Articles

Pomiar temperatury

Posted on

Wiele metod zostało opracowanych do pomiaru temperatury. Większość z nich opiera się na pomiarze jakiejś właściwości fizycznej materiału roboczego, która zmienia się w zależności od temperatury. Jednym z najbardziej powszechnych urządzeń do pomiaru temperatury jest termometr szklany. Składa się on z rurki szklanej wypełnionej rtęcią lub inną cieczą, która pełni rolę płynu roboczego. Wzrost temperatury powoduje rozszerzanie się cieczy, więc temperaturę można określić poprzez pomiar objętości cieczy. Takie termometry są zwykle skalibrowane tak, że można odczytać temperaturę po prostu obserwując poziom płynu w termometrze. Innym typem termometru, który nie jest zbyt często używany w praktyce, ale jest ważny z teoretycznego punktu widzenia, jest termometr gazowy.

Inne ważne urządzenia do pomiaru temperatury obejmują:

  • Termopary
  • Termistory
  • Rezystorowy detektor temperatury (RTD)
  • Pirometr
  • Sondy Langmuira (do pomiaru temperatury elektronów w plazmy)
  • Termometr na podczerwień
  • Inne termometry

Podczas pomiaru temperatury należy uważać, aby przyrząd pomiarowy (termometr, termopara, itp.) jest naprawdę w tej samej temperaturze, co materiał, który jest mierzony. W niektórych warunkach ciepło z przyrządu pomiarowego może powodować gradient temperatury, więc zmierzona temperatura różni się od rzeczywistej temperatury systemu. W takim przypadku zmierzona temperatura będzie się różnić nie tylko od temperatury systemu, ale także od właściwości wymiany ciepła systemu.

To, jaki komfort cieplny odczuwają ludzie, zwierzęta i rośliny, jest związane z czymś więcej niż tylko z temperaturą pokazywaną na szklanym termometrze. Poziomy wilgotności względnej w otaczającym powietrzu mogą powodować większe lub mniejsze chłodzenie wyparne. Pomiar temperatury mokrego ciała normalizuje ten efekt wilgotności. Średnia temperatura promieniowania również może wpływać na komfort cieplny. Współczynnik chłodu wiatru sprawia, że przy wietrznej pogodzie odczucie chłodu jest większe niż przy spokojnej pogodzie, nawet jeśli szklany termometr pokazuje tę samą temperaturę. Przepływ powietrza zwiększa tempo przekazywania ciepła z lub do ciała, co powoduje większą zmianę temperatury ciała przy tej samej temperaturze otoczenia.

Podstawą teoretyczną termometrów jest zerowe prawo termodynamiki, które postuluje, że jeśli mamy trzy ciała, A, B i C, jeśli A i B są w tej samej temperaturze, a B i C są w tej samej temperaturze, to A i C są w tej samej temperaturze. B, oczywiście, jest termometrem.

Praktyczną podstawą termometrii jest istnienie komórek punktu potrójnego. Punkty potrójne to takie warunki ciśnienia, objętości i temperatury, w których jednocześnie występują trzy fazy, na przykład ciało stałe, para i ciecz. Dla pojedynczego składnika w punkcie potrójnym nie ma stopni swobody i każda zmiana trzech zmiennych powoduje, że jedna lub więcej faz znika z ogniwa. Dlatego komórki punktu potrójnego mogą być używane jako uniwersalne odniesienia dla temperatury i ciśnienia (patrz reguła faz Gibbsa).

W pewnych warunkach możliwy staje się pomiar temperatury poprzez bezpośrednie wykorzystanie prawa Plancka promieniowania ciała czarnego. Na przykład, temperatura kosmicznego mikrofalowego tła została zmierzona na podstawie widma fotonów obserwowanych przez obserwacje satelitarne takie jak WMAP. W badaniach plazmy kwarkowo-gluonowej poprzez zderzenia ciężkich jonów, widma pojedynczych cząstek czasami służą jako termometr.

Termometria nieinwazyjnaEdit

W ostatnich dekadach opracowano wiele technik termometrycznych. Najbardziej obiecujące i rozpowszechnione nieinwazyjne techniki termometryczne w kontekście biotechnologicznym opierają się na analizie obrazów rezonansu magnetycznego, obrazów tomografii komputerowej i echotomografii. Techniki te pozwalają na monitorowanie temperatury w tkankach bez wprowadzania elementu pomiarowego. W dziedzinie przepływów reaktywnych (np. spalanie, plazma), fluorescencja indukowana laserem (LIF), CARS i laserowa spektroskopia absorpcyjna zostały wykorzystane do pomiaru temperatury wewnątrz silników, turbin gazowych, rur uderzeniowych, reaktorów syntezy itp. Możliwości takich optycznych technik obejmują szybkie pomiary (do nanosekundowych czasów), niezależnie od zdolności do nie naruszania przedmiotu pomiaru (np. płomień, gazy podgrzewane szokowo).

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *