Файл: Методические указания по выполнению курсового проекта по профессиональному модулю.docx

Понятие о температуре и температурных шкалах

1. 
   Международная температурная шкала
   

После нескольких лет подготовки и предварительных временных решений в 1933 году VIII Генеральная конференция мер и весов приняла решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ). Это решение было в законодательном порядке утверждено большинством развитых стран мира. В СССР Международная температурная шкала (МТШ) была введена с 1 октября 1934 г. (Общесоюзный стандарт ОСТ ВКС 6954).международная температурная шкала является практическим осуществлением термодинамической стоградусной температурной шкалы, у которой температура плавления льда и температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении соответственно-обозначены через 0° и 100°.

Основные постоянные точки МТШ и присвоенные им числовые значения температур при нормальном атмосферном давлении приведены в таблице 2.1:

Таблица 2.1.

Числовые значения основных постоянных точек МТШ

Температура равновесия	Постоянные точки МТШ	Значение темпе- ратуры, оС
между жидким и газообраз- ным кислородом	точка кипения кислорода	- 182,96°
между льдом и водой, насы- щенной воздухом	точка плавления льда	0.000°
между жидкой водой и ее паром	точка кипения воды	100,000°
между жидкой серой и ее паром	точка кипения серы	414,60°
между твердым и жидким серебром	точка затвердевания серебра	961.93°
между твердым и жидким золотом	точка затвердевания золота	1064,43°

Для определения значения температуры какого-либо тела необходимо выбрать эталон температуры, то есть тело, которое при определённых условиях, равновесных и достаточно легко воспроизводимых, имело бы определённое значение температуры, которое называют

---

реперной точкой соответствующей шкалы температур. Наиболее часто при получении шкалы температур используются свойства воды.

После введения Международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы.

Первая - термодинамическая шкала, которая не зависит от свойств используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К). Название дано в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина) (1824-1907), который разрабатывая эту шкалу сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия.

Вторая рекомендованная температурная шкала - международная практическая (см. табл.2.2).
Таблица 2.2

Международная температурная шкала

Состояние равновесия	Присвоенное значение температуры
	междунар.	практич.
	Т, К	T,оС
Тройная точка водорода	13,81	-259,34
Равновесие между жидкой и газообразной фазами во- дорода при давлении 33330,6 Па (25/76 норм. атмосфе- ры)	17,042	-256,108
Точка кипения водорода	20,28	-252,87
Точка кипения неона	27,102	-246,-48
Тройная точка кислорода	54,361	-218,789
Точка кипения кислорода	90,188	-182,962
Тройная точка воды	273,16	0,01
Точка кипения воды	373,16	100
Точка затвердевания цинка	692,73	419,58
Точка затвердевания серебра	1235,08	961,93
Точка затвердевания золота	1337,58	1064,43

Эта шкала имеет 11 реперных точек - температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К.

---

В настоящее время основной реперной точкой, как термодинамической шкалы, так и международной практической шкалы температур является тройная точка воды.

Эта точка соответствует строго определенным значениям температуры и давления, при которых вода может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. При- чем, если состояние термодинамической системы определяется только значениями температуры и давления, то тройная точка может быть только одна. В системе СИ температура тройной точки воды принята равной 273,16 К при давлении 609 Па.

По мере развития техники температурных измерений ис- пользовались различные температурные шкалы: МТШ-27, МПТШ- 68, МТШ-90 (цифры указывают год международного принятия шка лы).

Международная температурная шкала МПТШ-90 охватывает диапазон от 0,65 К до наивысшей температуры, доступной измере- нию для монохроматического излучения в соответствии с законом Планка. Она представлена рядом диапазонов, содержащих реперные точки, внутри которых используются определенные типы термомет- ров.

2. 
   Методы и средства измерения температуры
   

Температура - один из важнейших параметров технологических процессов. Она обладает некоторыми принципиальными особенностями, что обусловливает необходимость применения большого количества методов и технических средств для ее измерения.

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела, которая может быть определена как параметр теплового состояния. Значение этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул данного тела. При соприкосновении двух тел, например газообразных, переход тепла от одного тела к другому будет происходить до тех пор, пока значения средней кинетической энергии поступательного движения молекул этих тел не будут равны.

С изменением средней кинетической энергии движения молекул тела изменяется степень его нагретости, а вместе с тем изменяются также физические свойства тела.

Термометр - это прибор, применяемый для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред, использующих раз- личные термометрические свойства.

---

Термометрическими признаками могут быть изменения:

• 
  объёма газа или жидкости,
  
• 
  электрического сопротивления тел,
  
• 
  разности электрического потенциала на границе раздела двух проводящих тел и т.д.
  

Соответствующие этим признакам приборы для измерения температуры (термометры) будут: газовый и ртутный термометры, термометры, использующие в качестве датчика термосопротивление или термопару.

По принципу действия все термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:

1. 
   Термометры расширения от - 260 до +700 °С, основанные на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры.
   
2. 
   Манометрические термометры от - 200 до +600 °С, измеряющие температуру по зависимости давления жидкости, пара или газа в замкнутом объеме от изменения температуры.
   

3. 
   Термометры электрического сопротивления стандартные от —270 до +750 °С, преобразующие изменение температуры в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников.
   
4. 
   Термоэлектрические термометры (или пирометры), стандартные от —50 до +1800 °С, в основе преобразования которых лежит зависимость значения электродвижущей силы от температуры спая разнородных проводников.
   
5. 
   Пирометры излучения от 500 до 100000 °С, основанные на измерении температуры по значению интенсивности лучистой энергии, испускаемой нагретым телом,
   
6. 
   Термометры, основанные на электрофизических явлениях от -272 до +1000 °С (термошумовые термоэлектрические преобразователи, объемные резонансные термопреобразователи, ядерные резонансные термопреобразователи).
   

Часть термометра, преобразующая тепловую энергию в дру- гой вид энергии, называется чувствительным элементом.

Различают термометры контактные (рис.2.1) и бесконтактные. Чувствительный элемент контактного термометра входит в непосредственное соприкосновение с измеряемой средой.

---

а б в г

Рис. 2.1. Контактные устройства для измерения температуры: а – комнатный термометр с наружной шкалой; б – лабораторный термометр с вложенной шкалой; в – газовый термометр; г – схема термопары.

Способу измерения температуры контактным методом присущи определенные недостатки:

• 
  температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника;
  
• 
  температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта;
  
• 
  верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики.
  

Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.

Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема, что относится к достоинствам данного метода.

Однако этот способ менее чувствителен, чем контактный. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами излучения (ПИ) или про- сто пирометрами.

Разработаны пирометры следующих типов:

• 
  пирометр суммарного (полного) излучения (ПСИ) - измеряется полная энергия излучения;
  
• 
  пирометр частичного излучения (ПЧИ) - измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра;
  
• 
  пирометры спектрального отношения (ПСО) - измеряется отношение энергий фиксированных участков спектра.
  

Пирометры излучения градуируются по АЧТ (абсолютно черному телу), поэтому при их применении в реальных условиях получаются значения температур, в большинстве случаев отличающиеся от действительных и получившие название условных (Т_усл). Для перехода от условной температуры к действительной в показа- ния пирометров вводятся соответствующие поправки.

В зависимости от типа пирометра различаются: радиационная, яркостная и цветовая температуры.

В зависимости от решаемых задач, вида материала линзы (интервала пропускаемых длин волн), чувствительности приемника излучения, реализуются конкретные конструкции приборов в виде стационарных или переносных ПИ, в состав которых входят те или иные структурные составляющие.

---