Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛабПр ТДиТМО.doc
Скачиваний:
117
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
1.77 Mб
Скачать

89

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева»

Кафедра «Гидропневмоавтоматика и гидропривод»

Техническая термодинамика и основы теории теплообмена

Лабораторный практикум

Составитель Н.А. Овчинников

Ковров –2006.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: Ознакомление с различными средствами измерения температуры.

Задание: 1. Изучить методы и средства измерения температуры.

2. Измерить температуру термоэлектрическим термометром.

  1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Температура- физическая величина, количественно характеризующая меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.

Так как кинетическая энергия является функцией массы и скорости, то для измерения температуры в соответствии с данным определением необходимо уметь измерять массы и скорости всех молекул тела с целью их последующего усреднения, что на практике на современном уровне развития науки и техники не может быть реализовано. Таким образом, непосредственно температуру измерить нельзя. О температуре судят опосредованно, измеряя температурное изменение других физических свойств, которые могут быть достаточно просто и точно измерены непосредственно. К числу таких физических свойств в первую очередь относятся объём, давление, электрическое сопротивление, термоэлектрический эффект, интенсивность теплового излучения. Первое достоверно известное устройство для измерения температуры было создано Г. Галилеем около 1595 г. Этот прибор (термоскоп) использовал явление изменения объёма газа при нагревании и охлаждении. Однако этот прибор имел большой недостаток: его шкала была относительной и показания не могли быть выражены в численной форме. Для количественного выражения значений температуры используется температурная шкала.

Температурная шкала– система значений температуры, основанная на 2-х и более опорных (реперных) точках шкалы (от французского словаrepere– метка). Первая температурная шкала была введена в начале 18 века изобретателем ртутного термометра Г. Фаренгейтом (G.Fahrenheit), опирающейся на две опорные точки. В качестве нижней опорной точки (0F) он использовал температуру замерзания солевого раствора – самую низкую температуру, воспроизводимую в то время, а в качестве верхней точки – температуру тела человека (96F– в старину было принято считать дюжинами). Сам изобретатель определял вторую опорную точку своей шкалы как температуру под мышкой здорового англичанина. Привычная нам десятичная температурная шкала была предложена А.Цельсием (A.Celcius) в 1742 году. В качестве опорных точек для неё используются температура плавления льда (0С) и температура кипения воды (100С). Известны и другие температурные шкалы (Реомюра, Ренкина и др.), основанные на реперных точках, значения температуры в которых присваивались их авторами в зависимости от субъективных соображений. В связи с этим одна и та же измеряемая температура в различных температурных шкалах получала разное числовое выражение.

Развитие молекулярно-кинетической теории строения вещества привело к современному пониманию температуры как меры средней кинетической энергии вещества и созданию на этой основе абсолютной термодинамической шкалы температур, предложенной в начале 19 века английским ученым лордом Кельвином (Kelvin). Началом отсчета в этой шкале служит абсолютный нуль температуры, т.е. состояние при котором прекращается всякое тепловое движение молекул. Связь между значениями температуры в различных температурных шкалах устанавливается с помощью следующих соотношений:

Для обеспечения единства измерений температуры в качестве международного стандарта в 1968 году была принята Международная Практическая Температурная Шкала МПТШ-68. В настоящее время в качестве стандарта принята уточненная в 1990 году версия этой шкалы ITS-90, столь близкая к абсолютной термодинамической шкале насколько это возможно на современном уровне развития техники измерений. В качестве опорных точек этой шкалы приняты температуры состояний фазового равновесия химически чистых веществ, значения которых приведены в таблице1.

Таблица 1.

Перечень основных опорных точек ITS-90

Наименование

Температура, С

Температура, К

Точка затвердевания золота

1064,43

1337,58

Точка затвердевания серебра

961,93

1235,08

Точка затвердевания цинка

419,58

692, 73

Точка кипения воды

100,0

373,15

Тройная точка воды

0,01

273,16

Точка кипения кислорода

-182,962

90,188

Тройная точка кислорода

-218,789

54,361

Точка кипения неона

-246,048

27,102

Точка кипения равновесного водорода

-252,87

20,28

Тройная точка равновесного водорода

-259,34

13,81

Все средства измерения температуры обобщенно можно называть термометрами.Одна из наиболее общих систем классификации термометров основана на следующем признаке - температурная зависимость какого физического свойства положена в основу измерения. Согласно данной классификации различают средства измерения температуры, основные разновидности которых представлены в таблице 2

Таблица 2.

Основные типы средств измерения температуры.

.

Физическое свойство

Наименование средств измерения температуры

Пределы применения, С

Нижний

Верхний

Изменение объёма (тепловое расширение)

Жидкостные стеклянные термометры

Биметаллические преобразователи

-190

+ 600

Изменение давления

Манометрические термометры

-160

+600

Изменение электрического сопротивления

Металлические термометры сопротивления.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы, терморезисторы).

-260

-90

+1100

+180

Термоэлектрический эффект (термо ЭДС)

Термоэлектрические термометры (термопары)

=270

+2300

Тепловое излучение

Пирометры

+90

+2800

    1. Жидкостные стеклянные термометры.

В жидкостных стеклянных термометрах используется термометрическое свойство теплового расширения тел. В качестве термометрического вещества чаще всего применяют химически чистую ртуть, имеющую одно из самых высоких среди жидкостей значение коэффициента термического расширения. Однако при атмосферном давлении ртуть находится в жидком состоянии в относительно узком температурном интервале

(-37,8…+350С), поэтому для измерения низких температур используются низкотемпературные органические жидкости, к числу которых относятся спирты и индивидуальные углеводороды (бензол, толуол, пентан и др.). К достоинствам жидкостных стеклянных термометров относится хорошее сочетание простоты применения и невысокой стоимости при достаточно высокой точности измерений. К недостаткам относятся ремонтонепригодность, невозможность дистанционного измерения температуры и автоматической записи показаний.