Temperatura – scheme şi aparate de măsură

Temperatura este o mărime fizică ce caracterizează gradul de încălzire a corpurilor Pentru determinarea practică a temperaturii trebuie aleasă o scară de temperatură, cele mai uzuale fiind: - scara Celsius: t [0C]

- scara Kelvin: T [K]- scara Réaumur: t [0R]- scara Farenheit: t [0F].

Legătura între scări este: T= t [0C]+273,16=5/9(t [0F]+459,67)=5/9 t [0R]. Se precizează că T2-T1=t2-t1, dar T2/T1≠t2/t1.

În funcţie de proprietăţile fizice ale corpurilor care ne ajută să măsurăm temperatura, putem face o clasificare a lor astfel:

A. termometre de sticlă cu lichid (-38..+630 0C)B. termometre cu rezistenţă electrică (-200..+650 0C)C. termometre termoelectrice (-200..+1200 0C)D. pirometre (+400..+2200 0C)

A. termometre bazate pe dilatarea corpurilor1. Termometre de sticlă cu lichid

Principul de funcţionare se bazează pe dilatarea lichidului termic sub acţiunea căldurii, fenomen ce ascultă de legea:

V2=V1[1+γ1,2(t2-t1)] ,unde:V1,V2 – volumele lichidului termometric la temperaturile t1, t2

γ1,2 – coeficientul mediu de dilatare volumică a lichidului.Din punct de vedere constructiv, termometrele de sticlă cu lichid se împart în:

a) termometre cu capilar masivb) termometre tubulare cu scară internăc) termometre cu capilar montate pe plăci cu scară gradatăSchiţa unui termometru tubular cu scară gradată internă este:

1 – rezervor cu lichid termometric (mercur, alcool)2 – tub de sticlă3 – fir capilar4 – scară gradată

5

Firul capilar 3 e vidat şi sudat la partea superioară.

2. Termometre bazate pe dilatarea solidelorPrincipiul lor de funcţionare se bazează pe legea dilatării liniare:

l2=l1[1+α1,2(t2-t1)] , unde:l1, l2 – lungimea materialului la temperatura t1, t2

α1,2 – coeficientul mediu de dilatare liniară.Ca exemplu de aparat: termometrul bimetalic: două lame sunt lipite ca în figură, ele

având coeficienţi de dilatare diferiţi. Sub acţiunea căldurii, întregul ansamblu se deformează ca în figură, aceasta deoarece invarul are un coeficient de dilatare mai mic.

3. Termometre bazate pe dilatarea gazelorUn gaz care are volum constant (închis într-un recipient), dacă e încălzit i se măreşte

atât temperatura, cât şi presiunea. Această creştere de presiune determină deformarea elastică a unui element metalic, deformare ce este transmisă printr-un sistem de pârghii la un indicator. Schiţa unui termometru manometric este:

1 – rezervor cu gaz2 – tub de legătură3 – element elastic4 – sistem de pârghii5 – ac vibrator6 – scară gradată

6

B. termometre cu rezistenţă electricăAceste termometre permit determinarea temperaturii pe baza măsurării valorii unei

rezistenţe electrice, care are o variaţie cunoscută în funcţie de temperatură. De exemplu, pentru un fir de platină avem: Rt=R0(1+At+Bt

2) [Ω]A, B – constante, R0 – rezistenţa firului la 0 0C, Rt – rezistenţa firului la t 0C.

Ca exemplu avem termometrul cu rezistenţă metalică. Cu ajutorul lui temperatura se poate determina măsurând modificarea rezistenţei electrice a firului metalic. Aparatul se compune din: a) termorezistenţă (firul metalic)

b) conductor de legătură între termorezistenţă şi aparatul de măsurăc) aparatul electric ce poate fi o punte Wheastone sau un logometru.

Aparatele din clasa B permit transmiterea la distanţă a valorii mărimii măsurate; la locul de măsură se montează rezistenţa, iar în camera de comandă se montează aparatul electric ce are scara gradată în 0C. Schiţa unei termorezistenţe este:

1 – teacă de protecţie2 – fir metalic3 – suport izolant4 – porţiune din teacă filetată pentru fixarea

aparatului la locul de măsură5 – piuliţă pentru strângere6 – cheie de conexiuni7 – conductor de legătură la aparatul electric

C. termometre termoelectriceSunt constituite din două părţi principale: termocuplu şi aparat electric de măsură. Principul de funcţionare: efectul termoelectric a fost descoperit în 1922 de Thomas

Seebech şi enunţat astfel: într-un circuit închis, format din două sau mai multe conductoare de natură diferită ia naştere un curent electric dacă cel puţin două puncte de legătură a conductoarelor au temperaturi diferite. Legarea conductoarelor se poate face în trei moduri:

a) răsucire cu patentb) lipire

7

c) sudare.În figură am reprezentat un cuplu termoelectric format din doi conductori A, B (cei

doi termoelectrozi):

Punctele lor de legătură sunt: 1 se introduce în mediul a cărei temperatură vrem s-o măsurăm (sudura caldă), 2 se menţine la t0=constantă (sudura rece). Dacă t0=constantă atunci tensiunea electromotoare ce apare în circuit e funcţie doar de t: E=f(t). Această tensiune electromotoare se măsoară cu milivoltmetru, care are scara în 0C, care poate fi legat astfel: a) prin întreruperea unui termoelectrod

b) pus în locul sudurii reci.

Cei doi termoelectrozi se pot executa din: A – PtRh, B – Pt; A – Fe, B – constantan; A – cromel (Cr+Ni), B – alumel (Al+Ni+Si).

Şi aparatele din clasa C permit transmiterea la distanţă a valorii mărimii măsurate. Astfel, la locul de măsură se montează termocuplu, iar în camera de comandă milivoltmetrul. Schiţa unui termocuplu este:

8

1 – teacă de protecţie2 – sudura caldă3 – porţiune filetată4 – piuliţă de fixare5 – cutie cu borne6 – fire la milivoltmetru

Vom desena schema de măsură pentru măsurarea temperaturii gazelor de ardere dintr-un cuptor. În acest caz menţinerea sudurii reci la t=0 0C=constantă, se face cu ajutorul unui vas Dewar, ce conţine un amestec de apă şi gheaţă.

D. pirometreSunt aparate ce măsoară temperatura corpurilor pe baza măsurării radiaţiei termice

emise de acestea. Experienţa arată că temperatura unui corp determină radiaţia termică emisă de acesta. Se ştie că radiaţia termică devine însemnată dacă temperatura corpului este mai mare de 400 0C. Vom desena schiţa unui pirometru optic, cu dispariţia filamentului, ce măsoară temperatura unui bloc de oţel. Schiţa aparatului este:

9

1 – obiectiv mobil, 2 – filament, 3- ocular, 4 – ochi uman, 5 – potenţiometru, 6 - baterie curent continuu, 7 – aparat electric cu scară în 0C, 8 – filtru de lumină ce lasă să treacă doar radiaţiile cu lungimea de undă λ=0,65 μm=0,65*10-6 m.

Presupunem că blocul are culoarea roşu închis. Cu ajutorul potenţiometrului 5 se reglează căderea de tensiune pe filamentul 2 până ce acesta devine roşu închis; în acest moment forma filamentului dispare din planul blocului. Aparatul electric 7 indică temperatura blocului din oţel. Cu pirometrul se măsoară temperatura băilor de metal topit, a blocurilor incandescente, cazuri în care utilizarea termocuplelor e imposibilă deoarece se topesc.

10