ТЕРМОМЕТР

ТЕРМОМЕТР
ТЕРМОМЕТР

(от греч. therme- тепло и metreo- измеряю)- прибор для измерения температуры. Действие Т. основано на зависимости различных аддитивных физ. величин от темп-ры. При измерении Т. приводится в тепловое равновесие с объектом, темп-ра к-рого определяется. Бесконтактные высокотемпературные Т., основанные на измерении параметров оптич. излучения, наз. пирометрами.

В каждом типе Т. непосредственно измеряется определ. физ. величина, связанная с темп-рой известной зависимостью, к-рая наз. температурной шкалой. Если эта зависимость является следствием второго начала термодинамики, то такой Т. измеряет темп-ру по термодинамич. температурной шкале и Т. наз. п е р в и ч н ы м. Среди первичных Т. наиб. значение имеет г а з о в ы й Т., действие к-рого основано на уравнении состояния идеального газа; для одного моля газа оно имеет вид

5017-9.jpg

где p -давление газа, V- его объем, Т -темп-pa, R - универсальная газовая постоянная. Газовый Т.- осн. прибор при построении Международной практической температурной шкалы. Обычно применяют газовый Т. пост. объёма (рис.), для к-рого p12.= T1/ Т2. Этот Т. обеспечивает точность 2 · 10-3 К в интервале темп-р от 2 до 400 К. Для учёта отклонений свойств реального газа (гелий) от идеального измеряют темп-ру при неск. давлениях заполнения, а затем экстраполируют к p=0или применяют вириальное ур-ние состояния:

5017-10.jpg

( В, С -вириальные коэф.). В точном газовом Т. учитывается наличие газа в трубке, соединяющей колбу с манометром (вредный объём), изменение объёма колбы с темп-рой, адсорбция газа и примесей в нём стенками колбы и перепад давлений на концах трубки, вызванный разностью темп-р колбы и манометра (термомолекулярное давление). Газовый Т. пост. объёма градуируется измерением давления р1 в . одной точке, темп-pa к-рой известна (обычно T1=0 °С).

Первичным Т., в к-ром также применяется газ, может служить акустический Т. Скорость звука u0. в неограниченном пространстве, заполненном идеальным газом, связана с термодинамич. темп-рой ф-лой

5017-11.jpg

где g - отношение теплоёмкости газа при пост. давлении к теплоёмкости при пост. объёме, М - молекулярная масса газа. Отличие свойств реального газа от идеального учитывается таким же способом, как и в газовом Т. В реальном акустич. Т. измеряется скорость звука в трубе акустич. интерферометра, учитываются вязкость газа, теплообмен, акустич. волны со стенками интерферометра и акустич. импеданс излучателя. Найти влияние этих факторов с нужной точностью не удаётся, и акустич. Т. при низких темп-рах (2-20 К) имеет точность на порядок меньшую, чем газовый. Она может быть повышена в неск. раз при использовании сферич. акустич. резонатора.

5017-12.jpg

Схема простейшего газового термометра: 1 - баллон, заполненный газом; 2 - соединительная трубка; 3- изме ритель давления (манометр).

Первичным может служить Т., основанный на измерении шумового напряжения на электрич. сопротивлении r, обусловленного тепловыми флуктуациями в нём. Ср. значение квадрата напряжения шумов 5017-13.jpg связано с темп-рой Найквиста формулой

5017-14.jpg

где Df -полоса частот, в к-рой производится измерение напряжения. Точность шумового Т. обычно не превышает 0,1%, и его применяют при очень низких (ниже неск. К) или при высоких (св. 1000 К) темп-pax, а также в условиях высокого радиац, фона, когда происходит сравнительно быстрое разрушение любого Т. Акустич. и шумовой Т. не нуждаются в градуировке, т. к. кельвин входит в газовую постоянную R и в постоянную Больцмана k.

Для измерения темп-р ниже неск. К часто применяют первичный магнитный Т., основанный на Кюри законе для идеального парамагнетика. Магн. восприимчивость такого парамагнетика связана с темп-рой ф-лой

5017-15.jpg

( С- константа Кюри). При очень низких темп-pax, когда тепловые возбуждения не могут воспрепятствовать магн. упорядочению диполей, модель идеального парамагнетика неприменима. Ограничения для использования магн. Т. при высоких темп-pax связаны в осн. с быстрым падением его. чувствительности (~1/T2). К числу наиб. употребительных парамагн. материалов относятся церий-магниевый нитрат (в интервале темп-р 0,006-3 К), а также медь и платина (при темп-рах 10-6 -0,1 К), в к-рых система диполей образована ядерными магн. моментами, к-рые на 3 порядка величины меньше, чем электронные магн. моменты.

В реальном магн. Т. применяется модифицированный закон Кюри:

5017-16.jpg

он позволяет учесть взаимодействие магн. диполей (D, d), наличие составляющей восприимчивости, не зависящей от темп-ры ( А), а также геом. факторы аппаратуры ( А, В и D). Для нахождения всех констант магн. Т. приходится градуировать при 4 известных темп-рах.

Первичные Т., как правило, сложны и непригодны для практич. измерений, где применяются в т о р и ч н ы е Т., к-рые градуируют по показаниям первичных Т. К числу распространённых вторичных Т. относятся ж и д к о с тн ы е Т., в к-рых используется различие в величинах теплового расширения жидкости и прозрачной оболочки, к-рую она заполняет. Положение мениска жидкости в капилляре, припаянном к оболочке, определяется темп-рой, к-рая отсчитывается по делениям на шкале, расположенной вдоль капилляра. Для разных диапазонов жидкостные Т. заполняют пентаном (от -200 до 35 "С), спиртом (от -80 до 80 °С), ртутью (от -35 до 600 °С). Оболочку изготовляют из спец. сортов стекла и подвергают старению, а для точных и высокотемпературных Т.- из кварцевого стекла. Высокотемпературные ртутные Т. заполняют азотом под давлением 1-20 атм - для предотвращения перегонки ртути в свободный более холодный конец капилляра. При точных измерениях учитывается темп-pa ртути в капилляре, для чего ртутные Т. погружают в измеряемую среду целиком или до уровня жидкости в капилляре или вводится поправка на выступающий столбик ртути, темп-ра к-рого измеряется отд. Т. Точность лучших ртутных Т. при измерениях темп-ры до 100 °С достигает неск. мК. Жидкостные Т. непригодны для автоматич. измерений и постепенно вытесняются электрическими.

Из э л е к т р и ч е с к и х Т. наиб. распространены Т. с оп р о т и в л е н и я. Их действие основано на зависимости сопротивления чистых металлов от темп-ры. В металлах она обусловлена рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях решётки и в осн. линейна. При темп-pax ниже 20 К, где сказывается рассеяние электронов на дефектах структуры, и при высоких темп-pax, когда возникают дополнит. вакансии, зависимость сопротивления от темп-ры перестаёт быть линейной.

В м е т а л л и ч е с к о м Т. сопротивления чаще всего применяются высокочистые платина, медь и никель. Чувствительный элемент металлич. Т. изготовляют из проволоки, укреплённой на изолирующем каркасе, или из металлич. плёнки, нанесённой на подложку, и, как правило, помещают в защитный кожух. Для получения стабильных показаний проволока укладывается на каркасе свободно, с тем чтобы избежать её деформаций вследствие различий теплового расширения проволоки и каркаса. Чувствительный элемент отжигается, и проволока становится очень мягкой. Для платиновых эталонных Т., воспроизводящих Международную температурную шкалу, применяется проволока, в к-рой примеси не обнаруживаются при спектральном анализе, а отношение сопротивлений Т. при 100 °С и при 0 °С для таких Т. должно быть не менее 1,3925. Эталонные платиновые Т. имеют точность от 1 до 10 мК. В техн. металлич. Т. проволока закреплена жёстко, что обеспечивает прочность прибора, но приводит к падению точности до 0,1 - 1 К.

При низких темп-pax (до 0,5 К) наиб. точны Т. из сплавов, содержащих небольшое (0,5%) кол-во магн. металла (напр., сплав родия с железом или сплав платины с кобальтом). Зависимость от темп-ры у этих Т. связана с дополнит. рассеянием электронов проводимости на магн. примеси, при к-ром спин электрона меняет направление ( Кондо эффект), и с постепенным упорядочением ориентации магн. моментов примеси при понижении темп-ры. Такие Т. в области темп-р ниже 14 К обладают чувствительностью в сотни раз большей, чем платиновые. Стабильность их очень высока, поскольку прочность отожжённой проволоки из таких сплавов гораздо выше, чем прочность платиновой проволоки.

Т., использующие температурную зависимость полупроводников, очень разнообразны и применяются при низких темп-pax. Часто используются Т. из германия, легированного сурьмой или мышьяком, с добавлением до 10% акцепторной примеси. При этом ширина запрещённой зоны снижается до сотых долей эВ и при темп-pax ниже 100 К все примесные атомы ионизованы. При понижении темп-ры число ионизов. атомов и соответственно электронов в зоне проводимости экспоненциально уменьшается и при 10 К становится пренебрежимо малым. При более низких темп-pax проводимость полупроводника не связана со свободными электронами, она продолжает падать экспоненциально, но по иному закону. Чувствительность германиевых Т. очень высока, их сопротивление меняется на десятки процентов при изменении темп-ры на 1 К вблизи 20 К и на сотни процентов вблизи 2 К. Полупроводниковые Т. различаются по осн. веществу, легирующим материалам, их концентрациям и способам легирования.

Широко распространены также Т. из углеродных материалов (для измерения темл-р от 0,01 до 10 К), термисторы из окисей магния, никеля и кобальта (для измерения ср. темп-р) и из окисей редкоземельных элементов (для темп-р до 1000 К). Сопротивление этих Т. растёт с понижением темп-ры. Их проводимость обусловлена преодолением электронами энергетич. барьера на границах зёрен. Углеродные Т. чувствительны к присутствию адсорбированного на границах зёрен атм. кислорода, поэтому чувствительные элементы таких Т, герметизируются.

Применяются также Т., основанные на температурной зависимости эдс термопар, электрич. ёмкости сегнетоэлек-трика, падения напряжения на полупроводниковом диоде, резонансной частоты пьезокварца, давления плавления ге-лия-3 (от 1 мК до 0,5 К) и т. д. Т. различаются по условиям их применения: метеорологические, медицинские, глубоководные, инкубаторные и др.

Лит.: Температурные измерения. Справочник, 2 изд., К., 1989; Куинн Т., Температура, пер. с англ., М., 1985. Д. Н. Астров.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Игры ⚽ Нужно решить контрольную?
Синонимы:

Полезное


Смотреть что такое "ТЕРМОМЕТР" в других словарях:

  • термометр — термометр …   Орфографический словарь-справочник

  • ТЕРМОМЕТР — (от греч. therme теплога, и metreo меряю). Градусник, прибор для показания степени теплоты или холода. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ТЕРМОМЕТР иначе градусник, прибор для измерения температуры.… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • термометр — а, м. thermomètre m. , нем. Thermometer <, лат. thermometrum 1. Прибор для измерения температуры в определенных единицах (градусах); градусник. БАС 1. Сие нежное животное <кокетка> подобно ртути; сердце ее уподобляется иногда термометру …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, термометра, муж. (от греч. therme теплота и metron мера). Прибор для измерения температуры. Ртутный термометр. Уличный термометр. Медицинский термометр. Поставить термометр больному. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, физический прибор для измерения температур в произвольных, но вполне установленных единицах градусах (см.). Возможность измерять t° этим прибором основывается на следующем опытном положении: если одно тело А находится в тепловом… …   Большая медицинская энциклопедия

  • ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, инструмент для измерения ТЕМПЕРАТУРЫ. В качестве измерителя можно взять любое вещество, свойства которого изменяются с изменением температуры, и ввести количественную шкалу. Таким образом точно вычисляется величина изменения. Например …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • термометр — градусник (разг.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. термометр сущ. • градусник Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012 …   Словарь синонимов

  • Термометр — Термометр: 1 резервуар с ртутью; 2 капилляр, по положению ртути в котором отсчитывают показания; 3 шкала. ТЕРМОМЕТР (от термо... и греческого metreo измеряю), прибор для измерения температуры посредством его контакта с исследуемой средой. Первые… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • термометр —     ТЕРМОМЕТР, разг. градусник …   Словарь-тезаурус синонимов русской речи

  • термометр — и устарелое термометр. Произношение [тэрмометр] устарело …   Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

  • ТЕРМОМЕТР — ТЕРМОМЕТР, а, муж. Прибор для измерения температуры. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»