Измерение, средства измерений. Измерение температуры. Жидкостные стеклянные термометры. Устройство термометров сопротивления

1. Обзор

1.1 Измерение, средства измерений

Измерение представляет собой процесс нахождения значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств. Во многих случаях в процессе измерения происходит сравнение измеряемой величины с физической, которой присвоено числовое значение, равное единице, и которая называется единицей физической величины или единицей измерения. По способу получения числового значения измеряемой величины все технические измерения можно разделить на прямые и косвенные. Прямыми измерениями называют такие измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При косвенных измерениях численное значение находят на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной определённой зависимостью  Y = f (X₁,X₂,¼,Х_n).

Техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства, называется средством измерения. Совокупность правил, определяющих принципы и средства измерения, называется методом измерения. В технических измерениях широкое распространение получили метод непосредственной оценки, дифференциальный и нулевой методы. В методе непосредственной оценки значение определяемой величины определяется непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия. В дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и базовой (значение которой известно) величин. В нулевом методе измеряемую величину сравнивают с величиной, значение которой известно, но разность между ними сводится к нулю путём изменения известной величины.

Средство измерений должно иметь нормированные метрологические характеристики, т.е. определённые численные значения величин и свойств, влияющих  на точность и достоверность результатов измерений. Средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, называется измерительным прибором. Измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые. В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины, а в цифровом - показания предоставлены в цифровой форме, которая является результатом дискретного преобразования сигналов измерительной информации.

Измерительным преобразователем называется средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Первичным измерительным преобразователем, называется преобразователь, на вход которого воздействует измеряемая величина.

1.2 Измерение температуры

Температура - величина, которая характеризует степень нагрева тела. Зависимость между средней кинетической энергией поступательно движущихся молекул и температурой идеального газа определяется выражением:

 , где k = 1.380 × 10^-23 Дж×К^-1 - постоянная Больцмана.

Впервые прибор для измерения температуры был предложен в 1598 г. Галилеем. Затем Ломоносовым и Фаренгейтом были разработаны термометры, появились шкалы Реомюра и Цельсия. Эти шкалы имеют один недостаток заключающейся в том, что они построенные на одних и тех же реперных точках, однако различные термометрические вещества дают различные значения температуры. В 1848 г. Кельвин предложил использовать термодинамическую шкалу, в её основе лежал идеальный цикл Карно, в котором работа, полученная в этом цикле, зависит только от температур начала и конца процесса. В настоящее время применяется Международная практическая температурная шкала, согласно её основной температурой является термодинамическая температура Т, единица которой кельвин (К) - 1 / 273.16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

В нижеприведенной таблице 1.2.1 даны наиболее распространённые в промышленности средства измерения температуры и указаны пределы их применения.

Таблица 1.2.1. Наиболее распространённые в промышленности средства измерения температуры.

1.3  Термометры расширения

Жидкостные стеклянные термометры.

Принцип действия таких термометров основан на расширении термометрической жидкости, заключённой в термометре, в зависимости от температуры.

Стеклянные термометры имеют следующую конструкцию: он состоит из стеклянного резервуара и припаянного к нему стеклянного капилляра, вдоль капилляра расположена шкала, она может быть нанесена на пластину молочного стекла или непосредственно на наружной поверхности капилляра.

В таблице 1.3.1 приведены термометрические жидкости, используемые в стеклянных термометрах.

Таблица 1.3.1. Термометрические жидкости, используемые в стеклянных термометрах