Прилади для вимірювання температури та тиску

Визначення та одиниці вимірювання

Тиск (р) - фізична величина, що характеризує інтенсивність нормальних (перпендикулярних до поверхні) сил, з якими одне тіло діє на поверхню іншого.

Середня величина тиску на будь-яку площину дорівнює відношенню середнього значення сили, що діє перпендикулярно цій площині, до її площі:

p = dF/dS (2.1)

Якщо сили розподілені вздовж поверхні рівномірно, то тиск р на будь-яку частину поверхні дорівнює:

p = F/S (2.2)

де F - сума прикладених перпендикулярно до поверхні сил;

S - площа цієї частини.

Одиниця вимірювання тиску в системі СІ - паскаль (Па); Па = 1Н · м -2.

Середній атмосферний тиск на рівні моря становить 1,01325 · 105 Па. У цілому атмосферний тиск залежить від висоти, простору й часу. Горизонтальний розподіл атмосферного тиску визначається рухом поверхневих мас повітря.

Прилад для вимірювання тиску називають манометром. Манометри бувають сифонного (рис. 2.1) або чашечкового (рис. 2.2) типу. Манометр сифонного типу - це «U»- подібна скляна трубка, заповнена водою або ртуттю. Один з кінців манометра запаяний і позбавлений повітря; відкритий кінець сполучений з атмосферним повітрям. Різниця рівнів рідини у двох колінах трубки проградуйована в одиницях тиску. Манометр чашечкового типу містить вертикальну скляну трубку, запаяну зверху і заповнену рідиною. Нижній кінець трубки занурений у резервуар, що частково заповнений рідиною. Тиск, що утворюється стовпчиком рідини у трубці, врівноважується атмосферним тиском.

Висока точність вимірювання манометра чашечкового типу (0,1 мм рт. ст.) дає змогу використовувати його як стандартний прилад для перевірки анероїдних барометрів та висотомірів.

Ртутний манометр є класичним прикладом манометра чашечкового типу. Зовнішній вигляд ртутного манометра зображено на рис. 2.3. Барометр містить скляну трубку, заповнену ртуттю і занурену у резервуар зі ртуттю. Рівень ртуті у резервуарі контролюється за допомогою конусоподібної кістки. Точність вимірювання тиску ртутного барометра становить 0,1 гПа.

Прилади для вимірювання атмосферного тиску називаються барометрами.

Барометр-анероїд містить анероїдну капсулу, що складається з двох тонких (0,2 мм товщиною) металевих гофрованих мембран (рис. 2.4). З капсули повітря відкачано (тиск 10-2 гПа) або капсулу заповнюють інертним газом при тиску 65 гПа. Кількість капсул у сучасних приладах може досягати 14. Мембрани знаходяться у напруженому стані завдяки гофрованій поверхні та дії пружини.

Перевагою барометра-анероїда є його компактність, механічна міцність, можливість транспортування. Ці прилади можуть застосуватися в системах автоматичного вимірювання тиску, оскільки механічні переміщення анероїдних капсул легко перетворити на електричний сигнал.

Прилади для вимірювання температури

Розглянемо прилади для вимірювання температури, в основі яких лежить теплове розширення газів (газовий термометр), рідин (рідинний термометр) або твердих тіл (біметалевий термометр).

Газовий термометр, дія якого ґрунтується на залежності тиску (при сталому об'ємі) від температури згідно з законом ідеального газу. Залежність тиску від температури – лінійна.

Газовий термометр (рис. 2.5) використовується як первинний термометричний прилад для визначення фіксованих точок МТШ. Інтервал температур, що вимірюється газовим термометром, становить 2...300 К.

Газові термометри досить складні в експлуатації через необхідність враховувати не ідеальність газу, зміну об’єму з температурою, наявність у газі домішок, взаємодію газу зі стінками балона, залежність показань приладу від початкового та атмосферного тисків. Прилади такого типу використовуються рідко.

Рідинний термометр - прилад для вимірювання температури, заснований на тепловому розширенні рідини.

Рідина в термометрі підіймається завдяки тому, що коефіцієнти об’ємного розширення рідини та скла значно відрізняються.

Рідинний термометр складається з тонкостінного скляного резервуара, сполученого з скляним капіляром; для вимірювання температури термометр обладнаний шкалою. Частина простору в капілярі, не зайнята рідиною, заповнена сухим інертним газом, що запобігає розриву рідини.

Процес вимірювання температури полягає в зануренні термометра у рідину. Це занурення може бути частковим, повним або абсолютним (рис. 2.7). Більшість термометрів використовуються у режимі повного занурення, коли одна частина термометра знаходиться в рідині, а інша - в повітрі.