Термометрия

ТЕРМОМЕТРИЯ (от греч. therme-тепло и metreo-измеряю), изучает и создает методы измерения температуры. Задачи термометрии: разработка методов воспроизведения температурных шкал, создание эталонных и рабочих измерит. приборов.

Температурные шкалы. Методы термометрии различаются по лежащим в их основе термометрич. св-вам и используемым рабочим, или термометрич., в-вам. Термометрич. св-во должно быть связано с т-рой однозначно и определяться достаточно просто; выбранное для термометрич. в-ва св-во должно хорошо воспроизводиться и сильно изменяться с изменением т-ры.

Для количественного определения т-ры необходимо установить систему ее сопоставимых числовых значений-температурную шкалу, т.е. выбрать начало отсчета (нуль шкалы) и единицу измерения температурного интервала (градус). Первоначально применявшиеся эмпирические температурные шкалы (первая шкала предложена в 1714) реализуются с помощью зависящих от т-ры разл. физ. св-в тел и представляют собой ряд отметок внутри температурного интервала, ограниченного двумя легко воспроизводимыми постоянными, или реперными, точками, к-рые соответствуют т-рам кипения и плавления химически чистых в-в. Эти шкалы различаются начальными точками отсчета и размером используемой единицы т-ры: °С (шкала Цельсия), °F (шкала Фаренгейта), °R (шкала Ренкина) и др.

После введения Международной системы единиц (СИ) в большинстве стран используют две шкалы-термодинамическую и Международную практическую, к-рые градуируются в кельвинах (К) или °С (соотношения между разными единицами т-ры см. т. 1, с. 11, а также на рис.; кроме того" 1 °R = 5/9 К = 5/9°С). Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина), базирующаяся на втором начале термодинамики, является основной и имеет одну реперную точку-тройную точку воды (т~ра ее равновесия в жидкой, твердой и газообразной фазах на диаграмме состояния; ей присвоено значение T_т,в = 273,16 К). Достоинства шкалы: независимость от св-в термометрич. в-ва и высокая точность (до 10 ^-4 К) воспроизведения T_т,в.

Международная практическая температурная шкала (введена в 1968, отсюда назв. МПТШ-68) основана на И реперных точках-т-рах фазовых переходов нек-рых чистых в-в; этим точкам (напр., точкам кипения Н₂, О₂, Ne, точкам затвердевания Zn, Ag и Аu) присвоены такие значения, чтобы т-ра на данной шкале была близка к термодинамич. т-ре, и разности между ними оставались в пределах достигнутой погрешности измерений. Т-ры между реперными точками на МПТШ-68 находят по интерполяц. ф-лам, устанавливающим связь между показаниями эталонных приборов и значениями этих т-р. На МПТШ-68 единица интервала K с высокой точностью совпадает с °С. Т-ра в градусах Цельсия определяется выражениями: t = Т— Т₀; t₆₈ = = Т₆₈ — Т₀, где Т и Т₆₈-термодинамич. т-ра и т-ра по МПТШ-68 в К, t и t₆₈-то же в °С; Т₀ = 273,15 К.

В соответствии с решением XVIII Генеральной конференции по мерам и весам (1987) с 1990 введена новая Международная температурная шкала (МТШ-90), в к-рой значение т-ры тройной точки воды сохраняется, а значения др. реперных точек уточнены и приближены к их истинным термодинамич. т-рам; при этом °С меньше К на 3·10^-4. В ряде стран (напр., Австралия, Великобритания, Канада, США) продолжают применять ср-ва измерения т-р, градуируемые в °F или °R (см. рис.).

Методы и средства измерения температуры. Современная термометрия располагает разнообразными методами измерений, каждый из к-рых специфичен и не универсален. Выбор оптимального для данных условий метода обусловлен требуемой точностью и продолжительностью измерений, необходимостью регистрации и авто-матич. регулирования т-ры. Методы измерений т-ры подразделяют на контактные (ср-во измерения непосредственно соприкасается с контролируемым объектом) и бесконтактные. Наиб. доступны, точны и надежны контактные методы, используемые в собственно термометрии и реализуемые с помощью термометров. Совокупность бесконтактных методов определения т-ры (выше 600 °С), основанных на измерении интенсивности излучения света нагретым телом, наз. пирометрией, а ср-ва измерения - пирометрами.

Температурные шкалы (соотношения между еди ницами т-ры в К, °С, °F и °R).

Лит.: Попов М.М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Сосновский А. Г., Столярова Н. И., Измерение температур, М., 1970; Кулаков М. В., Технологические измерения и приборы для химических производств, 3 изд., М., 1983, с. 38-85; Шкатов Е.Ф., Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, М., 1986, с. 156-217; Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник, под ред. В.В. Черенкова, Л., 1987, с. 27-46. Е.Ф. Шкатов.