Приборы для измерения температуры

1. ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температурой называется величина, определяющая тепловое состояние вещества и характеризующая степень его нагретости, В промышленности строительных материалов температура является одним из важнейших параметров, характеризующих ход технологического процесса. Технологический процесс производства большинства видов строительных материалов связан с потреблением значительных количеств тепла. В ряде случаев тепловые процессы, например, обжиг клинкера, обжиг и сушка керамических изделий, варка стекла, твердение асбестоцементных изделий, являются основной частью технологии производства и требуют тщательного контроля. При измерении температуры, применяют две температурные шкалы: термодинамическую с единицей температуры "Кельвин" (К) и международную практическую с единицей температуры градус Цельсия (° С).

Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина) построена в соответствии со вторым законом термодинамики. В термодинамической шкале Кельвина нижней точкой является точка абсолютного нуля, а единственной экспериментальной опорной точкой - тройная точка воды. Этой точке присвоено значение числовое 273,16 К.  Тройная, точка воды - точка равновесия воды в твердой, жидкой, газообразной фазах - лежит выше точки таяния льда на 0,01 К,  Термодинамическую температуру обозначают буквой Т в Кельвинах (К), Кельвин - единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Измерить температуру вещества   непосредственным сравнением с единицей величины, как измеряют другие физические величины, например, длину, вес, объём, невозможно, так как для измерения температуры не существует образца. Поэтому для измерения температуры обычно используют изменения какого-либо физического свойства тела, зависящего от его температуры и легко поддающегося измерению. При измерении температуры тело, для которого хорошо изучены зависимость его физических свойств от температуры, приводится в соприкосновение с веществом, температуру которого необходимо измерить. В результате соприкосновения через некоторое время наступает тепловое равновесие, и физические свойства тела изменяются. По изменению физических свойств и определяют температуру вещества. К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измерения температуры, относятся: объёмное расширение тел, изменения давления вещества в замкнутом объёме термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников и т.д. При использовании свойства нагретых тел излучать лучи измерение температуры, проводится без соприкосновения с обследуемым веществом, средой (бесконтактный способ).

2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ

2.1.Классификация   приборов

Для измерения температуры применяются термометры. Термометр - прибор, служащий для измерения температуры путем преобразования её в показания или сигнал, являющийся известной функцией температуры.

Часть термометра, преобразующая тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре называют чувствительным элементом термометра,  а измерительную установку, состоящую из термометра, не имеющего собственной шкалы и вторичного прибора, преобразующего выходной сигнал термометра в численную величину - термокомплектом.

Приборы для измерения температур классифицируются на три группы (таб.2.1). Пирометры (третья группа) являются бесконтактными приборами.

 Таблица 2.1

Классификация приборов для измерения температур

Группа приборов	Пределы измерения, °С
1. Термометры      расширения      сопротивления	минус 200…650 минус 200…650
2. Термоэлектрические термометры	минус 50…2500
3. Пирометры	свыше 100

 

Примечание: Защитные трубки, арматура и любые другие детали, участвующие в теплообмене между измеряемым объектом и чувствительным элементом термометра, всегда (даже когда возможна разборка) должны рассматриваться как составные части термометра, а не как самостоятельные вспомогательные приспособления.

 

2.2. Приборы  для измерения температуры контактным методом

Для измерения температуры контактным методом применяются приборы первых двух групп классификации (см.таб.2.1).В зависимости от физических свойств, явлений, положенных в основу метода и используемых материалов, различают следующие девять видов термометров:

1. термометр расширения – термометр, действие которого основано на использовании зависимости удельного объёма вещества от температуры;

2) газовый термометр постоянного  давления - термометр, действие которого  основано на использовании зависимости  удельного объёма газа, находящегося под постоянным давлением, от температуры;

3)  жидкостный термометр - термометр, действие которого основано на  использовании теплового расширения  жидкости, допускается использование терминов "ртутный термометр", "спиртовой термометр" и т.д.;

4) дилатометрический  термометр – термометр, ,действие которого основано на тепловом расширении твердых тел;

5) манометрический  термометр – тёрмометр действие которого основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объёме от температуры;

6) газовый термометр  постоянного объёма - термометр, действие  которого основано на использовании  зависимости давления газе при  постоянном объёме от температуры;

7. конденсационный термометр - термометр, действие которого основано на использовании зависимости давления насыщенных паров жидкости от температуры (термин "парожидкостный термометр" относится к недопустимым терминам);

8)  термометр сопротивления - термометр, действие которого основано  на использовании зависимости  электрического сопротивления вещества  от температуры; 

9) термоэлектрический термометр - термометр, действие которого основано  на использовании зависимости  термоэлектродвижущей силы термопары  от температуры.

Термин "термопара" ("термоэлектрический пирометр") относится: к недопустимым терминам. Термопара является только чувствительным элементом термоэлектрического термометра. Поэтому недопустимо называть термопарой прибор, имеющий защитный чехол, керамические изоляторы и т.д.

2.3. Приборы  для измерения температуры бесконтактным методом

К приборам для измерения температуры бесконтактным методом относятся пирометры.

Пирометры - это термометры, действие которых основано на использовании теплового излучения нагретых тел. В эту группу входят девять видов приборов:

I)  яркостный пирометр - пирометр, действие которого основано на измерении яркости нагретого тела;

2)   радиационный  пирометр - пирометр, действие которого  основано на измерении мощности  излучения, нагретого тела;

3)  цветовой пирометр (пирометр  спектрального отношения) - пирометр, действие которого основано на измерении распределения энергии в спектре теплового излучения тела;

4.   монохроматический пирометр - пирометр, использующий для измерения температуры излучения такой узкой спектральной области, что сигнал, получающийся на приемнике при визирований черного тела температуры Т через нейтральносерый поглотитель, будет равен сигналу, получающемуся при визировании без поглотителя черного тела температуры Т;
5. пирометр суммарного излучения - пирометр, использующий для измерения температуры излучения такой широкой спектральной области, что он не удовлетворяет условиям, предъявленным к монохроматическому пирометру;
6. ультрафиолетовый пирометр - пирометр, использующий излучение ультрафиолетовой области спектра;

7) оптический пирометр - пирометр, использующий излучение  видимой области спектра;

8) инфракрасный пирометр - пирометр, использующий излучение  инфракрасной области спектра;

9. радиопирометр - пирометр, использующий излучение микрорадиоволновой области спектра;
 

1. Общие сведения об измерении давления  
   и разряжения

 

На заводах строительных материалов широко используются приборы для измерения давления, разряжения и перепадов давления, с помощью которых контролируют давление газа в газопроводах, давление сжатого воздуха в магистралях, давление масла в трубопроводах, разряжение в газоходах сушильных агрегатов, аспирационных установках и т.д.

Давлением называется сила, действующая на единицу поверхности

,     (1.1)

где Р – давление; F – нормальная составляющая силы, приложенной к поверхности; S – площадь поверхности.

Различают динамическое и статическое давление. Динамическое давление – это давление, обусловленное скоростью движущегося потока газа (жидкости). Статическое – это давление зависящее от запаса потенциальной энергии газовой (жидкостной) среды. При дальнейшем изложении термином давление будем называть статическое давление.

Основной единицей для измерения давления является Ньютон на квадратный метр. Давление в 1 Н/м2 испытывает 1 м2 плоской поверхности под действием равномерно распределённой, перпендикулярной к этой поверхности силы в 1Н. Кратными единицами давления являются килоньютон на квадратный  метр (КН/м2), меганьютон на квадратный метр (МН/м2) и др. Помимо системы СИ Государственные стандарты разрешают применять системы МКС, МКГСС и др. (до 1975г.). В качестве единицы измерения давления в системе МКГСС применяют килограмм-силу, действующую на 1 квадратный метр (кгс/м2), или килограмм на квадратный сантиметр (кгс/см2):

1кгс/м3 = 1х10-4 кгс/см2 = 9,80665Н/м2 = 1 мм вод. ст.

Давление в 1 кгс на 1см2 называют технической атмосферой; это давление уравновешивается столбом ртути высотой 735,56 мм. Физическая атмосфера уравновешивается столбом ртути высотой 760мм.

Для измерения небольших давлений в технике также используют такие единицы давления, как 1 мм ртутного столба (мм рт. ст.) и 1мм водяного столба(мм вод. ст.).

Единицы давления связаны между собой следующими соотношениями:

1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2 =10000 мм вод ст = 735,559 мм рт. ст. = =9,80665х104 Н/м2

При изменении статического давления различают атмосферное (барометрическое Рб), избыточное (Р), абсолютное давление (Ра). Избыточное давление – это давление выше атмосферного. Технические приборы, не изолированные от атмосферы, могут показывать только избыточное давление. 
Абсолютное давление – это давление равное сумме атмосферного (Рб) и избыточного давления (Р)

     (1.2)

Давление ниже атмосферного называют разрежением. Разряжение более 500 мм рт. ст. принято называть вакуумом.

Приборы для измерения давления и разряжения можно разделить на следующие группы:

1. Барометры – для измерения атмосферного давления;
2. Манометры – для измерения избыточного давления;
3. Вакуумметры – для измерения вакуума;
4. Напоромеры – для измерения небольшого изьбыточного давления;
5. Тягомеры – для измерения небольших разряжений;
6. Мановакуумметры – для измерения давления и разряжения;
7. Тягонапоромеры – для измерения небольшого давления и разряжения;
8. Дифференциальные манометры – для измерения разности давления. 

По принципу действия приборы разделяются на жидкостные, пружинные, поршневые и электрические.