Динамометрические преобразователи

Динамометрические (объемные) датчики измерения температуры основаны на явлении расширения (сжатия) твердых тел, жидкостей или газов при увеличении (уменьшении) температуры.

Температурный диапазон работы преобразователей, основанных на расширении твердых тел, определяется стабильностью свойств материалов при изменении температуры. Обычно с помощью таких преобразователей измеряют температуры в диапазоне –60–400 °С. Погрешность преобразования составляет 1–5 %. Температурный диапазон работы преобразователя с расширяющейся жидкостью зависит от температур замерзания и кипения последней (для ртути – –39–357 °С, для амилового спирта – –117–132 °С, для ацетона – –94–57 °С. Погрешности жидкостных преобразователей составляют 1–3 % и в значительной степени зависят от температуры окружающей среды, изменяющей размеры капилляра. Нижний предел измерения преобразователей, использующих в качестве рабочей среды газ, ограничивается температурой сжижения газа (–195 °С для азота, –269 °С для гелия), верхний же – лишь теплостойкостью баллона.

Акустические датчики

Акустические термометры основаны на зависимости скорости распространения звука в газах от их температуры и используются в основном диапазоне средних и высоких температур. Акустический термометр содержит пространственно разнесенные излучатель акустических волн и их приемник, обычно включаемые в цепь автогенератора, частота колебаний которого меняется с изменением температуры; обычно такой датчик использует и различного типа резонаторы.

Раздел 4. Расчет общих факторов температурных измерений и термопреобразователей сопротивления

 

Температурные шкалы

По современным представлениям температура – это условная статистическая величина, прямо пропорциональная средней кинетической энергии частиц вещества (молекул либо, при атомарной структуре, атомов).

Представление о порядке величин могут дать следующие данные. В 1 мл газа при атмосферном давлении содержится 2,7 х 10¹⁹ молекул, имеющих размеры порядка 10^-8см. Они движутся при комнатной температуре со средней скоростью около 1 км/сек и пробегают между столкновениями примерно 10^-6см.

Еще Кельвин показал, что если одному какому-либо значению средней кинетической энергии частиц присвоить определенное число градусов, то ее достаточно для построения линейной бесконечной температурной шкалы от абсолютного нуля. Тогда равным приращениям средней кинетической энергии частиц будет соответствовать одинаковое приращение числа градусов температуры. Прямая, изображающая такую шкалу в системе координат температура – энергия, проходит через начало координат, так как абсолютному нулю температур соответствует нулевая скорость частиц и нулевая средняя кинетическая энергия.

Количественная связь предложенной Кельвином шкалы температур с средней кинетической энергией частиц выражается уравнением

 

 

отсюда

 

,

где m, v – средние масса и скорость частиц;

Т – абсолютная температура;

к – постоянная Больцмана, равная 1,38-Ю-23 дж/град.

В качестве реперной точки шкалы Кельвина принята в настоящее время температура равновесия между твердой, жидкой и парообразной фазами чистой воды при нормальных условиях. Этой точке присвоено число градусов, равное 273,16°К.

Для практических целей употребляется Международная практическая температурная шкала 1948 г. Температуры по ней выражаются в градусах Цельсия, обозначаемых °С. За нуль принята точка таяния льда, лежащая ниже «тройной точки воды» всего на 0,01° С.

Для пересчета температуры, выраженной в градусах 100-градусной шкалы, на значения температуры по международной термодинамической шкале следует пользоваться равенством Т°К = t°C + 273,15,

где Т и t – условные обозначения температуры, измеренной в градусах Кельвина и градусах Цельсия.

В шкале Фаренгейта (обозначение °Р) точка таяния льда обозначена 32° F, точка кипения воды 212° F; расстояние между ними разбито на 180 равных частей. За нуль шкалы принята температура холодильной смеси определенного состава. Шкала применяется в США, Австралии и Канаде.