1.1. Контактні методи вимірювання температур.
1.1.1. Термометри розширення
Методи вимірювання температур досить детально викладені в роботі [1,2].
У рідинних скляних термометрах для визначення температури використовується теплове розширення спеціальної термометрической рідини. Термометрична рідина укладена в тонкостінний скляний резервуар, з'єднаний з капіляром, з яким пов'язана температурна шкала.
Внаслідок відмінності теплового розширення рідини і скляного резервуара при зміні температури змінюється довжина стовпчика рідини, що знаходиться в капілярі.
змочувати або несмачіваемих термометричні рідини повинні мати достатню об'ємної стабільністю в умовах роботи термометра. В якості несмачіваемих металевої рідини служить найчастіше чиста і осушена ртуть. Вона використовується для вимірювання температур в діапазоні від -38,5 Вє С до 630 Вє С.
Термометри з кварцового скла для вимірювання температур до 800 Вє С наповнені ртуттю. Для вимірювання температур до -200 Вє С застосовують термометри, наповнені смачивающей органічної рідиною.
Для зручності спостережень і полегшення відліків в Термометрична рідину додають блакитне або червоне барвник. Барвник ні в якому разі не повинно виділятися з рідини і звужувати перетин капіляра через осадження на стінках. Неправильно вибране барвник може викликати похибка до 2 К. рідина повинна мати малу в'язкість, щоб час встановлення покази через повільного протікання рідини при охолодженні термометра було можливо меншим. В якості змочувальних термометричних рідин придатні: толуол (від -90 Вє С до 100 Вє С), спирт (від 110 Вє С до 210 Вє С), пентанової суміш (від -200 Вє С до 30 Вє С). Через гіршу теплопровідності і більшої в'язкості цих рідин інерційність таких термометрів більше, ніж ртутних.
У всіх термометрах не допускається наявність в рідині пухирців газу або пари, які можуть розірвати стовпчик. Слід також стежити за тим, щоб не відбувалося випаровування і конденсації рідини у вільному просторі капіляра. У термометрів зі смачивающей рідиною це може призводити до похибки в кілька десятих градуса вже при порівняно низьких температурах. Тому вільний простір капіляра часто заповнюють висушеним і очищеним від кисню інертним газом під тиском, підвищуючи тим самим крапку кипіння рідини (надлишковий тиск в 1 бар для температур до 350 Вє С. 20 бар до 600 Вє С, 70 бар до 750 Вє С). Тільки у ртутних термометрів для вимірювань нижча 200 Вє С можна використовувати вакуумований капіляр. Це полегшує усунення розриву стовпчика, а й виникають вони в цьому випадку значно частіше. Оскільки більший перетин капіляра і швидка зміна температури уздовж стовпчика сприяє виникненню розривів у вакуумованих термометрах, зазвичай ртутні термометри для низьких температур також наповнюють захисним газом.
1.1.2. Термоелектричні термометри (термопари).
1.1.2.1. Принцип дії.
У термоелектричних термометрах для вимірювання температури використовується відкрите в 1921 р. Зєєбеком явище термоелектрики (ефект Зеєбека). Якщо два провідника з різних металевих матеріалів А і В з'єднані кінцями в замкнутий контур (рис.1. а) і місця з'єднань знаходяться при різних температурах t 1 і t 2 , то в контурі виникає електричний струм. Обидва електропровідниками, звані термоелектродов, утворюють термопару. Одне з місць з'єднання, що поміщається в середу з вимірюваної температурою, є робочим кінцем термопари, друге, що знаходиться при постійній температурі, є вільним кінцем термопари.
термоелектрорушійної сила (т.е.д.с.) Е термопари з термоелектродов А і В може бути розрахована з алгебраїчної суми ефекту Пельтьє для місць контактування А і В і ефекту Томпсона для обох термоелектродов А і В, якщо знехтувати такими незворотними явищами, як джоулева втрати і втрати на теплопровідність.
Якщо у контурі, складеному з термоелектродов А і В (див. рис. 1., б), тече струм, то при переході електронів з одного термоелектродах в іншій вони повинні або затрачати, або купувати енергію. При цьому кінетична енергія електронів збільшується або зменшується, а місце контакту охолоджується або нагрівається. Теплові потоки, що виникають в обох місцях контактування термоелектродов А і В, змінюються пропорційно току I.
А + А +
t 1 t 2 t 1 = t 2 t 2 = t + t
б
а
В-В-
