§ 6. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1. Жидкостные термометры.

В такого рода термометрах термометрическим телом является жидкость, а температурным параметром — ее объем. Устройство их общеизвестно: жидкость заполняёт стеклянный резервуар и часть полости стеклянной или кварцевой капиллярной трубки (рис. 1.6). Область их применения от —200 до +600°С. В таких термометрах чаще всего используются пентан (от —200 до +20°С), этиловый спирт (от —80 до +80°С), толуол (от —80 до +100°С) и ртуть (от —30 до +600°С). Подбор жидкостей связан с областью их существования. Так, ртуть отвердевает при —38°С и кипит при нормальном атмосферном давлении при 557°С. (Для измерения более высоких температур в ртутном термометре над ртутью должен находиться инертный газ при давлении до 70 атм.) Жидкостные термометры, рассчитанные на измерение высоких температур, имеют толстостенные резервуар и капилляр (при высоких температурах возникают большие давления паров жидкости). Недостатком таких термометров является неравномерность их шкал. Это связано с особенностями теплового расширения как жидкостей, так и материалов резервуаров и капилляров, в которых

Рис. 1.6.

они находятся. Для повышения точности измерения температуры применяются так называемые укороченные жидкостные термометры, у которых шкала рассчитана на небольшое число градусов (рис. 1.6). Цена наименьшего деления шкалы таких термометров может равняться сотой доле градуса.

2. Тазовый термометр.

Термометрическое вещество — газы, достаточно близкие по своим свойствам к идеальному газу (см. § 7). Чаще всего в термометрах используют . Об изменении температуры судят или по изменению объема при постоянном давлении (термометры постоянного давления), или по изменению давления при постоянном объеме (термометры постоянного объема). Газовым термометром измеряют температуры от 2 до 1300 К. Постоянные точки Международной практической температурной шкалы определены газовым термометром.

3. Термометры сопротивления.

В них термометрическим телом является токопроводящая нить, термометрическим параметром — электрическое сопротивление. При этом материал нити подбирается таким, чтобы приращение удельного сопротивления при нагревании на один градус в измеряемом интервале температур претерпевало бы незначительные изменения. (Для металлов

Наиболее употребительными материалами для термометров сопротивления являются чистая платина и медь. Платиновый термометр является эталонным в интервале температур от —259,34 до +630,74°С, но может применяться в более широком температурном интервале (от —263 до +1063°С), медный — от —50 до + 150°С.

Особым видом термометров сопротивления являются терморезисторы (термисторы). В них термометрическими телами являются некоторые полупроводники (смеси окислы и др.). Для полупроводников . Удельное

Рис. 1.7.

сопротивление полупроводников по сравнению с металлами велико, величина же примерно на порядок больше по сравнению с металлами. Терморезисторы обычно делают малогабаритными, чувствительностью не ниже

4. Термопары.

Если спаи двух проводников (рис. 1.7,а) находятся при разных температурах то в электрической цепи, образованной этими проводниками, действует термоэлектродвижущая сила (термоэдс), которая зависит от разности температур спаев. Если один из спаев поддерживать при постоянной температуре, например то термоэдс будет зависеть только от температуры другого спая Схема такого устройства (термоэлемента, или термопары) показана на рисунке Обычно постоянство температуры одного из спаев обеспечивается погружением его в тающий лед, другой же спай приводится в контакт с исследуемым телом. Для точных измерений термоэдс используются мостиковые схемы (см. курс «Электричество»). Материал термопар подбирается таким, чтобы термоэдс в измеряемом интервале температур достаточно точно была бы пропорциональна разности температур спаев. Область их применения примерно такова, как и термометров сопротивления. Характеристики различных типов термопар можно найти в специальной справочной литературе.

5. Измерение высоких и низких температур.

Измерение температур свыше 1000°С с помощью термопар и термосопротивлений делается затруднительным из-за резкого изменения свойств последних. В этих условиях температуру определяют по интенсивности излучения исследуемого тела с использованием пирометров, принцип действия которых рассматривается в курсе оптики. Следует отметить, что практическая температурная шкала, фиксируемая постоянными точками, приведенными в таблице I, для температур выше 1063°С воспроизводится пирометрами.

При очень низких температурах (ниже -270°С) возникают свои трудности измерения температуры, которые связаны главным образом с тем фактом, что термометры любого типа в этих условиях вследствие теплопроводности изменяют температуру исследуемого тела. Как и в случае очень высоких температур, низкие температуры определяют по свойствам исследуемого объекта. Так, разработан способ определения очень низких температур по изменению магнитных свойств тел (магнитная термометрия).