Государственное профессиональное

Государственное профессиональное

образовательное учреждение

«Енакиевский металлургический техникум»

ПМ 01. МДК. 01.02 Методы осуществления стандартных и сертификационных испытаний, метрологических поверок средств измерений

Раздел 2. Технологические измерения параметров процесса

Тема 2 «Измерение температуры»

Тема 2.1

Лекция 27

 « Температура. Температурные шкалы. Методы измерения температуры в промышленности и их характеристика »

План.

1.. Понятие температуры и принцип построения температурной шкалы.

2. Термодинамическая шкала. Международная практическая шкала температур МПТШ.

3. Методы измерения температуры в промышленности и их характеристика.

4. Контрольные вопросы.

5. Вопросы для самостоятельного изучения.

6. Литература. Информационные ресурсы.

 

 

Преподаватель ____________________ Г.В. Лунина

 

1. Одним из основных параметров, определяющих ход металлургических процессов, является температура. Работа металлургических агрегатов характеризуется температурой металла, шлака, топлива, дымовых газов, воздуха, кладки, других средств и элементов рабочего пространства. Точное и надёжное измерение данной величины в значительной мере определяет эффективность функционирования АСУ ТП. Многообразие задач предопределило появление большого числа различных методов и средств измерения температуры.

Температура – это физическая величина, характеризующая тепловое состояние (степень нагретости) тела и является мерой его внутренней кинетической энергии.

Из определения температуры следует, что она не может быть измерена непосредственно и судить о ней можно по изменению других физических свойств тел (объема, давления, электрического сопротивления, термоЭДС, интенсивности излучения и т.д.). Эти свойства тел называют термометрическими, а вещества, характеризующиеся такими свойствами, также называются термометрическими. По этой причине невозможно создать эталон температуры, подобно тому, как создаются эталоны других величин.

Средство измерения температуры называют термометром.

Температура является важнейшим параметром оценки степени нагретости тел. С древнейших времен люди пытались найти количественную оценку теплового состояния всего, что их окружало.

В отличие от измерения длины, веса, времени прошло длительное время, пока на смену субъективным впечатлениям при определении температуры не пришли точные и единые методы измерений. Попытки наглядного представления температурных изменений (охлаждения и нагревания) известны еще с древних времен, при этом использовали для этой цели термическое расширение воздуха. Первый термометр, построенный на этом принципе, был предложен Галилеем в 1592 г. Этот прибор, названный в свое время термоскопом, не имел никакой шкалы, так что выразить его показания числом было невозможно. Термоскопы, которые делал Галилей, состояли из стеклянного шара 1 (рисунок 1 а), наполненного воздухом; от нижней части шара отходила трубка, частично заполненная водой и заканчивающаяся в сосуде 2, в которой также находилась вода

                             

а)                                                       б)

Рисунок 1. Первые термометры

а) термоскоп Галилея; б) термометр Герика

В теплое время воздух в шаре расширялся и уровень воды в трубке понижался, а в холодное время объем воздуха уменьшался и вода из сосуда 2 под действием атмосферного давления поднималась по капиллярной трубке. Таким образом, по высоте подъёма жидкости в трубке можно судить о степени нагретости атмосферного воздуха. Однако, высота столбика зависела не только от температуры, но и от изменения атмосферного давления и получать точные результаты измерений с помощью такого термометра было невозможно.

Более совершенный и простой термометр был предложен известным немецким естествоиспытателем Гериком, который сделал первый шаг на пути к построению температурной шкалы.

Его термометр состоял из латунного шара, заполненного воздухом, и изогнутой в форме буквы U трубки со спиртом (рисунок 1 б).

Температуру в этом термометре показывал деревянный человечек, который с помощью шнура и блока был связан с латунным поплавком, плавающим в открытом конце термометра. В термометре в середине шкалы стояла точка, около которой указатель останавливался при первых заморозках, и эта точка была выбрана за начало шкалы.

Однако, идея использования газа в качестве среды, чувствительной при изменении температуры, не получила в то время распространение и вместо газовых стали использоваться жидкостные термометры.

Есть еще одно определение температуры: температура – это характеристика состояния вещества, определяющая направление передачи энергии путем теплообмена.

Для определения изменяющегося уровня теплового состояния необходимо иметь непрерывный ряд значений выбранного свойства термометрического вещества, т.е. температурную шкалу под которой таким образом понимается непрерывная совокупность чисел линейно связанных с числовыми значениями данного достаточно точно измеряемого физического свойства являющегося однозначной и монотонной функцией температуры.

Для построения известных температурных шкал обычно используют две постоянные реперные (основные) точки t₁и t₂, в качестве которых выбирают легко воспроизводимые температуры, неизменность которых может быть обоснована общими физическими соображениями, например точки кипения или затвердевания химически чистых веществ. Температурный интервал  обычно принято называть основным интервалом температурной шкалы. Этот интервал делят на N равных частей, и  часть основного интервала принимается за единицу измерения температуры, которой присваивается наименование «градус». Таким образом

Далее выбирается одно из термометрических свойств тела и определяется его связь с температурой.

2. С момента изобретения термометра Г. Галилеем в 1595г. предлагалось много различных температурных шкал.

М.В. Ломоносов создал температурную шкалу, основанную на тепловом расширении жидкостей. Основной температурный интервал между температурами кипения воды и таяния льда в его термометре был разбит на 150 равных частей.

В системе СИ основной единицей является Кельвин, который является единицей измерения в так называемой абсолютной термодинамической шкале. Градус Кельвина определяется как 1/273,16 часть температуры тройной точки воды. Последняя есть температура равновесного состояния водяного пара, жидкой воды и льда. Для воспроизведения Кельвина интервал между абсолютным нулем температуры и температурой тройной точки воды делится на 273,16 части. Данная температурная шкала не зависит от частных свойств применяемого термодинамического вещества.

Практическое измерение термодинамической температуры осуществляется газовыми термометрами, однако, такие приборы являются довольно громоздкими и сложными и для повседневных практических целей весьма неудобны. Поэтому предпринимаются попытки развить более удобные методы измерения температуры, результаты которых по возможности приближались бы к значениям термодинамической температуры, т.е. термодинамическая шкала заменяется "практической температурной шкалой". Для этого выбирается некоторое количество хорошо воспроизводимых опорных точек, термодинамические температуры которых тщательно измерены и зафиксированы при помощи газовых термометров. С помощью опорных точек градуируются приборы для измерения температуры, показания которых между опорными точками описываются хорошо известными функциями термодинамической температуры.

Привычная нам десятичная температурная шкала была предложена А. Цельсием в 1742 году, в которой расстояние по шкале между точкой таяния льда и точкой кипения воды делилось на 100 частей. Градус Цельсия узаконен в системе СИ как производная единица, определяемая по

формуле:

Т(°С)=Т(К)-273,15.

Во многих странах Западного полушария и в первую очередь в США общепринятой является шкала Фаренгейта. В качестве нижней опорной точки (0°F) изобретатель шкалы использовал температуру замерзания солевого раствора, самую низкую воспроизводимую в то время, а в качестве верхней точки - температуру тела человека (96°F – в старину было принято считать дюжинами). Сам изобретатель определял вторую эталонную точку как температуру под мышкой здорового англичанина. Согласно этой шкалы, разность температур между таянием льда и кипением воды делится на 180 частей, а температуре таяния льда приписана температура 32°F. 

Перевод единиц измерения температуры. Градусы по шкале Фаренгейта (F) в градусы по шкале Цельсия (C) и наоборот. Формулы.

Из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия:		Из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта:

Не имеет смысла вводить температуры ниже, чем -273,15 ^oС или -459,67 ^oF, потому что это - абсолютный ноль температуры (0 К).

Государственное профессиональное

образовательное учреждение

«Енакиевский металлургический техникум»