Температура температурные шкалы датчики и приборы реферат

Обновлено: 04.07.2024

Содержание

Температурные датчики, их виды…………………………….4

Поверка технических термоэлектрических термометров (ТТ)
Методы измерения температуры

Вложенные файлы: 1 файл

доклад датчики температуры.doc

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Институт промышленных технологий и инжиниринга

Доклад на тему:

Температурные датчики

Выполнили: студенты группы УК-08

Проверил: Уразумбетов Д.А.

Температурные датчики, их виды…………………………….4

Кварцевые термопреобразователи….…………………… ……..10

Поверка технических термоэлектрических термометров (ТТ)

Методы измерения температуры

Понятие температуры возникло из ощущений человека, в какой мере нагреты, или, наоборот, охлаждены окружающие тела. И только в результате требований науки и техники о количественном определении температуры было сформулировано более четкое понятие температуры. По определению Максвелла, температура тела есть его термическое состояние, рассматриваемое с точки зрения его способности сообщать тепло другим телам. С другой стороны температуру можно определить как степень нагретости тела или объекта. Первые приборы для измерения температуры, появившиеся в XVI в., позволили выделить температуру как особую физическую величину, значение которой определялось по температурной зависимости какого-либо свойства тела, т. е. по шкале этого свойства. Так возникла область измерений температуры, которую впоследствии назвали термометрией.

Термометрия - раздел технической физики, в котором изучаются методы и средства измерения температуры, теоретические основы способов построения термодинамической и практической температурных шкал и созданные на этой основе эталоны и образцовые средства измерений температуры.

Значения термодинамической температуры находятся в пределах от 0 К до таких высоких значений, которые получаются в реальных системах элементарных частиц, находящихся в тепловом равновесии. При этом абсолютный нуль температуры недостижим, так как любая частица в соответствии с квантовой теорией будет иметь одно низшее квантовой состояние и поэтому отсутствует возможность перехода в другое более низкое состояние, т.е. невозможна передача энергии другой частице или системе частиц.

Температура - один из параметров состояния вещества: газа, жидкости или твердого тела. Температура определяет тепловое состояние тела и направление теплопередачи. Если привести в контакт два тела при различных температурах, то более нагретое тело (с более высокой температурой) будет охлаждаться, а менее нагретой - нагреваться. Процесс теплопередачи и изменения температур тел будет продолжаться до тех пор, пока их температуры не станут равными, т.е. не наступит температурное равновесие. Подобный процесс наблюдается в том случае, если оба тела в тепловом отношении изолированы от окружающей среды и не наблюдаются приток извне тепла или же потерь тепла.

Температурные датчики, их виды

В основе работы любых температурных датчиков, использующихся в системах автоматического управления, лежит принцип преобразования измеряемой температуры в электрическую величину. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений: электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью; электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот; они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.

Термопреобразователи сопротивления.

Принцип действия термопреобразователей сопротивления (термо- резисторов) основан на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников в зависимости от температуры. Материал, из которого изготавливается такой датчик, должен обладать высоким температурным коэффициентом сопротивления, по возможности линейной зависимостью сопротивления от температуры, хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей среды. В наибольшей степени всем указанным свойствам удовлетворяет платина; в чуть меньшей – медь.

Платиновые терморезисторы предназначены для измерения температур в пределах от –260 до 1100 0С. В диапазоне температур от 0 до 650 0С их используют в качестве образцовых и эталонных средств измерений, причем нестабильность градуировочной характеристики таких преобразователей не превышает 0,001 0С.

Зависимость сопротивления платиновых терморезисторов от температуры определяется следующими формулами:

Rt = R0(1 + At + Bt2) при 0

Rt = R0[1 + At + Bt2 + Ct3(t – 100)] при –200

где Rt – сопротивление терморезистора при температуре t, 0C; R0 – сопротивление при 0 0C; A = 3,96847*10 –3 (0C) –1; B = -5,847*10 -7(0C) –2; С = -4.22*10 -12(0C) –4.

Платиновые терморезисторы обладают высокой стабильностью и воспроизводимостью харакетристик. Их недостатками являются высокая стоимость и нелинейность функции преобразования. Поэтому они используются для точных измерений температур в соответствующем диапазоне.

Широкое распространение на практике получили более дешевые медные терморезисторы, имеющие линейную зависимость сопротивления от температуры:

Rt = R0(1 + αt) при -50

где α = 4.26*10 –3 (0C) –1.

Недостатком меди является небольшое ее удельное сопротивление и легкая окисляемость при высоких температурах, вследствие чего конечный предел применения медных термометров сопротивления ограничивается температурой 180 0C. По стабильности и воспроизводимости характеристик медные терморезисторы уступают платиновым.

Тепловая инерционность стандартных термометров сопротивления характеризуется показателем тепловой инерции (постоянной времени), значения которого лежат в пределах от десятков секунд до единиц минут. Постоянная времени специально изготавливаемых малоинерционных термометров сопротивления может быть уменьшена до 0,1 с.

Находят применение также никелевые термометры сопротивления. Никель имеет относительно высокое удельное сопротивление, но зависимость его сопротивления от температуры линейна только до температур не выше 100 0C, температурный коэффициент сопротивления никеля в этом диапазоне равен 6,9*10 –3 (0C) –1.

Медные и никелевые терморезисторы выпускают также из литого микропровода в стеклянной изоляции. Микропроволочные терморезисторы герметизированы, высокостабильны, малоинерционны и при малых габаритных размерах могут иметь сопротивления до десятков килоом.

По сравнению с металлическими терморезисторами более высокой чувствительностью обладают полупроводниковые терморезисторы (термисторы). Они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, значение которого при 20 0C составляет (2 – 8)*10 –2 (0C) –1, т.е. на порядок больше, чем у меди и платины. Полупроводниковые терморезисторы при весьма малых размерах имеют высокие значения сопротивления (до 1 МОм). Для измерения температуры наиболее распространены полупроводниковые терморезисторы типов КМТ (смесь окислов кобальта и марганца) и ММТ (смесь окислов меди и марганца).

Термисторы имеют линейную функцию преобразования, которая описывается следующей формулой:

где T – абсолютная температура, A – коэффициент, имеющий размерность сопротивления, B – коэффициент, имеющий размерность температуры.

Серьезным недостатком термисторов, не позволяющим с достаточной точностью нормировать их характеристики при серийном производстве, является плохая воспроизводимость характеристик (значительное отличие характеристик одного экземпляра от другого).

Полупроводниковые датчики температуры обладают высокой стабильностью характеристик во времени и применяются для изменения температур в диапазоне от –100 до 200 0С.

Измерительная схема с участием термопреобразователей сопротивления чаще всего является мостовой; уравновешивание моста осуществляется с помощью потенциометра. При изменении сопротивления терморезистора соответственно изменяется положение движка потенциометра, положение которого относительно шкалы формирует показание прибора; шкала градуируется непосредственно в единицах температуры. Недостатком такой схемы включения является вносимая проводами подключения терморезистора погрешность; поскольку из-за изменения сопротивления проводов при изменении температуры окружающей среды компенсация указанной погрешности невозможна, применяют трехпроводную схему включения проводов, при использовании которой сопротивления подводящих проводов оказываются в различных ветвях, и их влияние значительно уменьшается.

Термоэлектрические преобразователи (термопары).

Принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников (или полупроводников), течет ток, если места спаев проводников имеют различные температуры. Если взять замкнутый контур, состоящий из разнородных проводников (термоэлектродов), то на их спаях возникнут термоЭДС E(t) и E(t0), зависящие от температур этих спаев t и t0. Так как эти термоЭДС оказываются включенными встречно, то результирующая термоЭДС, действующая в контуре, равна E(t) – E(t0).

При равенстве температур обоих спаев результирующая термоЭДС равна нулю. Спай, погружаемый в контролируемую среду, называется рабочим концом термопары, а второй спай – свободным.

У любой пары однородных проводников значение результирующей термо ЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников. Термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить в него один или несколько разнородных проводников. Если все появившиеся при этом места соединений находятся при одинаковой температуре, то результирующая термоЭДС, действующая в контуре, не изменяется. Это используется для измерения термоЭДС термопары. Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 0С и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ.

Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 0С. Для измерения температур до 1100 0С используют в основном термопары из неблагородных металлов, для измерения температур от 1100 до 1600 0С – тер-мопары из благородных металлов и сплавов платиновой группы, а для измерения более высоких температур – термопары из жаростойких сплавов (на основе вольфрама).

Наибольшее распространение для изготовления термоэлектрических преобразователей получили платина, платинородий, хромель, алюмель.

При измерениях температуры в широком диапазоне учитывается нелинейность функции преобразования термоэлектрическогго преобразователя. Так, например, функция преобразования медь- константановых термопар в диапазоне температур от –200 до 300 0С с погрешностью ± 2 мкВ описывается эмпирической формулой

где A, B и C – постоянные, определяемые путем измерения термоЭДС при трех известных температурах, t – температура рабочего спая при 0С.

Постоянная времени термоэлектрических преобразователей зависит от их конструкции и качества теплового контакта рабочего спая термопары со средой и для промышленных термопар исчисляется в минутах. Однако известны конструкции малоинерционных термопар, у которых постоянная времени лежит в пределах 5 – 20 секунд и ниже.

Электроизмерительный прибор (милливольтметр) или измерительный усилитель термоЭДС могут подключаться к контуру термопары двумя способами: в свободный конец термопары или в один из термоэлектродов; выходная термоЭДС от способа подключения измерительных устройств не зависит.

Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа технологических агрегатов металлургической промышленности требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояние оборудования. Автоматический контроль является логически первой ступенью автоматизации, без успешного функционирования которых невозможно создание эффективных АСУ ТП.

Работа содержит 1 файл

Средства измерения температуры.doc

Учебный материал

РОССИЙСКОЙ КОЛЛЕКЦИИ РЕФЕРАТОВ (с) 1996

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Новокузнецкий филиал – Институт Кемеровского Государственного Университета

Кафедра технической кибернетики

Факультет информационных технологий

студент III курса ФИТ

Курсовая работа

По курсу "Метрология и измерения"

Руководитель:

защищена с оценкой “_________”

“_____” ________________ 2001 г.

В истории развития мировой техники можно выделить три основных направления: создание машин-двигателей (водяных, ветряных, паровых, внутреннего сгорания, электрических), которые освободили человека от тяжелого физического труда; создание машин-орудий, т.е. станков и технологического оборудования различного назначения; создание устройств для контроля и управления машинами-двигателями, машинами-орудиями и технологическими процессами.

В современной техники для решения задач автоматического контроля все шире применяют полупроводники, лазеры, радиоактивные материалы, ЭВМ. Металлургическая промышленность является одной из основных отраслей народного хозяйства, в ней занято большое количество трудящихся, обслуживающих мощные и сложные агрегаты. При высоких производительностях даже самые небольшие ошибки управления агрегатом приводят к большим абсолютным потерям металла, топлива, электроэнергии. По этому возрастает роль автоматического контроля и управления производственными процессами. Все основные металлургические агрегаты (доменные и мартеновские печи, прокатные станы) оснащены различными системами автоматического контроля и управления и в значительной степени механизированы.

Основными параметрами (величинами), которые необходимо контролировать при работе металлургических агрегатов, является температура различных сред; расход, давление, состав газов и жидкостей; состав металлов; геометрические размеры проката. Автоматическими приборами измеряется температура: в рабочих пространствах металлургических печей, выплавляемого и нагреваемого металла, элементов огнеупорной кладки, конструкции регенераторов и рекуператоров, а так же продуктов сгорания топлива.

Понятие о температуре и о температурных шкалах

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Все предлагаемы температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой t:

где k – коэффициент пропорциональности; E – термометрическое свойство; D – постоянная.

Принимая для двух постоянных точек определенные значения температур, можно вычислить постоянные k, D и на этой основе построить температурную шкалу. При изменении температуры коэффициент k меняется, при чем различно для разных термометрических веществ. Поэтому термометры, построенные на базе различных термометрических веществ с равномерной градусной шкалой, давали при температурах, отличающихся от температур постоянных точек, различные показания. Последние становились особенно заметными при высоких (много больших температуры кипения воды) и очень низких температурах.

Термодинамическая шкала тождественна шкале идеального газа, построенной на зависимости давления идеального газа от температуры. Законы изменения давления от температуры для реальных газов отклоняются от идеальных, но поправки на отклонения реальных газов невелики и могут быть установлены с высокой степенью точности. Поэтому, наблюдая за расширением реальных газов и вводя поправки, можно оценить температуру по термодинамической шкале.

В начале XX века широко применялись шкалы Цельсия и Реомюра, а в научных работах – также шкалы Кельвина и водородная. Пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие трудности и приводили к ряду недоразумений. Поэтому в 1933 году было принято решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ).

Опыт применения МТШ показал необходимость внесения в нее ряда уточнений и дополнений, чтобы по возможности максимально приблизить ее к термодинамической шкале. Поэтому МТШ была пересмотрена и приведена в соответствие с состоянием знаний того времени. В 1960 году было утверждено новое "Положение о международной практической температурной шкале 1948 года. Редакция 1960 г.".

Устройства для измерения температур

Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных устройств применяемых в промышленности, при научных исследованиях, для специальных целей.

В таблице 1 приведены наиболее распространенные устройства для измерения температуры и практические пределы их применения.

Термометрическое свойство	Наименование устройства	Пределы длительного применения, 0 С
Термометрическое свойство	Наименование устройства	Нижний	Верхний
Тепловое расширение	Жидкостные стеклянные термометры	-190	600
Изменение давления	Манометрические термометры	-160	60
Изменение электрического сопротивления	Электрические термометры сопротивления.	-200	500
Изменение электрического сопротивления	Полупроводниковые термометры сопротивления	-90	180
Термоэлектрические эффекты	Термоэлектрические термометры (термопары) стандартизованные.	-50	1600
Термоэлектрические эффекты	Термоэлектрические термометры (термопары) специальные	1300	2500
Тепловое излучение	Оптические пирометры.	700	6000
	Радиационные пирометры.	20	3000
	Фотоэлектрические пирометры.	600	4000
	Цветовые пирометры	1400	2800

1.1 Термометры расширения и термометры манометрические

Жидкостные стеклянные термометры

Самые старые устройства для измерения температуры – жидкостные стеклянные термометры – используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Действие термометров основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой она находится (термометрического стекла или реже кварца).

Жидкостный термометр состоит из стеклянных баллона 1, капиллярной трубки 3 и запасного резервуара 4 (рис. 1). Термометрическое вещество 2 заполняет баллон и частично капиллярную трубку. Свободное пространство в капиллярной трубке и в запасном резервуаре заполняется инертным газом или может находиться под вакуумом. Запасной резервуар или выступающая за верхним делением шкалы часть капиллярной трубки служит для предохранения термометра о порчи при чрезмерном перегреве.

В качестве термометрического вещества чаще всего применяют химически чистую ртуть. Она не смачивает стекла и остается жидкой в широком интервале температур. Кроме ртути в качестве термометрического вещества в стеклянных термометрах применяются и другие жидкости, преимущественно органического происхождения. Например: метиловый и этиловый спирт, керосин, пентан, толуол, галлий, амальгама таллия.

Основные достоинства стеклянных жидкостных термометров – простота употребления и достаточно высокая точность измерения даже для термометров серийного изготовления. К недостаткам стеклянных термометров можно отнести: плохую видимость шкалы (если не применять специальной увеличительной оптики) и невозможность автоматической записи показаний, передачи показаний на расстояние и ремонта.

Стеклянные жидкостные термометры имеют весьма широкое применение и выпускаются следующих основных разновидностей:

технические ртутные, с вложенной шкалой, с погружаемой в измеряемую среду нижней частью, прямые и угловые;
лабораторные ртутные, палочные или с вложенной шкалой, погружаемые в измеряемую среду до отсчитываемой температурной отметки, прямые, небольшого наружного диаметра;
жидкостные термометры (не ртутные);
повышенной точности и образцовые ртутные термометры;
электроконтактные ртутные термометры с вложенной шкалой, с впаянными в капиллярную трубку контактами для разрывания (или замыкания) столбиком ртути электрической цепи;
специальные термометры, в том числе максимальные (медицинские и другие), минимальные, метеорологические и другого назначения.

У лабораторных и других термометров, градуируемых и предназначенных для измерения при погружении в измеряемую среду до отсчитываемого деления, могут возникать систематические погрешности за счет выступающего столбика термометра. Если капиллярная трубка будет погружена в измеряемую среду не полностью, то температура выступающей части капиллярной трубки будет отличаться от температуры измеряемой среды, в результате возникнет погрешность измерения. Поправку в градусах на выступающий столбик в показания термометра можно внести по уравнению:

где - коэффициент видимого объемного теплового расширения термометрической жидкости в стекле , t – действительная температура измеряемой среды 0 C, t_в.с. – температура выступающего столбика, измеренная с помощью вспомогательного термометра 0 С, n – число градусов в выступающем столбике.

У термометров, предназначенных для работы с неполным погружением, может возникнуть аналогичная систематическая погрешность, если температура окружающей среды, а следовательно, и выступающего столбика будут отличаться от его температуры при градуировке. Поправка , в этом случае

где - температура выступающего столбика при градуировке 0 C (в первом приближении допустимо считать ), - средняя температура выступающего столбика 0 С.

Поправки по (1) и (2) могут иметь большие значения у термометров с органическими термометрическими жидкостями, для которых коэффициент примерно на порядок выше, чем у ртутных термометров.

Манометрические термометры

Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра состоит из (рис. 2) из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды, - металлического термобаллона 1, рабочего элемента манометра 2, измеряющего давление в системе, длинного соединительного металлического капилляра 3. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего чувствительный элемент перемещает стрелку или перо по шкале манометра, отградуированного в градусах температуры. Манометрические термометры часто используют в системах автоматического регулирования температуры, как бесшкальные устройства информации (датчики).

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Псковский колледж строительства и экономики

Реферат : Температурные шкалы.

Как изобрели термометр.

Реферат по физике

Студента группы 106С

Преподаватель: Давыдова М.А

Хронология создания термометра

Все мы часто в своей жизни пользуемся таким прибором как термометр, но мало кто знает историю его изобретения и совершенствования. Принято считать, что термометр изобрел Галилео Галилей в далеком 1592 году. Конструкция термоскопа (именно так тогда назывался термометр) была примитивной (см. рис. ниже): к стеклянному шару небольшого диаметра припаивалась тонкая стеклянная трубка, которая помещалась в жидкость.

*В 1597г. Галилео Галилей придумал первый прибор для наблюдений за изменением температуры (Термоскоп)

*В 1657г. Термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийским ученым

*Постоянные точки кипения термометра была установлены в XVIII веке

*В 1714г. Голландский ученый Д. Фаренгейт изготовил ртутный термометр

*В 1730г. Французский физик Р. Реомюр предложил спиртово термометр

*В 1848г. Английский физик Вильям Томсон (Лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур.

В дальнейшем конструкция термоскопа Галилея была доработана одним из его учеников Фернандо Медичи. Основная идея сохранилась, однако Фернандо внес существенные изменения, которые сделали термоскоп более похожим на современный ртутный градусник. Также использовался стеклянный шар и тонкая трубка (см. рис. выше), но теперь трубка припаивалась не снизу, а сверху, и жидкость заливалась уже в стеклянный шар, при этом вверх трубки был открыт. Изменение температуры залитой жидкости (тогда в качестве нее использовался винный спирт) приводило к повышению ее уровня в трубке. Позднее на трубку были нанесены деления, т.е. была произведена первая градуировка термометра.

Термоскоп Фернандо Медичи

С тех пор прошло много времени, и за этот период градусник не раз совершенствовался и модернизировался. Благодаря последним достижениям в областях физики удалось разработать новые подходы к измерению температуры. Сегодня созданы различные цифровые термометры , в основе которых лежат принцип изменения сопротивления вещества при изменении температуры (электрические термометры) или принцип изменения уровня светимости, спектра и других величин при изменении температуры (оптические термометры).

Температурные шкалы , способы деления на части интервалов температуры , измеряемых термометрами по изменению какого-либо удобного для измерений физического свойства объекта, при прочих равных условиях однозначно зависящего от температуры ( объёма , давления , электрического сопротивления , ЭДС , интенсивности излучения , показателя преломления , скорости звука и др.) и называемого термометрическим свойством (см. Термометрия ). Для построения шкалы температур приписывают её численные значения двум фиксированным точкам ( реперным точкам температуры), например точке плавления льда и точке кипения воды. Деля разность температур реперных точек ( основной температурный интервал ) на выбранное произвольным образом число частей, получают единицу измерения температуры, а задавая, опять-таки произвольно, функциональную связь между выбранным термометрическим свойством и температурой, получают возможность вычислять температуру по данной температурной шкале .

Ясно, что построенная таким способом эмпирическая температурная шкала является произвольной и условной. Поэтому можно создать любое число температурных шкал, различающихся выбранными термометрическими свойствами, принятыми функциональными зависимостями температуры от них (в простейшем случае связь между термометрическим свойством и температурой полагают линейной) и температурами реперных точек.

Примерами температурных шкал служат шкалы Цельсия , Реомюра , Фаренгейта , Ранкина и Кельвина .

Пересчёт температуры от одной температурной шкалы к другой, отличающейся термометрическим свойством, невозможен без дополнительных экспериментальных данных.

Принципиальный недостаток эмпирических температурной шкал их зависимость от выбранного термометрического свойства отсутствует у абсолютной (термодинамической) температурная шкалы .

Соотношение температурной шкалы Фаренгейта и Цельсия

Температура абсолютного нуля

При переводе из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия из исходной цифры вычитают 32 и умножают на 5/9.

При переводе из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта исходную цифру умножают на 9/5 и прибавляют 32.

Термометры. Решающий вклад в развитие конструкции термометров внёс немец Габриэль Даниэль Фаренгейт. В1709 году он изобрёл спиртовой термометр, а в 1714 ртутный. Он придал им ту же форму, что применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке.

Рене Антуан де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 г. он предложил применять в термометрах спирт, а. В 1731 году изобрёл водно-спиртовой термометр. И поскольку Реомюр нашел, что применяемый им спирт, смешанный в пропорции 5:1 с водой, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то предложил шкалу от 0 до 80°.

Изобретатели температурных шкал

Учёные. Андерс Цельсий. Андерс Цельсий (Anders Celsius) родился 27 ноября 1701 года в Швеции. Область его интересов: астрономия, общая физика, геофизика. Преподавал в Упсальском университете астрономию, основал там астрономическую обсерваторию. Цельсий первым измерил яркость звезд, установил взаимосвязь между северным сиянием и колебаниями в магнитном поле Земли. Он принимал участие в Лапландской экспедиции 1736-1737 годов по измерению меридиана. По возвращении из полярных областей Цельсий начал активную работу по организации и строительству астрономической обсерватории в Упсале и в 1740 стал ее директором. Умер Андерс Цельсий 25 марта 1744 года. В честь него назван минерал цельзиан разновидность бариевого полевого шпата.

Габриэль Фаренгейт. Даниэль Габриэль Фаренгейт (Daniel Gabriel Fahrenheit) (16861736) - немецкий физик. Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша). Изучал физику в Германии, Голландии и Англии. Почти всю жизнь прожил в Голландии, где занимался изготовлением точных метеорологических приборов. В 1709 изготовил спиртовой, в 1714 ртутный термометр, использовав новый способ очистки ртути. Для ртутного термометра Фаренгейт построил шкалу, имеющую три реперные точки: 0° соответствовал температуре смеси вода лед нашатырный спирт, 96° температуре тела здорового человека, а в качестве контрольной температуры было принято значение 32° для точки таяния льда. Температура кипения чистой воды по шкале Фаренгейта составила 212°. Шкала Фаренгейта применяется во многих англоязычных странах, хотя постепенно уступает место шкале Цельсия. Помимо изготовления термометров, Фаренгейт занимался усовершенствованием барометров и гигрометров. Исследовал также зависимость изменения температуры кипения жидкости от атмосферного давления и содержания в ней солей, обнаружил явление переохлаждения воды, составил таблицы удельных весов тел. Умер Фаренгейт в Гааге 16 сентября 1736.

Рене Реомюр. Рене Антуан де Реомюр (Rene Antoin de Reaumur) родился 28 февраля 1683 года в Ла-Рошель, французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН (1737). Труды по регенерации, физиологии, биологии колоний насекомых. Предложил температурную шкалу, названную его именем. Он усовершенствовал некоторые способы приготовления стали, им, одним из первых, были сделаны попытки научного обоснования некоторых процессов литья, написал работу "Искусство превращения железа в сталь". Он пришел к ценному выводу, железо, сталь, чугун, различаются по количеству некоторой примеси и добавляя эту примесь к железу, путем цементации или сплавления с чугуном Реомюр получал сталь. В 1814 году К. Каретен доказал, что этой примесью является углерод. Реомюр дал способ приготовления матового стекла.

Сегодня память связывает его имя только лишь с изобретением долго использовавшейся температурной шкалы. На самом же деле Рене Антуан Фершант де Реомюр, живший в 1683-1757 годах, главным образом, в Париже, относился к тем учёным, универсальность которых в наше время - время узкой специализации - трудно себе представить. Реомюр был одновременно техником, физиком и естествоиспытателем. Большую известность за пределами Франции он приобрёл как энтомолог. В последние годы своей жизни Реомюр пришёл к идее, что поиски таинственной преобразующей силы следует вести в тех местах, где её проявление наиболее очевидно - при преобразовании пищи в организме, т.е. при её усвоении.

Скончался 17 октября 1757 года в замке Бермовдьер близ Сен-Жюльен-дю-Терру (Майенн).

Уильям Ранкин. Уильям Джон Макуорн Ранкин (Ренкин) (William John M. Rankine) (1820-72) , шотландский инженер и физик, один из создателей технической термодинамики. Предложил теоретический цикл парового двигателя (цикл Ранкина), температурную шкалу (шкала Ранкина), нуль которой совпадает с нулем термодинамической температуры, а по размеру 1 град Р. ( °R) равен 5/9 К (шкала широкого распространения не получила).

Узнать стоимость написания работы -->

Сегодня нельзя представить жизнь современного человека без термометра. Этот простой прибор используется в различных отраслях человеческой деятельности: на производстве, в искусстве, быту, метеорологии, гидрологии, медицине и т.д. Трудно себе представить, что наши далекие предки обходились без термометра.

Рассмотрим историю изобретения термометра и некоторые его виды.

Изобретение термометра

Термометр (от греч. terme – тепло, metreo – измеряю) – прибор для измерения температуры: воздуха, воды, почвы, тела человека и других физических тел. Древние ученые о температуре тела судили по непосредственному ощущению.

Считают, что изобретателем первого термометра-термоскопа был знаменитый итальянский учёный Галилео Галилей (1597 г.). Термоскоп Галилея (рис. 1) представлял собой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Шарик слегка нагревали, и конец трубки опускали в сосуд с водой. Через некоторое время воздух в шарике охлаждался, его давление уменьшалось, и вода под действием атмосферного давления поднималась по трубке вверх на некоторую высоту. В дальнейшем при потеплении, давление воздуха в шарике увеличивалось, и уровень воды в трубке понижался, а при охлаждении – повышался.

При помощи термоскопа можно было судить только об изменении степени нагретости тел: числовых значений температуры он не показывал, поскольку не имел шкалы. Современную форму (запаяв трубку и перевернув её шариком вниз) термометру придал Габриель Даниель Фаренгейт, голландский физик, выдувальщик стекла. А постоянные (реперные) точки – кипящей воды и тающего льда – на шкале термометра разместил шведский астроном и физик Андерс Цельсий в 1742 году.

В настоящее время существуют много видов термометров: цифровые, электронные, инфракрасные, пирометры, биметаллические, дистанционные, электроконтактные, жидкостные, термоэлектрические, газовые, термометры сопротивления и т.д. У каждого термометра – свой принцип действия и своя сфера применения. Рассмотрим некоторые из них.

Жидкостные термометры используют тепловое расширение жидкостей (рис.2). В зависимости от температурного диапазона, в котором предстоит служить термометру, его заполняют ртутью, этиловым спиртом или другими жидкостями. Жидкостные термометры, заполненные ртутью, применяют для точных измерений температуры (до десятой доли градуса) в лабораториях. Термометры, заполненные спиртом, применяют в метеорологии для измерения температур ниже –38° (так как при более низкой температуре ртуть отвердевает). Главный недостаток ртутного термометра – ядовитость паров ртути. Поэтому его нельзя разбивать.

Газовые термометры используют зависимость давления газа от температуры (рис. 3). То есть, по сути, они являются манометрами, шкалы которых размечены в единицах температуры. Газовые термометры, предназначенные для измерения низких температур делаются из стекла или кварца и наполняются водородом или гелием. Для очень высоких температур газовые термометры делают из сплава платины с родием, выдерживающего высокую температуру, и наполняют азотом. Границы измерений от -253°С до +1500°С.

Механические термометры действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется спираль из металла или биметалла – двух металлических полосок с разными способностями удлиняться при изменении температуры, скреплённых заклёпками (рис.4). Механические термометры применяют для измерений температуры жидкостей и газов в отопительных и санитарных установках, в системах кондиционирования и вентиляции, а также для измерений температуры сыпучих и вязких сред (например, теста или глазури) в пищевой промышленности.

Оптические термометры (пирометры) позволяют регистрировать температуру благодаря изменению светимости или спектра излучения тел (рис.5). Оптические термометры применяют для измерения температуры поверхности объектов в труднодоступных (и жарких) местах.

Это бесконтактный прибор, способный измерять, причем с точностью до нескольких градусов, уровень тепла в широчайшем диапазоне – от 100°С до 3000°С. Чаще всего на практике мы встречаемся с инфракрасными бытовыми термометрами. Такие градусники очень удобны, поскольку позволяют безопасно, быстро и точно определять температуру тела человека.

Акустические термометры используют зависимость между температурой какой-либо среды и скоростью распространения в ней звука (рис. 6). Акустические термометры применяют в диагностической медицине, для измерения глубинной температуры тела человека и животных.

Электронные термометры работают, используя изменение электропроводности металлических или полупроводниковых датчиков при изменениях температуры (рис. 7). Термометр сопротивления применяют, например, для измерения температуры внутри газовых котлов на теплоэлектростанциях. Датчик термометра на длинной ручке помещают внутрь бушующего в котле голубого пламени сгорающего газа, а корпус термометра держат в руках и видят температуру на табло.

Жидкокристаллические термометры создали в новосибирском Академгородке в 1993 году (рис. 8). Они представляют собой тонкую пленку толщиной всего в 20 микрон, изготовленную из особых материалов на основе жидких кристаллов. Чтобы измерить температуру, достаточно приклеить эту пленку на тело - жидкие кристаллы изменяют свой цвет от красного до синего и воспроизводят изображение температурного поля в виде яркой цветной картинки. Такая наглядная картина очень удобна при проведении диагностики внутренних воспалительных очагов, особенно у тяжелобольных, а также у животных. Термоиндикаторы обладают достаточно высокой чувствительностью, могут быть использованы многократно (пленка абсолютно безопасна и нетоксична) и позволяют продемонстрировать температурную картину не только в определенной точке, а по всей поверхности. Кроме медицины и ветеринарии жидкокристаллические термометры можно использовать для измерения температуры на поверхности изделий различной формы, для определения зон перегрева в радио- и электрооборудовании, при исследовании аэродинамического нагрева в самолетостроении, а также для визуализации невидимых инфракрасных и СВЧ-излучений.

Магнитные термометры - термометры, принцип действия которого основан на зависимости объемной магнитной восприимчивости вещества от температуры (рис. 9).

Шумовые термометры - термометры, принцип действия которого основан на использовании зависимости уровня тепловых шумов резистора от температуры (рис. 10).

Ядерные квадрупольные термометры - термометры, принцип действия которого основан на использовании зависимости частоты ядерного квадрупольного резонанса термометрического вещества от температуры (рис. 11).

На сегодняшний день имеется большое разнообразие термометров, предназначенных для измерения температур как в широком диапазоне (газовые), так и в узком (жидкокристаллические). Со времен Галилея термометры стали более совершенными и стали применяться в различных областях сферы человека. Сегодня нет ни одного дома, ни одной квартиры, ни одного учреждения без этого очень важного прибора.

Читайте также: