Меню

Измерение температуры приборы для измерения температуры в химии

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Измерение температуры основано на применении термодинамической шкалы, выведенной теоретическим- путем больше 100 лет тому назад У. Кельвином (Англия). Эта шкала имеет линейный характер и не зависит ют свойств вещества, применяемого как рабочее тело. Со шкалой Кельвина совпадает другая — шкала идеального газа, выведенная также теоретически. Температуру по этой шкале измеряют газовыми термометрами, в которых рабочими веществами являются газы — водород или гелий, свойства которых в определенных условиях близки к свойствам идеального газа.

Градус Кельвина — единица измерения температуры по термодинамической температурной шкале. Экспериментальной реперной точкой для этой шкалы является тройная точка воды (температура равновесия между тремя состояниями воды — льдом, жидкой фазой и водяным паром). Температура тройной точки воды на 0,01° К выше температуры таяния льда, для нее установлено значение 273,16 К (точно).

Для практических измерений применяют Международную практическую шкалу 1948 г. Эта шкала основана на шести постоянных и воспроизводимых температурах фазовых превращений (при нормальном давлении 101325 н1м2):

Кипение кислорода. —182,970 C

Затвердевание серебра. +960,8° С’

Затвердевание золота. +1063,0° С

Температуры по обеим шкалам (термодинамической и международной практической) выражаются в градусах Цельсия (0C) и градусах Кельвина (0K) в зависимости

от начала отсчета (положение нуля) на шкале. Соотношение между градусами Кельвина (T) и Цельсия (О) по любой из этих шкал

Источник

Приборы для измерения температуры

Температуру воды, топлива, масла, пара и газа измеряют термометрами. Принцип их действия основан на изменении свойств тел при изменении их температуры.

В зависимости от физических свойств тел, используемых в термометрах, последние подразделяют на:

Термометрами расширения измеряют температуру среды от 200°С до 500°С, манометрическими от 130°С до 550°С, термометрами сопротивления от 200°С до 500°С, термоэлектрическими – от 200°С до 1600°С.

Обычно приборы, измеряющие температуру в пределах до 500÷600°С, называют термометрами, а приборы, пределы измерения температуры которыми выше 600°С – пирометрами.

Термометры расширения. Принцип их действия основан на различии температурных коэффициентов теплового расширения разных тел. Термометры расширения бывают жидкостные, биметаллические и дилатометрические.

На судах речного флота применяют в основном жидкостные и биметаллические термометры расширения. Принцип работы жидкостных термометров основан на свойстве теплового расширения ртути, этилового спирта и других жидкостей, заключенных в стеклянную трубку. Для измерения температуры в судовых условиях в качестве жидкостных используют в основном ртутные термометры.

Рисунок 18 – Жидкостные термометры

Температура кипения жидкости, как известно, повышается с ростом давления, поэтому для увеличения верхнего предела измерения температур пространство над ртутью в стеклянной трубке (капилляре) заполняют азотом под давлением до 2МПа, Верхний конец трубки запаян, а нижний имеет форму расширяющегося резервуара.

Ртутные жидкостные термометры выпускают прямыми и угловыми. В зависимости от предела измерения температуры они имеют номера от первого до одиннадцатого. Наибольший номер соответствует наибольшему пределу измерения. Металлические оправы стеклянных трубок бывают прямыми (рис 18, а) и угловыми (рис. 18, б). Для измерения температуры и сигнализации о достижении ею предельных значений применяют электроконтактные ртутные термометры (рис. 18, в).

Читайте также:  Лубрикаторы для спуска приборов

В пределах измеряемых температур до 100°С относительная погрешность результатов измерений ртутных термометров не превышает ±2÷4%. Ртутные термометры сравнительно дешевы, просты по устройству, их легко монтировать на объектах измерения. Недостатки таких термометров – небольшая механическая прочность, некоторое неудобство отсчетов по шкале и низкая чувствительность при быстрых изменениях температуры.

Биметаллические термометры (рис. 19) представляют собой пружину, составленную из двух спаянных между собой металлов, например инвара (сплава железа с никелем) и латуни, с разными температурными коэффициентами теплового расширения.

Рисунок 19 – Биметалические термометры

Пружина 2 может быть плоской (рис. 19, а) или спиральной (рис. 19, б). При нагревании разнородные металлы удлиняются неодинаково, что вызывает изгиб плоской или скручивание спиральной пружины и перемещение стрелки по шкале 1. Биметаллические термометры просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Их недостаток заключается в том, что при перегреве измерительный механизм быстро выходит из строя. В судовых условиях биметаллические термометры используют в основном как дистанционные с электрической или механической передачей сигналов.

Манометрические термометры. Принцип их действия основан на зависимости давления термометрического вещества от его температуры. Термометр (рис. 20) состоит из термобаллона 3, манометра 1 и соединяющей их капиллярной трубки 2. Термобаллон заполняют жидкостью (ртутью, ксилолом, метиловым спиртом) или инертным газом (обычно азотом) и помещают в среду, температуру которой измеряют.

Рисунок 20 – Манометрический термометр

При нагревании баллона давление в его внутренней полости повышается и стрелка манометра 1 поворачивается на соответствующий этому давлению угол. Изменение давления жидкости или газа в термобаллоне прямо пропорционально изменению температуры среды, в связи, с чем шкалу манометра градуируют в градусах Цельсия.

В зависимости от типа заполнителя манометрическими термометрами измеряют температуру от 130°С до 550°С. Относительная погрешность результатов измерений таких приборов не превышает ±2%, а точность показаний зависит от температуры среды, в которой находятся капиллярная трубка и манометр. Эти термометры широко применяют на судах в системах контроля параметров работы СЭУ, для регистрации и дистанционной передачи показаний на расстояния до 60м.

Термометры сопротивления. Принцип их действия основан на зависимости электрического сопротивления металла от температуры. Для измерения температуры среды в нее помещают термистор, через который пропускают ток; по изменению сопротивления термистора судят о его температуре, а следовательно, и температуре среды. В качестве термоэлектрического сопротивления прибора (рис. 21) обычно используют тонкий медный или платиновый (для измерения более высоких температур) термистор.

Рисунок 21 – Термометр сопротивления

Термистор наматывают на специальный каркас из изоляционного теплостойкого материала (обычно слюда), помещают в защитный чехол 5 и включают в цепь уравновешенного электрического моста 1—2—3—4. Изменение температуры среды приводит к нарушению равновесия моста, и на зажимах 1 и 3 возникает разность потенциалов, измеряемая вольтметром V, градуированным в градусах Цельсия.

Читайте также:  Прибор для измерения давления ua 779

Термометрами сопротивления измеряют температуру среды от 200°С до 500°С, по устройству они сложнее манометрических термометров, требуют дополнительного источника питания, однако обладают высокой чувствительностью и практически обеспечивают дистанционную передачу показаний от объекта измерений в любую точку судна

Термоэлектрические пирометры (термопары). В них используется зависимость термоэлектродвижущей силы от изменения температуры, возникающей при нагревании места спая двух разнородных металлов или сплавов. Они состоят из двух изолированных электродов 4 (рис 22), спаянных на конце.

Рисунок 22 – Термоэлектрический пирометр (термопара)

Свободные концы электродов включены в общую электрическую цепь с милливольтметром 3, шкала которого градуирована в единицах температуры.

В зависимости от измеряемых температур в качестве электродов могут использоваться железоконстантановые, хромель-копелевые (до 600°С) и хромель-алюминиевые (до 900°С), платинородиевые и платиновые (до 1600°С) проволочки.

Проволочки термопар (за исключением места спая) изолированы одна от другой и от наконечника 1.

При нагревании спая сопротивление электродов увеличивается, а при охлаждении – уменьшается, что приводит к изменению электродвижущей силы, соответственно которому изменяется и напряжение тока в цепи милливольтметра.

Термопары применяют на судах главным образом для измерения температуры выпускных газов дизелей и котлов.

Пирометр, используемый для измерения температуры выпускных газов дизелей, обычно состоит из нескольких термопар, установленных на выпускных патрубках цилиндров и подключенных через переключатель 2 к общему милливольтметру.

Источник

Виды приборов для измерения температуры в промышленных и лабораторных условиях

Современное приборостроение предлагает широкий ассортимент измерителей температуры – приборы имеют разнообразную конфигурацию, принцип действия и сферы эксплуатации. Профессиональные и точные термометры незаменимы практически в любом направлении деятельности: их используют для контроля климатических показателей, при исследовании состояния материалов, оценке свойств веществ. Термометры также востребованы в быту и повседневной жизни, но особое распространение они получили в промышленности и науке.

Применение термометров в промышленности и лабораториях

В промышленных отраслях, таких как металлургия, целлюлозно-бумажное производство, земледелие, фармацевтика, животноводство, термометры необходимы для измерения температуры:

  • жидкостей;
  • растворов;
  • газов;
  • твердых тел;
  • поверхностей;
  • сыпучих материалов;
  • расплавов и т. д.

Профессиональные термометры особенно востребованы на производствах, где необходим контроль температуры сырья, технологического процесса или оценка свойств готовой продукции. К таким объектам относятся предприятия по изготовлению продуктов питания, химические и металлургические заводы, сельскохозяйственные организации и т. д. Контролировать технологические процессы также необходимо и в условиях лабораторных испытаний. Термометры находят применение в лабораториях контроля качества, эколого-аналитических центрах, технологических отделениях предприятий.

В каждой сфере деятельности востребованы определенные типы термометров. Эти измерители различаются по принципу действия и сфере применения.

Принцип действия измерителей температуры

В основе измерения температурных параметров могут лежать различные физические процессы. В зависимости от методики измерений все типы термометров делятся на 2 класса: контактные и бесконтактные.

Читайте также:  Замена лампочек приборов газ 31105 крайслер

1. Контактные термометры – принцип действия таких приборов основывается на необходимости теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Термометр с датчиком подходит для работы с газообразными средами, жидкостями, твердыми или сыпучими продуктами;

Контактные термометры по принципу измерения подразделяются на:

  • термометры сопротивления – фиксируют электрическое сопротивление веществ, изменяющееся в зависимости от изменения температуры окружающей среды. Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента и наружной (защитной) арматуры. В качестве материала для чувствительного элемента используют медь и платину. Эти материалы выбраны потому, что на их сопротивление заметно влияет изменение температуры окружающей среды (большой температурный коэффициент сопротивления). Термометры сопротивления часто используют в системах мониторинга и оповещения;
  • электронные термопары – предназначены для измерения термоэлектродвижущей силы, возникающей под действием сгенерированного тока;
  • манометрические – измерения основываются на зависимости температуры от давления газов, давление жидкости или газа меняется при изменении температуры. Чувствительным элементом в таких приборах служит термобаллон, который соединяется с манометром;

2. Бесконтактные — это такие термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения измеряемого объекта.

Бесконтактные термометры по принципу измерения подразделяются на:

  • пирометры излучения;
    • радиометры;
    • тепловизоры.

  • Бесконтактные пирометры – эти измерители, которые считывают тепловое излучение от исследуемых объектов. Приборы с инфракрасными датчиками бывают яркостными (в диапазоне красного света оценивается яркость эталонного объекта и исследуемого материала) и радиационными (мощность теплового излучения преобразуется в показатели температуры).

Классификация термометров по исполнению

В зависимости от материалов, которые применяются в измерительном приборе, термометры бывают:

  • жидкостными – выполняются в виде корпуса с жидкостью, которой свойственно температурное расширение (чаще всего используют ртуть или спирт). Колба с жидкостью оснащается измерительной шкалой. По ней отслеживается движение жидкости, которая при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается;
  • газовыми – принцип работы термометров похож с жидкостными, но в качестве заполняющего вещества в колбе используется инертный газ. Газообразное вещество имеет увеличенный температурный диапазон, что позволяет применять данные термометры при исследовании раскаленных материалов;
  • механическими – основываются на принципе деформации спирали из металла или биметаллической ленты. Такие термометры оснащаются стрелкой и внешне напоминают циферблат часов. Наиболее часто механические термометры используют в автомобилях и специализированной технике;
  • электрическими – измеряют уровень сопротивления металлического проводника (чаще медного или платинового) при разных температурах;
  • термоэлектрическими – в основе высокоточных измерителей лежат два проводника, образующих спай, при нагревании которого возникает термоэлектрический ток;
  • волоконно-оптическими – оптоволоконные датчики, через которые проходит световой луч, под действием температур изменяют свой объем, в это время прибор регистрирует преломление света. Математическая обработка спектрального смещения света дает информацию об измеряемой температуре.

Источник

Adblock
detector