izbrati temperaturni standard, to je telo, ki bi imelo pod določenimi pogoji, ravnotežno in dokaj lahko ponovljivo, določeno temperaturno vrednost. Ta temperaturna vrednost je referenčna točka ustrezne temperaturne lestvice - urejenega zaporedja temperaturnih vrednosti, ki vam omogoča kvantificiranje temperature določenega telesa. Temperaturna lestvica vam omogoča, da posredno določite temperaturo telesa z neposrednim merjenjem katerega koli od njegovih fizikalnih parametrov, ki so odvisni od temperature.

Lastnosti vode se najpogosteje uporabljajo pri pridobivanju temperaturne lestvice. Tališča ledu in vrelišče vode pri normalnem atmosferskem tlaku sta izbrani kot referenčni točki v sodobnih (vendar ne nujno izvirnih) temperaturnih lestvicah, ki so jih predlagali Anders Celsius (1701 - 1744), Rene Antoine Ferchot Réaumur (1683 - 1757), Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 - 1736). Slednji je ustvaril prve uporabne alkoholne in živosrebrne termometre, ki se še danes pogosto uporabljajo. Réaumurjeva in Fahrenheitova temperaturna lestvica se trenutno uporabljata v ZDA, Veliki Britaniji in nekaterih drugih državah.

Celzijeva temperaturna lestvica, uvedena leta 1742, ki je predlagala temperaturni interval med temperaturama talečega se ledu in vrele vode pri normalnem tlaku (1 atm ali 101.325 Pa), razdeljen na sto enakih delov (stopinj Celzija), se danes pogosto uporablja, čeprav v prečiščena oblika, ko je ena stopinja Celzija enaka enemu kelvinu (glej spodaj). V tem primeru je temperatura taljenja ledu enaka 0 oC, vrelišče vode pa postane približno enako 99,975 oC. Nastali popravki praviloma niso bistveni, saj večina uporabljenih alkoholnih, živosrebrnih in elektronskih termometrov nima zadostne natančnosti (saj to običajno ni potrebno). To omogoča, da zanemarimo te zelo majhne popravke.

Po uvedbi mednarodnega sistema enot (SI) se priporoča uporaba dveh temperaturnih lestvic. Prva lestvica je termodinamična, ki ni odvisna od lastnosti uporabljene snovi (delovne tekočine) in jo uvedemo preko Carnotovega cikla. Ta temperaturna lestvica je podrobno obravnavana v tretjem poglavju. Opozorimo le, da je enota za temperaturo v tej temperaturni lestvici en kelvin (1 K), ena od sedmih osnovnih enot v sistemu SI. Ta enota je dobila ime po angleškem fiziku Williamu Thomsonu (Lord Kelvin) (1824 - 1907), ki je razvil to lestvico in ohranil vrednost temperaturne enote enako kot v temperaturni lestvici Celzija. Druga priporočena temperaturna lestvica je mednarodna praktična. Ta lestvica ima 11 referenčnih točk - temperature faznega prehoda številnih čistih snovi, vrednosti teh temperaturnih točk pa se nenehno posodabljajo. Tudi enota za temperaturo v mednarodni praktični lestvici je 1 K.

Trenutno je glavna referenčna točka termodinamične lestvice in mednarodne praktične temperaturne lestvice trojna točka vode. Ta točka ustreza strogo določenim vrednostim temperature in tlaka, pri katerih lahko voda hkrati obstaja v trdnem, tekočem in plinastem stanju. Poleg tega, če je stanje termodinamičnega sistema določeno samo z vrednostmi temperature in tlaka, potem lahko obstaja samo ena trojna točka. V sistemu SI se šteje, da je temperatura trojne točke vode 273,16 K pri tlaku 609 Pa.

Poleg nastavitve referenčnih točk, določenih s temperaturnim etalonom, je treba izbrati termodinamično lastnost telesa, ki jo opisuje fizikalna veličina, katere sprememba je znak spremembe temperature ali termometrični znak. Ta lastnost bi morala biti precej enostavno ponovljiva, fizična količina pa bi morala biti zlahka merljiva. Merjenje določene fizikalne količine omogoča pridobitev nabora temperaturnih točk (in njihovih ustreznih temperaturnih vrednosti), ki so vmesne glede na referenčne točke.

Telo, s pomočjo merjenja termometričnega znaka, katerega temperaturo merimo, imenujemo termometrično telo.

Termometrični znaki so lahko spremembe: prostornina plina ali tekočine, električni upor teles, razlika v električnem potencialu na meji med dvema prevodnima telesoma itd. Naprave za merjenje temperature (termometri), ki ustrezajo tem značilnostim, bodo: plinski in živosrebrni termometri, termometri, ki uporabljajo toplotni upor ali termočlen kot senzor.

Če termometrično telo (senzor termometra) spravimo v stanje toplotnega stika s telesom, katerega temperaturo je treba izmeriti, lahko na podlagi ničelnega zakona termodinamike trdimo, da bodo po času, ki je dovolj za vzpostavitev termodinamičnega ravnovesja, njihove temperature postati enakovredni. To vam omogoča, da telesu dodelite enako vrednost temperature, kot jo prikazuje termometer.

Druga metoda za merjenje temperature se izvaja v pirometrih - napravah za merjenje svetlobne temperature teles z intenzivnostjo njihovega toplotnega sevanja. V tem primeru je doseženo ravnotežno stanje termodinamičnega sistema, ki ga sestavljata sam pirometer in toplotno sevanje, ki ga sprejema. Ta pojav je podrobneje obravnavan v delu predmeta, ki je posvečen kvantnim lastnostim ravnotežnega toplotnega sevanja. Zdaj bomo samo omenili, da se optična pirometrija (brezkontaktne metode merjenja temperatur) uporablja v metalurgiji za merjenje temperature taline in valjanih izdelkov, v laboratorijskih in industrijskih procesih, kjer je potrebno meriti temperaturo segretih plinov, pa tudi v študijah plazme.

Prvi termometer je izumil Galileo Galilei (1564 - 1642) in je bil plinski termometer.

Plinski termometer s konstantno prostornino je sestavljen iz termometričnega telesa - dela plina, zaprtega v posodi, ki je s cevjo povezana z manometrom. Izmerjena fizikalna količina (termometrični znak), ki omogoča določanje temperature, je tlak plina pri določeni fiksni prostornini. Konstantnost volumna se doseže tako, da se z navpičnim premikanjem leve cevi nivo v desni cevi manometra spravi na isto vrednost (referenčna oznaka) in v tem trenutku razlika v višini nivojev tekočine v manometru se meri. Z upoštevanjem različnih popravkov (na primer toplotnega raztezanja steklenih delov termometra, adsorpcije plina itd.) je mogoče doseči natančnost merjenja temperature s plinskim termometrom s konstantno prostornino, ki je enaka eni tisočinki kelvina.

Plinski termometri imajo to prednost, da temperatura, določena z njihovo pomočjo, pri nizkih gostotah plina ni odvisna od narave uporabljenega plina, lestvica plinskega termometra pa dobro sovpada z absolutno temperaturno lestvico (o njej bomo podrobneje razpravljali spodaj). V drugem poglavju bomo podrobneje opisali idealni plinski termometer, ki določa absolutno temperaturno lestvico.

Plinski termometri se uporabljajo za kalibracijo drugih vrst termometrov, na primer termometrov za tekočine. V praksi so bolj priročni, vendar je lestvica tekočega termometra, kalibriranega za plin, praviloma neenakomerna. To je posledica dejstva, da je gostota tekočin nelinearno odvisna od njihove temperature.

Tekočinski termometer je najpogosteje uporabljen termometer v vsakdanjem življenju, ki temelji na spremembi volumna tekočine ob spremembi njene temperature. V živosrebrnem steklenem termometru je termometrično telo živo srebro, ki je v stekleni posodi s kapilaro. Termometrična značilnost je razdalja od živosrebrnega meniskusa v kapilari do poljubne fiksne točke. Živosrebrni termometri se uporabljajo v temperaturnem območju od -35 oC do nekaj sto stopinj Celzija. Pri visokih temperaturah (nad 300 oC) se v kapilaro črpa dušik (tlak do 100 atm ali 107 Pa), ki preprečuje vrenje živega srebra. Uporaba talija namesto živega srebra v tekočinskem termometru omogoča bistveno znižanje spodnje meje merjenja temperature na -59 oC.

Druge vrste običajnih tekočinskih termometrov so alkoholni (od -80 oC do +80 oC) in pentanski (od -200 oC do +35 oC). Upoštevajte, da vode ni mogoče uporabiti kot termometrično telo v tekočem termometru: prostornina vode najprej pada s povišanjem temperature, nato pa raste, zaradi česar je nemogoče uporabiti prostornino vode kot termometrično značilnost.

Z razvojem merilne tehnike so postali najbolj priročni tehnični tipi termometrov tisti, pri katerih je termometrična lastnost električni signal. To so toplotni upor (kovinski in polprevodniški) in termočleni.

Pri kovinskem uporovnem termometru merjenje temperature temelji na pojavu povečanja upora kovine z naraščajočo temperaturo. Za večino kovin blizu sobne temperature je ta odvisnost blizu linearne, za čiste kovine pa ima relativna sprememba njihove upornosti s povečanjem temperature za 1 K (temperaturni koeficient upora) vrednost blizu 4 * 10-3 1 /K. Termometrični znak je električni upor termometričnega telesa - kovinske žice. Najpogosteje se uporablja platinasta žica, pa tudi bakrena žica ali njihove različne zlitine. Obseg uporabe takšnih termometrov je od temperatur vodika (~20 K) do sto stopinj Celzija. Pri nizkih temperaturah v kovinskih termometrih postane odvisnost upora od temperature bistveno nelinearna in termometer zahteva skrbno kalibracijo.

V polprevodniškem uporovnem termometru (termistorju) merjenje temperature temelji na pojavu zmanjšanja upora polprevodnikov z naraščajočo temperaturo. Ker lahko temperaturni koeficient upora polprevodnikov v absolutni vrednosti znatno preseže ustrezen koeficient kovin, lahko občutljivost takšnih termometrov znatno preseže občutljivost kovinskih termometrov.

Posebej izdelani polprevodniški toplotni upori se lahko uporabljajo pri nizkih (helijevih) temperaturah reda več kelvinov. Vendar se je treba zavedati, da se pri običajnih polprevodniških uporih pojavijo napake zaradi izpostavljenosti nizkim temperaturam. To vodi do poslabšanja obnovljivosti merilnih rezultatov in zahteva uporabo posebej izbranih polprevodniških materialov v toplotnih uporih.

Drug princip merjenja temperature se izvaja v termočlenih. Termočlen je električni tokokrog, spajkan iz dveh različnih kovinskih vodnikov, od katerih je en spoj pri izmerjeni temperaturi (merilni spoj), drugi (prosti spoj) pa pri znani temperaturi, na primer pri sobni temperaturi. Zaradi temperaturne razlike stikov nastane elektromotorna sila (termo-EMF), katere merjenje omogoča določitev temperaturne razlike spojev in posledično temperature merilnega spoja.

V takem termometru je termometrično telo stičišče dveh kovin, termometrična značilnost pa je termo-emf, ki se pojavi v vezju. Občutljivost termočlenov se giblje od enot do stotin μV/K, razpon izmerjenih temperatur pa je od nekaj deset kelvinov (temperatura tekočega dušika) do tisoč in pol stopinj Celzija. Za visoke temperature se uporabljajo termoelementi iz plemenitih kovin. Največjo uporabo so našli termoelementi, ki temeljijo na stičiščih naslednjih materialov: baker-konstantan, železo-konstantan, kromel-alumel, platina-rodij-platina.

Upoštevati je treba, da lahko termočlen meri samo temperaturno razliko med merilnim in prostim spojem. Prosti spoj je običajno pri sobni temperaturi. Zato je za merjenje temperature s termoelementom potrebna uporaba dodatnega termometra za sobno temperaturo ali kompenzacijskega sistema prostega spoja.

V radijski tehniki se pogosto uporablja koncept hrupne temperature, ki je enaka temperaturi, na katero je treba segreti upor, usklajen z vhodnim uporom elektronske naprave, tako da sta toplotni šumni moči te naprave in upora enaki v določen frekvenčni pas. Možnost uvedbe takšnega koncepta je posledica sorazmernosti povprečne moči hrupa (povprečnega kvadrata napetosti hrupa na električnem uporu) z absolutno temperaturo upora. To omogoča, da se napetost hrupa uporabi kot termometrična značilnost za merjenje temperature. Šumni termometri se uporabljajo za merjenje nizkih temperatur (pod nekaj kelvini), pa tudi v radioastronomiji za merjenje radiacijske (svetlostne) temperature vesoljskih teles.