Методы измерения температуры

Существуют два основных метода измерения температур — контактные и бесконтактные.

 Контактные методы основаны нанепосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Для реализации контактных методов измерения применяются термометры расширения (жидкостные, манометрические, биметаллические), термопреобразователи сопротивления (проводниковые и полупроводниковые) и термоэлектрические преобразователи. Этому способу присущи свои недостатки. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.

Бесконтактный метод о снован на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объекта. Бесконтактные измерения температуры осуществляются пирометрами (квазимонохроматическими, спектрального отношения и полного излучения).

Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности. Бесконтактные методы измерения не оказывают никакого влияния на температуру среды или тело. Но зато они сложнее и их методические погрешности существенно больше, чем у контактных методов.

Существует несколько методов измерения температуры тел по их излучению. Наиболее распространены следующие:

• яркостный — измерение энергии монохроматического излучения, т.е. излучения определенной длины волны (обычно λ = 0,65 мкм);
• радиационный — измерение энергии всего спектра излу­чения.

 

Серийно выпускаемые термометры и термопреобразователи охватывают диапазон температур от - 260 до 2200°С и кратковременно до 2500°С. Бесконтактные средства измерения температуры серийно выпускаются на диапазон температур от 20 до 4000°С.

По принципу действия все контактные термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:

 

Термометры расширения:

1. Жидкостные стеклянные (от -260 до + 700 С.)

Принцип действия основан на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры. При изменении температуры объём жидкости изменяется, вследствие чего столбик жидкости в капилляре поднимается или опускается на величину, пропорциональную изменению температуры.

Основными элементами конструкции являются резервуар с припаянным к нему капилляром, заполненные частично термометрической жидкостью, и шкала.

Отличаются высокой точностью, простотой устройства и дешевизной. Однако стеклянные термометры хрупки, как правило, неремонтопригодны, не могут передавать показания на расстояние.

Наибольшее распространение получили ртутные термометры, так как ртуть остаётся жидкой в широком интервале температур. Недостатком ртути является малый коэффициент объёмного расширения, что определяет необходимость изготовления термометров с тонкими капиллярами.

 

2. Манометрические термометры (от —200 до +600 °С)

Манометрические термометры предназначены для непрерывного дистанционного измерения температуры жидких и газообразных нейтральных сред в стационарных условиях.

Принцип действия основан на измерении давления (объема) рабочего вещества в замкнутом объеме в зависимости от изменения температуры Основными частями манометрических термометров являются термобаллон (чувствительный элемент), капилляр и деформационный манометрический преобразователь, связанный со стрелкой прибора.

По принципу действия различаются газовые, жидкостные и конденсационные манометрические термометры.

Жидкостные манометрические термометры – это термосистема, заполненная жидкостями (ксиол, метиловый спирт, ртуть и др.)

Газовые манометрические термометры – это термосистема, заполненная инертным газом (преимущественно азотом)

Конденсационные манометрические термометры – это термосистема, заполненная низкокипящими жидкостями (ацетон, бензол, фреон, хлористый метил)

Достоинством манометрических термометров являются: возможность измерения температуры без использования дополнительных источников энергии, сравнительная простота конструкции, возможность автоматической записи показаний, взрывобезопасность, нечувствительность к внешним магнитным полям.

К недостаткам относятся: относительно невысокая точность измерения, трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы, низкая прочность капилляра, небольшое расстояние дистанционной передачи показаний, значительная инерционность.