Учебно-методический комплекс дисциплины «Теплотехнический эксперимент» для специальности «6М071700» — «Теплоэнергетика» (стр. 7 )

К пространству со значительно разреженной материей статистические законы неприменимы. Температура в этом случае определяется мощностью потоков лучистой энергии, пронизывающей тело, и равна температуре абсолютно черного тела с такой же мощностью излучения.

Известно, что с развитием науки и техники понятие «темпера­тура» расширяется. Например, при исследованиях высокотемпера­турной плазмы было введено понятие «электронная температура», характеризующее поток электронов в плазме.

Возможность измерять температуру термометром основывается на явлении теплового обмена между телами с различной степенью нагретости и на изменении термометрических (физических) свойств веществ при нагревании. Следовательно, для создания термометра и построения температурной шкалы, казалось бы, возможно выбрать любое термометрическое свойство, характеризующее состояние того или иного вещества и на основании его изменений построить шкалу температур. Однако сделать такой выбор не так легко, так как термометрическое свойство должно однозначно изменяться с изменением температуры, не зависеть от других факторов и допускать возможность измерения его измерений сравнительно простым и удобным способом. В действительности нет ни одного термометрического свойства, которое бы в полной мере могло удовлетворить этим требованиям во всем интервале измеряемых температур.

Воспользуемся, например, для измерения температуры объем­ным расширением тел при нагревании и возьмем ртутный и спирто­вой термометры обычного типа. Если шкалы их между точками, соот­ветствующими температурам кипения воды и таяния льда при нор­мальном атмосферном давлении, разделить на 100 равных частей (считая за 0 точку таяния льда), то очевидно, что показания обоих термометров – ртутного и спиртового – будут одинаковы в точ­ках 0 и 100, потому что эти температурные точки были приняты за исходные для получения основного интервала шкалы. Если этими термометрами будем измерять одинаковую температуру какой - либо среды не в этих точках, то показания их будут различны, так как коэффициенты объемного теплового расширения ртути и спирта различно зависят от температуры.

В жидкостно-стеклянных термометрах, применяемых в настоящее время, не приходится сталкиваться с таким расхождением показа­ний, так как на всех современных термометрах нанесена единая Международная практическая температурная шкала, строящаяся по совершенно другому принципу.

Те же затруднения возникли, если бы попыта­лись осуществить температурную шкалу на основе какой-либо дру­гой физической величины, например электрического сопротивления металлов и т. д.

Таким образом, измеряя температуру по шкале, построенной на произвольном допущении линейной зависимости между свойством термометрического тела и температурой, мы еще не достигаем одно­значного численного измерения температур. Поэтому так изме­ренную температуру (т. е. по объемному расширению некоторых жидкостей, по электрическому сопротивлению металлов и т. д.) обычно называют условной, а шкалу, по которой она измеряется – условной шкалой.

Следует отметить, что из числа старых условных температурных шкал наибольшее распространение получила стоградусная темпера­турная шкала Цельсия, градус которой равен сотой части основного температурного интервала. За основные точки этой шкалы приняты точка плавления льда (0) и точка кипения воды (100) при нормаль­ном атмосферном давлении.

В целях дальнейшего усовершенствования условной темпера­турной шкалы проводились работы по изучению возможности ис­пользования для измерения температур газового термометра. Для изготовления газовых термометров воспользовались реальными га­зами (водородом, гелием и другими) и при этом такими из них, которые по своим свойствам сравнительно мало отличаются от идеаль­ного.

С помощью газового термометра температура может быть изме­рена по наблюдению либо за изменением давления газа в зависимо­сти от температуры при постоянном объеме, либо за изменением объема газа в зависимости от температуры при постоянном давле­нии. Как показали всесторонние исследования, большую точность обеспечивает способ, использующий изменения давления газа в за­висимости от температуры при постоянном объеме.

Путь к созданию единой температурной шкалы, не связанной с какими-либо частными термометрическими свойствами и пригодной в широком интервале температур, был найден в использовании за­конов термодинамики. Независимой от свойств термометрического вещества является шкала, основанная на втором законе термодина­мики. Она предложена в середине прошлого века Кельвином и получила название термодинамической температурной шкалы.

В основании построения термодинамической температурной шка­лы лежат следующие положения. Если в обратимом цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q1 при температуре Т1 и отдает тепло Q2 при температуре Т2, то отношение термодинамиче­ских (абсолютных) температур Т1/Т3 равно отношению количеств тепла Q1/Q2. Согласно положениям термодинамики значение этого отношения не зависит от свойств рабочего тела.

Термодинамическая температурная шкала Кельвина явилась ис­ходной шкалой для построения температурных шкал, не зависящих от свойств термометрического вещества. В этой шкале интервал, за­ключающийся между точкой таяния льда и точкой кипения воды (для сохранения преемственности со стоградусной температурной шкалой Цельсия), был разделен на 100 равных частей.

в 1874 г. впервые научно обосновал целесооб­разность построения термодинамической температурной шкалы не по двум реперным точкам, а по одной. Такая шкала имеет зна­чительные преимущества и позволяет определять термодина­мическую температуру точнее, чем шкала с двумя реперными точками.

Однако термодинамическая температурная шкала, являющаяся чисто теоретической, не открывала еще в первое время путей ее прак­тического использования. Для этой цели необходимо было устано­вить связь термодинамической шкалы с реальными приборами для измерения температур. Из числа измерителей температуры наиболь­шее внимание заслуживают газовые термометры, показания которых могут быть связаны с термодинамической температурной шкалой посредством введения понятия шкалы идеального газа. Термодина­мическая шкала, как известно, совпадает со шкалой идеального газа, если принять при нормальном атмосферном давлении точку таяния льда за 0, а точку кипения воды за 100. Этой шкале было присвоено название стоградусной термодинамической температурной шкалы.

Абсолютное значение уровня или отклонение уровня от номинального значения измеряется уровнемерами. Измерение уровня производиться как в открытых сосудах, так и в емкостях, находящихся под давлением.

По принципу действия уровнемеры подразделяются на гидростатические, поплавковые, емкостные, радиоизотонные и другие, которые получили незначительное распространение.

Гидростатические уровнемеры основаны на измерении давления, создаваемого столбом жидкости, или веса жидкости, находящейся в конкретном сосуде.

В поплавковых уровнемерах измерение уровня основано на измерении положения поплавка или силы, воздействующей на поплавок. при изменении уровня

Емкостные уровнемеры используют для измерения уровня изменения емкости изме­рительного преобразователя, вызванного из­менением уровня жидкости

Радиоизотопные уровнемеры исполь­зуют для измерения уровня ослабления ра­диоактивного излучения в зависимости oт толщины или плотности просвечиваемою слоя

Другие методы измерения уровня - тepмические, акустические, оптические и другие имеют пока очень ограниченное применение.

Существует много разновидностей уров­немеров, которые измеряют давление столба или вес жидкости. Во всех этих уровнемерах, как правило, главной является погрешность за счет изменения плотности жидкости, уро­вень которой измеряется в зависимости от температуры. Для уменьшения этой погрешности создаются сложные измерительные си­стемы, одновременно измеряющие гидростатическое давление и плотность жидкости и корректирующие затем показания уровне­мера в соответствии с плотностью жидкости.

Все системы измерения уровня жидко­стей гидростатическим методом требуют тщательного анализа измерительной си­стемы, соединительных линий, их темпера­турного режима, особенностей работы изме­рительных преобразователей. Например, для одной и той же схемы измерения уровня в барабане котла применение мембранных дифманометров вместо поплавковых суще­ственно уменьшает возможные погрешности измерения уровня.

В качестве уровнемеров используют се­рийные дифманометры - поплавковые, мем­бранные и сильфонные. Верхние пределы измерения уровнемеров с односторонней шкалой или диапазон измерения с двусторонней симметричной шкалой должны выбираться из ряда 25. 40. 63. 100. 160, 250, 400. 630. 1000. 1600. 2500. 4000 и 6300 см высоты столба той жидкости, уровень которой и измеряется

Для поплавковых дифманометров пре­делы измерения ограничиваются интервалом от 01.01.01 см. Для мембранных дифманометров на рабочее давление до 25 МПа.

В ряде технологических процессов воз­можно использование пневмометрических уровнемеров, в которых гидроста­тическое давление столба жидкости уравно­вешивается давлением воздуха (инертного газа). В качестве измерительного преобразо­вателя, как правило, используются дифманометры, а при измерении в открытых сосудах могут быть использованы напоромеры и ма­нометры. Существенным преимуществом пневмометрических уровнемеров является практическая независимость их показаний от температурного режима соединительных ли­ний.

Пневмомегрические уровнемеры нахо­дят широкое применение для измерения уровня агрессивных жидкостей.

Поплавковые уровнемеры являются одним из наиболее простых и надежных. Однако они практически не могут применяться при высоких давлениях. Широкое применение для измерения уровня мазута и других нефтепродуктов получили поплавковые уровнемеры типа УДУ-10. Они выпускаются на пределы измерения 0 – 12 и 0 – 20 м, основная допускаемая погрешность не превышает ± 4 мм. Плотность измеряемой жидкости от 0,7 до 1,2 г/см3, температура от – 50 до + 50єС, давление от – 0,0015 до +0,003 МПа.