Термометрія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Термометрія

Термометрія (від термо ... і ... метрія ) , розділ прикладної фізики, присвячений розробці методів і засобів виміру температури. Т. є також розділом метрології, в її завдання входить забезпечення єдності і точності температурних вимірів: встановлення температурних шкал, створення еталонів, розробка методик градуювання і перевірки приладів для виміру температури.

загрузка...

  Температура не може бути виміряна безпосередньо. Про її зміну судять по зміні інших фізичних властивостей тіл (об'єму, тиску, електричного опору, едс(електрорушійна сила), інтенсивності випромінювання і ін.), пов'язаних з температурою певними закономірностями. Тому методи виміру температури є по суті методами виміру вказаних вище термометричних властивостей, які повинні однозначно залежати від температури і вимірюватися досить просто і точно. При розробці конкретного методу або приладу необхідно вибрати термометричну речовину, в якої відповідна властивість добре відтворюється і досить сильний змінюється з температурою.

  Для виміру температури (при будь-якому методі) необхідно визначити температурну шкалу.

  Методи виміру температури всілякі; вони залежать від принципів дії використовуваних приладів, діапазонів вимірюваних температур, умов вимірів і необхідної точності. Їх можна розділити на дві основні групи: контактні методи — власне термометрія, і безконтактні методи — Т. випромінювання, або пірометрія .

  Загальним і істотним для всіх контактних методів виміру температури є те, що всякий прилад, що вимірює температуру середовища, повинен знаходитися з нею в тепловій рівновазі (див. Температура ), тобто мати однакову з середовищем температуру.

  Основними вузлами всіх приладів для виміру температури є: чутливий елемент, де реалізується термометрична властивість, і пов'язаний з ним вимірювальний прилад, який вимірює чисельні значення цієї властивості.

  В газовій Т. термометричною властивістю є температурна залежність тиску газу (при постійному об'ємі) або об'єму газу (при постійному тиску), відповідно розрізняють — газовий термометр постійного об'єму і газовий термометр постійного тиску. Термометрична речовина в цих термометрах — газ, що наближається по своїх властивостях до ідеального. Рівняння стану ідеального газу pv = RT встановлює зв'язок абсолютної температури Т з тиском р (при постійному об'ємі V) або Т з об'ємом V (при постійному тиску). Газовим термометром вимірюють термодинамічну температуру. Точність приладу залежить від міри наближення використовуваного газу (азот, гелій) до ідеального.

  В конденсаційних термометрах термометричною властивістю є температурна залежність тиску насиченої пари рідини. Чутливий елемент — резервуар з рідиною і знаходяться з нею в рівновазі насиченими парами — сполучений капіляром з манометром. Термометричні речовини — зазвичай низькокиплячі гази: кисень, аргон, неон, водень, гелій. Для обчислення температури по виміряному тиску користуються емпіричними співвідношеннями. Діапазон вживання конденсаційного термометра обмежений. Високоточні термометри (до 0,001 град ) служать для реалізації крапок реперів (див. Міжнародна практична температурна шкала ) .

  В термометрах рідинних термометричною властивістю є теплове розширення рідин, термометричною речовиною — головним чином ртуть. При визначенні температури не виробляють вимірів об'єму рідини; для цього при виготовленні калібрують капіляр термометра в °С, тобто по його довжині наносять відмітки з інтервалами, відповідними зміні об'єму при заданій зміні температури. Точність термометра залежить від точності калібрування.

  В термометрах манометричних, які є приладами технічного вживання, використовуються ті ж термометричні властивості, що і в рідинних або газових термометрах.

  В термометрах опору термометричною властивістю є температурна залежність електричного опору чистих металів, сплавів, напівпровідників; термометричної речовини вибираються залежно від області температурних вимірів і необхідної точності. Для визначення температури по виміряному електричному опору користуються емпіричними формулами або таблицями. Термометри для точних вимірів (платина, легований германій) градуюються індивідуально.

  В термометрах термоелектричних з термопарою як чутливий елемент термометричною властивістю є термо-едс термопари; термометричні речовини всілякі і вибираються залежно від сфери застосування і необхідної точності. Для визначення температури по виміряній едс(електрорушійна сила) також користуються емпіричними формулами або таблицями. У зв'язку із специфікою термоелектричного термометра (диференціального приладу) його точність залежить від точності підтримки і виміру температури одного із спаїв термопари (спаю «репера»).

  Вимірювальні прилади, якими визначають чисельні значення термометричних властивостей ( манометри, потенціометри, логометри, мости вимірники, мілівольтметри і т. д.), називаються вторинними приладами. Точність виміру температури залежить від точності вторинних приладів. Термометри технічного вживання зазвичай індивідуально не градуюються і комплектуються відповідними вторинними приладами, шкала яких нанесена безпосередньо в °С.

  В діапазоні криогенних (нижче 90 До) і наднизьких (нижче 1 До) температур, окрім звичайних методів виміру температур, застосовуються специфічні (див. Низькі температури ) . Це — магнітна термометрія (діапазон 0,006—30 До; точність до 0,001 град ) ; методи, засновані на температурній залежності Мессбауера ефекту і анізотропії g-віпромінювання (нижче 1 До), термошумової термометр з перетворювачем на Джозефсона ефекті (нижче 1 До). Особливою складністю Т. в діапазоні наднизьких температур є здійснення теплового контакту між термометром і середовищем.

  Для забезпечення єдності і точності температурних вимірів служить Державний еталон одиниці температури — кельвін, що дозволяє в діапазоні 1,5—2800 До відтворювати Міжнародну практичну температурну шкалу (МПТШ) з найвищою досяжною в даний час точністю. Шляхом порівняння з еталоном значення температур передаються зразковим приладам, по яких градуюються і перевіряються робочі прилади для виміру температури. Зразковими приладами є германієві (1,5— 13,8 До) і платинові [13,8—903,9 До (630,7 °С)] термометри опору, платінородій (90% Pt, 10% Rd) — платинова термопара (630,7—1064,4 °С) і оптичний пірометр (вище 1064,4 °С).

  Літ.: Попів М. М., Термометрія і калориметрія, 2 видавництва, М., 1954; Методи виміри температури. Сб., ч. 1—2, М., 1954; Температура і її вимір. Сб., пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1960; Сосновський А. Р., Столярова Н. І., Вимір температур, М., 1970.

  Д. Н. Астров, Д. І. Шаревськая.