(от термо (См. Термо...)
... è
... ìåòðèÿ (Ñì. ...метрия)
раздел прикладной физики, посвященный разработке методов и средств измерения температуры. Т. является также разделом метрологии (См.
Метрология)
, в её задачи входит обеспечение единства и точности температурных измерений: установление температурных шкал (См.
Температурные шкалы)
, создание
Эталонов
, разработка методик градуировки (См.
Градуировка) и поверки (См.
Поверка) приборов для измерения температуры.
Температура не может быть измерена непосредственно. Об её изменении судят по изменению других физических свойств тел (объёма, давления, электрического сопротивления, эдс, интенсивности излучения и др.), связанных с температурой определёнными закономерностями. Поэтому методы измерения температуры являются по существу методами измерения указанных выше термометрических свойств, которые должны однозначно зависеть от температуры и измеряться достаточно просто и точно. При разработке конкретного метода или прибора необходимо выбрать термометрическое вещество, у которого соответствующее свойство хорошо воспроизводится и достаточно сильно изменяется с температурой.
Для измерения температуры (при любом методе) необходимо определить температурную шкалу.
Методы измерения температуры разнообразны; они зависят от принципов действия используемых приборов, диапазонов измеряемых температур, условий измерений и требуемой точности. Их можно разделить на две основные группы: контактные методы - собственно
термометрия, и бесконтактные методы - Т. излучения, или
Пирометрия.
Общим и существенным для всех контактных методов измерения температуры является то, что всякий прибор, измеряющий температуру среды, должен находиться с ней в тепловом равновесии (см.
Температура)
, то есть иметь одинаковую со средой температуру.
Основными узлами всех приборов для измерения температуры являются: чувствительный элемент, где реализуется термометрическое свойство, и связанный с ним измерительный прибор, который измеряет численные значения этого свойства.
В газовой Т. термометрическим свойством является температурная зависимость давления газа (при постоянном объёме) или объёма газа (при постоянном давлении), соответственно различают -
Газовый термометр постоянного объёма и газовый
термометр постоянного давления. Термометрическое вещество в этих термометрах - газ, приближающийся по своим свойствам к идеальному. Уравнение состояния идеального газа
pV =
RT устанавливает связь абсолютной температуры
Т с давлением
р (при постоянном объёме V) или
Т с объёмом
V (при постоянном давлении). Газовым термометром измеряют термодинамическую температуру. Точность прибора зависит от степени приближения используемого газа (азот, гелий) к идеальному.
В конденсационных термометрах термометрическим свойством является температурная зависимость давления насыщенных паров жидкости. Чувствительный элемент - резервуар с жидкостью и находящимися с ней в равновесии насыщенными парами - соединён капилляром с манометром. Термометрические вещества - обычно низкокипящие газы: кислород, аргон, неон, водород, гелий. Для вычисления температуры по измеренному давлению пользуются эмпирическими соотношениями. Диапазон применения конденсационного термометра ограничен. Высокоточные термометры (до 0,001
град) служат для реализации реперных точек (см.
Международная практическая температурная шкала)
.
В термометрах жидкостных (См.
Термометр жидкостный) термометрическим свойством является
Тепловое расширение жидкостей, термометрическим веществом - главным образом ртуть. При определении температуры не производят измерений объёма жидкости; для этого при изготовлении калибруют капилляр термометра в °С, то есть по его длине наносят отметки с интервалами, соответствующими изменению объёма при заданном изменении температуры. Точность термометра зависит от точности калибровки.
В термометрах манометрических (См.
Термометр манометрический)
, которые являются приборами технического применения, используются те же термометрические свойства, что и в жидкостных или газовых термометрах.
В термометрах сопротивления (См.
Термометр сопротивления) термометрическим свойством является температурная зависимость электрического сопротивления чистых металлов, сплавов, полупроводников; термометрического вещества выбираются в зависимости от области температурных измерений и требуемой точности. Для определения температуры по измеренному электрическому сопротивлению пользуются эмпирическими формулами или таблицами. Термометры для точных измерений (платина, легированный германий) градуируются индивидуально.
В термометрах термоэлектрических с термопарой (См.
Термопара) в качестве чувствительного элемента термометрическим свойством является термо-эдс термопары; термометрические вещества разнообразны и выбираются в зависимости от области применения и требуемой точности. Для определения температуры по измеренной эдс также пользуются эмпирическими формулами или таблицами. В связи со спецификой термоэлектрического термометра (дифференциального прибора) его точность зависит от точности поддержания и измерения температуры одного из спаев термопары ("реперного" спая).
Измерительные приборы, которыми определяют численные значения термометрических свойств
(Манометры
, Потенциометры
, Логометры
, мосты измерительные (См.
Мост измерительный)
, милливольтметры и т. д.), называются вторичными приборами. Точность измерения температуры зависит от точности вторичных приборов. Термометры технического применения обычно индивидуально не градуируются и комплектуются соответствующими вторичными приборами, шкала которых нанесена непосредственно в °С.
В диапазоне криогенных (ниже 90 К) и сверхнизких (ниже 1 К) температур, кроме обычных методов измерения температур, применяются специфические (см.
Низкие температуры)
. Это -
Магнитная термометрия (диапазон 0,006-30 К; точность до 0,001
град)
; методы, основанные на температурной зависимости
Мёссбауэра эффекта и анизотропии γ-излучения (ниже 1 К), термошумовой
термометр с преобразователем на
Джозефсона эффекте (ниже 1 К). Особой сложностью Т. в диапазоне сверхнизких температур является осуществление теплового контакта между термометром и средой.
Для обеспечения единства и точности температурных измерений служит Государственный эталон единицы температуры -
Кельвин, что позволяет в диапазоне 1,5-2800 К воспроизводить Международную практическую температурную шкалу (МПТШ) с наивысшей достижимой в настоящее время точностью. Путём сравнения с эталоном значения температур передаются образцовым приборам, по которым градуируются и проверяются рабочие приборы для измерения температуры. Образцовыми приборами являются германиевые (1,5- 13,8 К) и платиновые [13,8-903,9 К (630,7 °С)] термометры сопротивления, платинородий (90\% Pt, 10\% Rd) - платиновая термопара (630,7-1064,4 °С) и оптический пирометр (См.
Пирометры) (выше 1064,4 °С).
Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Методы измерения температуры. Сб., ч. 1-2, М., 1954; Температура и её измерение. Сб., пер. с англ., М., 1960; Сосновский А. Г., Столярова Н. И., Измерение температур, М., 1970.
Д. Н. Астров, Д. И. Шаревская.