ТЕРМОМЕТРИЯ
(от термо...
и ...метрия), раздел прикладной физики, посвящённый разработке
методов и средств измерения температуры. Т. является также разделом метрологии,
в её задачи входит обеспечение единства и точности температурных измерений:
установление температурных шкал, создание эталонов, разработка
методик градуировки и поверки приборов для измерения темп-ры.
Темп-pa не может быть измерена непосредственно. Об её изменении судят по
изменению других физ. свойств тел (объёма, давления, электрич. сопротивления,
эдс, интенсивности излучения и др.), связанных с темп-рой определёнными
закономерностями. Поэтому методы измерения темп-ры являются по существу
методами измерения указанных выше термометрич. свойств, к-рые должны однозначно
зависеть от темп-ры и измеряться достаточно просто и точно. При разработке
конкретного метода или прибора необходимо выбрать термометрич. вещество,
у к-рого соответствующее свойство хорошо воспроизводится и достаточно сильно
изменяется с темп-рой.
Для измерения темп-ры (при любом
методе) необходимо определить температурную шкалу.
.Методы измерения темп-ры разнообразны;
они зависят от принципов действия используемых приборов, диапазонов измеряемых
темп-р, условий измерений и требуемой точности. Их можно разделить на две
осн. группы: контактные методы - собственно термометрия, и бесконтактные
методы - Т. излучения, или пирометрия.
Общим и существенным для всех контактных
методов измерения темп-ры является то, что всякий прибор, измеряющий темп-ру
среды, должен находиться с ней в тепловом равновесии (см. Температура),
т. е. иметь одинаковую со средой темп-ру.
Осн. узлами всех приборов для измерения
темп-ры являются: чувствительный элемент, где реализуется термометрич.
свойство, и связанный с ним измерительный прибор, к-рый измеряет численные
значения этого свойства.
В газовой Т. термометрич. свойством
является температурная зависимость давления газа (при постоянном объёме)
или объёма газа (при постоянном давлении), соответственно различают
- газовый термометр постоянного объёма и газовый термометр постоянного
давления. Термометрич. вещество в этих термометрах - газ, приближающийся
по своим свойствам к идеальному. Уравнение состояния идеального газа pV
= RT устанавливает связь абс. темп-ры Т с давлением р (при
постоянном объёме V) или Т с объёмом V (при постоянном давлении
). Газовым термометром измеряют термодинамич. темп-ру. Точность прибора
зависит от степени приближения используемого газа (азот, гелий) к идеальному.
В конденсационных термометрах термометрич. свойством является температурная
зависимость давления насыщенных паров жидкости. Чувствительный элемент
- резервуар с жидкостью и находящимися с ней в равновесии насыщенными парами
- соединён капилляром с манометром. Термометрич. вещества - обычно низкокипящие
газы: кислород, аргон, неон, водород, гелий. Для вычисления темп-ры по
измеренному давлению пользуются эмпирич. соотношениями. Диапазон применения
конденсационного термометра ограничен. Высокоточные термометры (до
0,001 град) служат для реализации реперных точек (см. Международная
практическая температурная шкала).
В термометрах жидкостных термометрич.
свойством является тепловое расширение жидкостей, термометрич.
веществом - гл. обр. ртуть. При определении темп-ры не производят измерений
объёма жидкости; для этого при изготовлении калибруют капилляр термометра
в "С, т. е. по его длине наносят отметки с интервалами, соответствующими
изменению объёма при заданном изменении темп-ры. Точность термометра зависит
от точности калибровки.
В термометрах манометрических,
к-рые являются приборами технич. применения, используются те же термометрич.
свойства, что и в жидкостных или газовых термометрах.
В термометрах сопротивления термометрич.
свойством является температурная зависимость электрич. сопротивления чистых
металлов, сплавов, полупроводников; термометрич. вещества выбираются в
зависимости от области температурных измерений и требуемой точности. Для
определения темп-ры по измеренному электрич. сопротивлению пользуются эмпирич.
формулами или таблицами. Термометры для точных измерений (платина, легированный
германий) градуируются индивидуально.
В термометрах термоэлектрических
с термопарой в качестве чувствительного элемента термометрич. свойством
является термо-эдс термопары; термометрич. вещества разнообразны и выбираются
в зависимости от области применения и требуемой точности. Для определения
темп-ры по измеренной эдс также пользуются эмпирич. формулами или таблицами.
В связи со спецификой термоэлектрич. термометра (дифференциального прибора)
его точность зависит от точности поддержания и измерения темп-ры одного
из спаев термопары ("реперного" спая).
Измерительные приборы, к-рыми определяют
численные значения термометрич. свойств (манометры, потенциометры, логометры,
мосты измерительные, милливольтметры и т. д.), наз. вторичными
приборами. Точность измерения темп-ры зависит от точности вторичных приборов.
Термометры технич. применения обычно индивидуально не градуируются
и комплектуются соответствующими вторичными приборами, шкала к-рых нанесена
непосредственно в °С.
В диапазоне криогенных (ниже 90 К)
и сверхнизких (ниже 1 К) темп-р, кроме обычных методов измерения
темп-р, применяются специфические (см. Низкие температуры). Это
- магнитная термометрия (диапазон 0,006-30 К; точность до 0,001
град); методы, основанные на температурной зависимости Мёссбауэра
эффекта и анизотропии -у-излучения (ниже 1 К), термошумовой
термометр с преобразователем на Джозефсона эффекте (ниже 1 К).
Особой сложностью Т. в диапазоне сверхнизких темп-р является осуществление
теплового контакта между термометром и средой.
Для обеспечения единства и точности
температурных измерений служит Гос. эталон единицы температуры - келъвин,
что позволяет в диапазоне 1,5-2800 К воспроизводить Международную практическую
температурную шкалу (МПТШ) с наивысшей достижимой в настоящее время
точностью. Путём сравнения с эталоном значения темп-р передаются образцовым
приборам, по к-рым градуируются и проверяются рабочие приборы для измерения
темп-ры. Образцовыми приборами являются германиевые (1,5-13,8 К) и
платиновые [13,8-903,9 К (630,7 °С)] термометры сопротивления, платинородий
(90% Pt, 10% Rd) - платиновая термопара (630,7-1064,4 °С) и
оптич. пирометр (выше 1064,4 °С).
Лит.: Попов М. М., Термометрия
и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Методы измерения температуры. Сб., ч.
1 - 2, М., 1954; Температура и её измерение. Сб., пер. с англ., М., 1960;
С основе кий А. Г., Столярова H. И., Измерение температур, М., 1970. Д.
H. Астров, Д. И. Шаревская.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я