 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Измерение температуры (также известное как термометрия ) описывает процесс измерения текущей локальной температуры для немедленной или последующей оценки. Наборы данных, состоящие из повторяющихся стандартизованных измерений, можно использовать для оценки тенденций изменения температуры.
Некоторые принципы термометрии были известны греческим философам две тысячи лет назад. Как отмечал Генри Каррингтон Болтон (1900), «развитие термометра из грубой игрушки в прецизионный инструмент заняло более века, и его ранняя история отягощена ошибочными утверждениями, которые были повторены с таким догматизмом, что они получили фальшивая печать власти ". [1] В первые десятилетия 18 - го века в Голландской республики , Габриель Фаренгейт [2] сделал два революционных прорывов в истории термометрии. Он изобрел ртутный стеклянный термометр (первый широко используемый, точный, практичный термометр).[1] и шкала Фаренгейта (перваяшироко используемаястандартизованная шкала температур ). [1]
История [ править ]
Попытки стандартизированного измерения температуры до 17 века были в лучшем случае грубыми. Например, в 170 году нашей эры врач Клавдий Гален [3] смешал равные части льда и кипящей воды, чтобы создать «нейтральный» температурный стандарт. Современная научная область берет свое начало в работах флорентийских ученых 1600-х годов, включая создание устройств Галилеем, способных измерять относительное изменение температуры, но также подверженных влиянию изменений атмосферного давления. Эти ранние устройства назывались термоскопами . Первый запечатанный термометр был построен в 1654 году великим герцогом Тоскани Фердинандом II . [3] Развитие современных термометрови температурные шкалы появились в начале 18 века, когда Габриэль Фаренгейт создал ртутный термометр и весы, разработанные Оле Кристенсеном Рёмером . Шкала Фаренгейта все еще используется вместе со шкалами Цельсия и Кельвина .
Технологии [ править ]
Для измерения температуры разработано множество методов. Большинство из них основаны на измерении некоторых физических свойств рабочего материала, которые зависят от температуры. Одним из самых распространенных устройств для измерения температуры является стеклянный термометр . Он представляет собой стеклянную трубку, наполненную ртутью или другой жидкостью, которая действует как рабочая жидкость. Повышение температуры вызывает расширение жидкости, поэтому температуру можно определить путем измерения объема жидкости. Такие термометры обычно калибруются так, чтобы можно было считывать температуру, просто наблюдая за уровнем жидкости в термометре. Другой тип термометра, который на практике мало используется, но важен с теоретической точки зрения, - это газовый термометр .
К другим важным приборам для измерения температуры относятся:
- Термопары
- Термисторы
- Датчик температуры сопротивления (RTD)
- Пирометр
- Зонды Ленгмюра (для электронной температуры плазмы )
- Инфракрасный термометр
- Прочие термометры
При измерении температуры необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что измерительный прибор (термометр, термопара и т. Д.) Действительно имеет ту же температуру, что и измеряемый материал. При некоторых условиях тепло от измерительного прибора может вызвать температурный градиент, поэтому измеренная температура отличается от фактической температуры системы. В таком случае измеренная температура будет изменяться не только в зависимости от температуры системы, но также и от свойств теплопередачи системы.
Тепловой комфорт, который испытывают люди, животные и растения, зависит не только от температуры, отображаемой на стеклянном термометре. Относительная влажность окружающего воздуха может вызвать более или менее охлаждение за счет испарения. Измерение температуры по влажному термометру нормализует этот эффект влажности. Средняя лучистая температура также может влиять на тепловой комфорт. Фактор ветра холод делает погоду мерзнут при сильном ветре , чем спокойных условиях , даже при том , что стеклянный термометр показывает такой же температуры. Воздушный поток увеличивает скорость передачи тепла от тела или к телу, что приводит к большему изменению температуры тела при той же температуре окружающей среды.
Теоретической основой для термометров является нулевой закон термодинамики, который постулирует, что если у вас есть три тела, A, B и C, если A и B имеют одинаковую температуру, а B и C имеют одинаковую температуру, то A и C равны при той же температуре. Б, конечно же, градусник.
Практическая основа термометрии - наличие ячеек тройной точки . Тройные точки - это такие условия давления, объема и температуры, при которых одновременно присутствуют три фазы , например твердая, паровая и жидкая. Для одиночного компонента в тройной точке нет степеней свободы, и любое изменение трех переменных приводит к исчезновению одной или нескольких фаз в ячейке. Следовательно, ячейки тройной точки можно использовать в качестве универсальных эталонов для температуры и давления (см. Правило фаз Гиббса ).
При некоторых условиях становится возможным измерить температуру путем прямого использования закона излучения черного тела Планка . Например, температура космического микроволнового фона была измерена по спектру фотонов, наблюдаемых с помощью спутниковых наблюдений, таких как WMAP . В исследовании КГПА через столкновения тяжелых ионов , спектры одной частицы иногда служить в качестве термометра.
Неинвазивная термометрия [ править ]
В последние десятилетия было разработано множество термометрических методов. Наиболее перспективные и широко распространенные неинвазивные термометрические методы в контексте биотехнологий основаны на анализе изображений магнитного резонанса, изображений компьютерной томографии и эхотомографии. Эти методы позволяют контролировать температуру в тканях без введения чувствительного элемента. [4] В области реактивных потоков (например, горение, плазма), лазерно-индуцированная флуоресценция (LIF), CARS и лазерная абсорбционная спектроскопия использовались для измерения температуры внутри двигателей, газовых турбин, ударных труб, реакторов синтеза [ 5] и т.д. способность таких оптических основой методов включает быстрое измерение (вплоть до наносекундных временных рамок), несмотря на способность к не возмущать объект измерения (например, пламя, нагретые ударом газы).
Температура приземного воздуха [ править ]
Температура воздуха у поверхности Земли измеряется метеорологическими обсерваториями и метеостанциями , обычно с помощью термометров, размещенных в укрытии, таком как экран Стивенсона , стандартное хорошо вентилируемое укрытие для приборов, окрашенное в белый цвет. Термометры следует устанавливать на высоте 1,25–2 м над землей. Детали этой установки определены Всемирной метеорологической организацией (ВМО).
Истинное среднесуточное значение может быть получено с помощью постоянно записывающего термографа . Обычно это приближается к среднему значению дискретных показаний (например, 24-часовым показаниям, четырем 6-часовым показаниям и т. Д.) Или средним суточным минимальным и максимальным показаниям (хотя последнее может привести к средней температуре до 1 ° C. холоднее или теплее истинного среднего значения, в зависимости от времени наблюдения). [6]
В мире средняя температура воздуха на поверхности составляет около 14 ° С.
Сравнение температурных шкал [ править ]
| Комментарий | Кельвин К | Цельсия ° C | По Фаренгейту ° F | Ренкин ° Ra (° R) | Delisle ° D ¹ | Ньютон ° с. | Реомюр ° R (° Ré, ° Re) ¹ | Rømer ° Rø (° R) ¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Абсолютный ноль | 0 | -273,15 | -459,67 | 0 | 559,725 | -90,14 | −218,52 | -135,90 |
| Самая низкая зарегистрированная естественная температура на Земле ( Восток, Антарктида - 21 июля 1983 г.) | 184 | -89 | −128 | 331 | 284 | −29 | −71 | −39 |
| Температура перехода по Цельсию / Фаренгейту | 233,15 | −40 | –40 | 419,67 | 210 | –13,2 | –32 | –13,5 |
| Смесь льда и соли по Фаренгейту | 255,37 | -17,78 | 0 | 459,67 | 176,67 | −5,87 | -14,22 | -1,83 |
| Вода замерзает (при стандартном давлении ) | 273,15 | 0 | 32 | 491,67 | 150 | 0 | 0 | 7,5 |
| Средняя температура поверхности Земли | 287 | 14 | 57 год | 517 | 129 | 4.6 | 12 | 15.4 |
| Средняя температура тела человека ² | 310,0 ± 0,7 | 36,8 ± 0,7 | 98,2 ± 1,3 | 557,9 ± 1,3 | 94,8 ± 1,1 | 12,1 ± 0,2 | 29,4 ± 0,6 | 26,8 ± 0,4 |
| Самая высокая зарегистрированная температура поверхности на Земле ( Печь-Крик, США - 10 июля 1913 г.) | 329,8 | 56,7 | 134 | 593,7 | 65,0 | 18,7 | 45,3 | 37,3 |
| Вода закипает (при стандартном давлении ) | 373,15 | 100 | 212 | 672 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| Газовое пламя | ~ 1773 | ~ 1500 | ~ 2732 | |||||
| Титан плавится | 1941 г. | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| Поверхность Солнца | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 г. | 4421 | 2909 |
1 Эта температурная шкала не используется и представляет чисто исторический интерес.
2 Нормальная температура человеческого тела составляет 36,8 ± 0,7 ° C или 98,2 ± 1,3 ° F. Обычно данное значение 98,6 ° F является точным преобразованием немецкого стандарта девятнадцатого века 37 ° C. Поскольку в нем не указан допустимый диапазон, можно сказать, что он имеет избыточную (недопустимую) точность. См. Раздел « Температура здорового человека (температура тела)» для получения дополнительной информации.
Некоторые числа в этой таблице округлены.
Стандарты [ править ]
Американское общество инженеров-механиков (ASME) разработало два отдельных стандарта по измерению температуры: B40.200 и PTC 19.3. B40.200 содержит рекомендации для биметаллических термометров, термометров с заполненной системой и жидкостных стеклянных термометров. В нем также приведены инструкции для защитных гильз . PTC 19.3 содержит рекомендации по измерению температуры, относящиеся к тестовым кодам производительности, с особым акцентом на основные источники ошибок измерения и методы их устранения.
Стандарты США (ASME) [ править ]
- B40.200-2008: Термометры прямого и удаленного считывания. [7]
- PTC 19.3-1974 (R2004): Код проверки производительности для измерения температуры. [8]
См. Также [ править ]
- Хронология технологий измерения температуры и давления
- Формулы преобразования температуры
- Цветовая температура
- Планковская температура
- Регистратор данных температуры
- Спутниковые измерения температуры
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Болтон, Генри Кэррингтон : эволюция термометра, 1592–1743 . ( Истон, Пенсильвания : Химическая издательская компания, 1900 г.)
- ^ Габриель Фаренгейт родился в Данциге (Гданьске), затем преимущественно немецко-говорящий город в Поморском воеводстве на Посполитой . Позжев возрасте 15 летон переехал в Голландскую республику , где провел остаток своей жизни (1701–1736).
- ^ а б Т. Дж. Куинн (1983). Температура . Лондон: Academic Press.
- ^ «Гипертермическая процедура» . Лаборатория измерений и биомедицинского приборостроения . Università Campus Bio-Medico di Roma.
- ^ Кристи, Робин С.М.; Feroughi, Omid M .; Драйер, Томас; Шульц, Кристоф (2017-03-21). «Многолинейная лазерно-индуцированная флуоресценция SiO для количественной визуализации температур в пламенном синтезе наночастиц» . В прикладной физике . 123 (4): 104. Bibcode : 2017ApPhB.123..104C . DOI : 10.1007 / s00340-017-6692-0 . ISSN 1432-0649 .
- ↑ Бейкер, Дональд Г. (июнь 1975 г.). «Влияние времени наблюдения на оценку средней температуры» . Журнал прикладной метеорологии . 14 (4): 471–476. Bibcode : 1975JApMe..14..471B . DOI : 10.1175 / 1520-0450 (1975) 014 <0471: EOOTOM> 2.0.CO; 2 .
- ^ "ASME" . Американское общество инженеров-механиков . Дата обращения 13 мая 2015 .
- ^ "ASME" . Американское общество инженеров-механиков. Архивировано из оригинала на 2015-09-08 . Дата обращения 13 мая 2015 .
Внешние ссылки [ править ]
- Каллендар, Хью Лонгборн (1911). . Британская энциклопедия . 26 (11-е изд.). С. 814–821. Еще один современный обзор связанного материала.
- Каллендар, Хью Лонгборн (1911). . Британская энциклопедия . 26 (11-е изд.). С. 821–836. Подробный современный обзор термометрической теории и конструкции термометров.
- Сравнение различных технологий измерения Agilent Technologies, Inc. «Практические измерения температуры» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 ноября 2017 года . Проверено 19 ноября 2018 .
[Мы] исследуем наиболее распространенные методы мониторинга температуры и вводим процедуры для повышения их точности.
