Сравнение методов измерения температуры воздуха

Сравнение методов измерения температуры  воздуха.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Температура как физическая величина является одним из определяющих параметров состояния, позволяющих  контролировать протекание самых различных  производственных процессов. Измерение  температуры - важнейший источник информации о ходе физических явлений и об изменении состояния вещества. Поскольку  из всех термодинамических функций  состояния вещества температура  наиболее изучена в метрологическом  отношении, ее практически оказывается  полезным измерять взамен прямого измерения  ряда характеристик объекта, зависящих  от его состояния и непосредственно  интересующих технолога. К таким  характеристикам относятся энергия  вещества, его химическая активность, вязкость, твердость, изменение его  химического или фазового равновесия, скорость изменения структуры, тепловое расширение, изменение электрических  и магнитных свойств и т.д.

В то же время измерению  температуры контактными методами с помощью термометров, приводимых в тепловой контакт с объектом измерения, присущи специфические  трудности, резко возрастающие по мере повышения температуры. Эти трудности  связаны с выбором материала  для чувствительного элемента, которые  бы обеспечивали стабильность показаний  и минимальное воздействие на объект измерений, с выбором изоляционных материалов для электрических термометров. Погрешности, связанные при контактных измерениях с несовершенством теплового  равновесия между термометром и  объектом, с плохим тепловым контактом  и посторонними тепловыми влияниями  могут быть значительными.

Измерение температуры по тепловому излучению создает  возможность обойти все эти трудности, так как отсутствует прямое воздействие  температуры на конструкционные  материалы измерительного прибора, а само измерение осуществляется бесконтактно.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ  РЕШЕНИЙ

1.1 Способы измерения  температуры

1.1.1 Понятие о  температуре и температурных  шкалах

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

Температура воздуха в  глобальном смысле – это один из параметров воздуха (состояние его нагретости или охлажденности) в окружающей среде, который можно выразить количественно. Это одна из основных характеристик погоды и климата, которая оказывает прямое влияние на деятельность человека, животных, природы в целом, на геофизические и климатические процессы, протекающие на земном шаре вообще.

Температурные шкалы - шкалы, которые градуированы в единицах температуры. Их можно классифицировать в зависимости от начальной точки отсчета и величины градусности температур.

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, определяющая начало отсчета шкалы.

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. Потому 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.

1.1.2 Классификация  термометрических свойств

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

Перечислим наиболее распространенные термометрические свойства на основе которых функционируют датчики температуры:

- тепловое расширение;

- изменение давления;

- изменение электрического  сопротивления;

- термоэлектрические эффекты;

- тепловое излучение.

Примеры устройств для измерения температуры в зависимости от используемого термоэлектрического свойства приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Устройства для  измерения температуры

Термометрическое свойство	Наименование устройства
Тепловое расширение	Жидкостные стеклянные термометры
Изменение давления	Манометрические термометры
Изменение электрического сопротивления	Электрические термометры сопротивления.
	Полупроводниковые термометры сопротивления
Термоэлектрические эффекты	Термоэлектрические термометры (термопары) стандартизованные
	Термоэлектрические термометры (термопары) специальные
Тепловое излучение	Оптические пирометры.
	Радиационные пирометры.
	Фотоэлектрические пирометры.
	Цветовые пирометры

 

 

►Тепловизоры - инфракрасные камеры – Testo, Fluke, SDS HotFind, Flir

Тепловизор – оптико-электронный измерительный прибор, предназначенный для бесконтактного наблюдения и фиксации распределения температуры исследуемой поверхности.  Тепловизоры в настоящее время являются полноценным компонентом набора инструментов технических инженеров – контроль температуры применяется во всех отраслях промышленности и строительства. Оперативное и своевременное обследование может указывать об изменении температур исследуемых поверхностей - что является признаком неисправности. Своевременный ремонт позволяет избегать полной поломки дорогостоящего оборудования и остановки производственного процесса. Широко применяются тепловизоры в строительстве и ЖКХ при оценке теплоизоляционных свойств конструкций – при помощи тепловизора можно быстро и наглядно определить области теплопотерь в зданиях.

►Пирометры.

Пирометр (инфракрасный термометр) – компактный прибор для бесконтактного измерения температуры в диапазоне  от -50 до 3000 °C на расстояниях от 1 до 30м. Преимущество и достоинство пирометра - возможность дистанционно бесконтактно измерять температуру в труднодоступных, горячих, вращающихся или опасных  местах, доступная цена и простота эксплуатации.

►Цифровые электронные термометры

Используются для измерения  температуры жидких, сыпучих и  вязких веществ, воздушно-газовых смесей в различных отраслях, где необходим  температурный контроль. Цифровые термометры являются идеальным решением задач измерения и контроля температуры в теплоэнергетике, ЖКХ, нефтегазовой промышленности, на промышленных предприятиях, транспорте, пищевой и перерабатывающей промышленности, сельском хозяйстве. Особенность цифровых термометров является быстрое измерение температуры, высокая точность измерений, небольшой размер термометра, автономность питания.

►Термопреобразователи, датчики температуры

Пприборы, предназначенные для непрерывного измерения температуры жидкости, пара, газа и других сред (в т.ч. агрессивных) на объектах различных отраслей промышленности. Конструктивные модификации термопреобразователей и полный типоразмерный ряд исполнений, позволяет применять их во всех отраслях промышленности.

►Электроконтактные и манометрические термометры

Ппредназначены для сигнализации о заданной температуре и для включения или выключения соответствующего оборудования при достижении этой температуры. Электроконтактные термометры могут работать в системах для поддержания постоянной (заданной) температуры от -35 до +300°С в различных промышленных, лабораторных, энергетических и других установках. Манометрические термометры - область измерения температур манометрическими термометрами колеблется в диапазоне от -60 до +600°С.

►Биметаллические термометры

Термометр биметаллический  относится к термометрам техническим, предназначенным 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 в промышленности.

►Жидкостные термометры

Термометр жидкостный, прибор для измерения температуры, принцип  действия которого основан на тепловом расширении жидкости. Широко применяются  в технике и лабораторной практике для измерения температур в диапазоне  от –200 до 750 °С

Измерение температуры

К списку статей

 

Температура является важным параметром, определяющим не только протекание технологического процесса, но и свойства вещества. Для измерения температуры  в системе единиц СИ принята температурная  шкала с единицей температуры  Кельвин (К). Начальной точкой этой шкалы  является абсолютный нуль (0 К).

 

Для технологических измерений  часто применяют температурную  шкалу с единицей температуры  градус Цельсия (°С),

 

Для измерения температуры  используют различные первичные  преобразователи, отличающиеся способом преобразования температуры в промежуточный  сигнал. В промышленности наибольшее применение получили следующие первичные  преобразователи: термометры расширения, манометрические термометры, термометры сопротивления, термопары (термоэлектрические пирометры) и пирометры излучения. Все они, за исключением пирометров излучения, в процессе эксплуатации находятся в контакте с измеряемой средой.

 

Термометры расширения

Действие термометров  расширения основано на изменении объема жидкостей и твердых тел при  изменении температуры. Из термометров  расширения наиболее широко применяют  жидкостные стеклянные термометры. Такой  термометр заполняется жидкостью (ртуть, толуол, этиловый спирт и  др.), которая с увеличением темпера  туры расширяется и поднимается  вверх по капилляру.

 

Таким образом, температура, измеряемая жидкостным термометром, преобразуется  в линейное перемещение жидкости. Шкала наносится прямо на поверхность  капилляра или прикрепляется  к нему снаружи.

 

При монтаже стеклянный термометр  помещают в защитную металлическую  оправу, изолирующую его от измеряемой среды.

 

Манометрические термометры

Действие манометрических  термометров основано на изменении  давления газа, пара или жидкости в  замкнутом объеме при изменении  температуры. Манометрический термометр  состоит из термобаллона, гибкого капилляра и манометра.

 

В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые, парожидкостные и жидкостные.

 

Термобаллон манометрического термометра помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра градуируется в единицах температуры. Капилляр (обычно латунная трубка внутренним диаметром, составляющим доли миллиметра) позволяет удалить манометр от места установки термобаллона. Капилляр по всей длине защищен оболочкой из стальной ленты. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами.