3.1.2. Методы и приборы измерения температуры

Измерение температуры основано на температурной зависимости какого - либо свойства вещества. При этом выделяют:

1. Называемые термометрами приборы с принципом действия, основанным на эффекте расширения тел при их нагревании.

2. Электронные контактные термометры с терморезисторным датчиком. Электрическое сопротивление металлического терморезистора линейно растет при увеличении температуры, а полупроводникового терморезистора - снижается с логарифмической зависимостью. Полупроводниковые терморезисторы имеют большую чувствительность, но обладают меньшей стабильностью параметров во времени и работоспособны при более низких температурах (до 100^оС). Электронный прибор производит измерение сопротивления терморезистора и выводит на цифровой или стрелочный индикатор результаты, которые градуированы в единицах температуры.

3. Электронные контактные термометры с датчиком в виде термопары. Термопара представляет собой спайку двух проводников из различающихся материалов. Включающая термопару замкнутая электрическая цепь имеет две спайки. В такой замкнутой электрической цепи вырабатывается напряжение, пропорциональное разности температур спаек. Температура одной из спаек термостабилизируется, а вторая спайка является датчиком. Вырабатываемое напряжение выводится на индикатор температуры.

4. Для определения достижения температурой какого-либо значения используют:

▫ электроконтактные ртутные термометры, в которые впаяны проводники, замыкаемые при нагревании и расширении ртути;

▫ электрические контакты, замыкаемые биметаллической пластиной. Биметаллическая пластина состоит из соединенных плоскостями пластин из металлов с различающимися коэффициентами теплового расширения.

▫ термометры на жидких кристаллах, в которых изображение становится видимым при достижении ими определенной температуры.

5. Для дистанционного измерения температуры используют пирометры - приборы, измеряющие тепловое излучение, приходящее от анализируемого объекта [5]. При помощи оптической системы излучение от исследуемого объекта фокусируется на приемнике излучения, а затем преобразуется в электрический сигнал. Выделяют следующие типы пирометров:

▫ пирометры полного излучения, которые принимают излучение видимого и инфракрасного широкого спектрального диапазона. Схематично прибор представлен на рис. 9а. Пирометр полного излучения работает следующим образом: излучение нагретого объекта объективом О фокусируется на приемной площадке преобразователя П, на выходе которого появляется электрическое напряжение, зависящее от температуры исследуемого объекта. Данное напряжение через усилитель У поступает на индикатор И, который отградуирован в единицах измеряемой температуры. Эти приборы позволяют измерять температуру практически любых природных объектов в диапазонах от -50^оС до +100^оС. На показания такого пирометра существенно влияет прозрачность среды между объектом и пирометром;

▫ цветовые пирометры с исчезающей нитью, которые применяются для измерения температур от +400 до +1600^оС. Схема пирометра представлена на рис. 9б. Объектив О формирует изображение исследуемого объекта в плоскости формирования изображения. В этой же плоскости расположена нагреваемая электрическим током нихромовая спираль. Нагрев спирали регулируется потенциометром до совпадения ее цвета (а, следовательно, и температуры) с цветом исследуемого объекта. Факт совпадения температур (исчезновения изображения спирали на фоне объекта) наблюдается визуально через окуляр О₁. Температура спирали, а, следовательно, и объекта зависит от нагревающего его тока, который измеряется амперметром – индикатором И, отградуированным в единицах измеряемой температуры;

▫ пирометры, измеряющие излучение в узких спектральных интервалах. Данные приборы менее чувствительны к коэффициенту излучения поверхности анализируемого объекта и прозрачности среды. Эти пирометры не позволяют измерять малые температуры удаленных объектов.