Які бувають прилади для вимірювання температури

Одним із значущих фізичних параметрів, які найчастіше вивчаються, спостерігаються і коригуються, будь то повсякденне побутове життя людини, виробничі цикли або лабораторні дослідження, є показник температури. Залежно від властивостей, технічних особливостей та визначального механізму роботи існує певна класифікація приладів для вимірювання температури на окремі види: звичайні рідинні пристрої або складні, вдосконалені електронні та лазерні вимірювачі, які являють собою гідну альтернативу ставшому звичним побутовому градуснику. Безумовно, основоположним і вирішальним фактором є місце застосування таких пристроїв.

• Види приладів для вимірювання температури
• Термометри і датчики
• Вимірювачі температури води
• Рідинні термометри
• Пристосування для визначення температури повітря
• Особливості терморегуляторів і сигналізаторів
• Електротермометр
• Які існують пристрої для вимірювання температури тіла
• Коли потрібен дистанційний пірометр
• Якими пристроями можна виміряти температуру металу
• Вимірювання температури двигуна
• Вторинні прилади для вимірювання температури

Види приладів для вимірювання температури

Пристрої для проведення необхідних досліджень, у тому числі прилад для вимірювання температури повітря, відрізняються конструктивно, а також принципом роботи, який використовується для проведення замірів. Досить широке застосування у контактних і дистанційних термометрів, інакше званих пірометрами. Крім того, класифікація приладів для вимірювання температури групує:

• Скляні та металеві термометри розширення рідинні, що працюють на властивості зміни обсягу тіл при різних значеннях температури. Спектр дії їх від -190 до + 500 ° С.
• Манометричні термометри, що використовують залежність між мінливою температурою газоподібної речовини, поміщеної в замкнутий об ‘єм, і тиском. Працюють при значеннях від -160 до + 600 ° С.
• Електричні термометри опору діють, покладаючись на здатність матеріалів-провідників змінювати електросопротивлення при нагріванні та охолодженні. Ефективні від -200 до + 650 ° С.
• Термоелектричні перетворювачі – термопари. Задіяні в діапазоні від 0 до + 1800 ° С. Ці прилади для вимірювання температури використовують властивість двох різних металів і металосплавів виробляти електродвижущую силу при зміні ступеня нагріву спаю.
• Пристрій для визначення температури від + 100 до + 2500 ° С – пірометр випромінювання (фотоелектричний, оптичний, радіаційний). Дія обумовлена тим, що фіксований показник впливає на величину випромінюваного тілом тепла. Відноситься до безконтактного типу вимірювань. Розрізняють стаціонарні та мобільні, низько- та високотемп￨uk ￨uk ельні пірометри.

Термометри і датчики

За іншою класифікацією термофіксуючих пристроїв проводиться їх поділ на термометри і термодатчики.

Перші – це механічні прилади, в тому числі газонаповнені манометричні пристрої, біметалічні, скляні вимірювачі температури і комбіновані регулятори.

Термодатчики – це надточні вдосконалені електронні пристосування для фіксування показників температури в рідинах і твердих тілах. До них слід відносити термометри опору, термопари, перетворювачі показань датчиків і сигналізатори, оснащені релейними механізмами.

Новітні термодетектори оснащені USB-інтерфейсом, пам ‘яттю для збереження та аналізу досліджень, лазерним навідником-цілевказівником.

Вимірювачі температури води

Кожен окремий прилад для вимірювання температури води, холодних і гарячих розчинів характеризується особливим принципом роботи. Зустрічаються універсальні пристосування, придатні також для замірів показників повітря.

Рідинні термометри

Скляні рідинні вимірювачі відомі як найбільш елементарні і точні термометри, які випускаються прямими і кутовими. А сфера їх застосування – аналіз технологічного обладнання, а також комунальне господарство (заміри в трубопроводах). Прилади підходять для значень від -35 до + 600 ° С, причому як чутливий елемент частіше за інших застосовують ртуть, а показання записують за шкалою.

Залежно від місця застосування та особливостей будови розрізняють пристрої медичні, технічні, електроконтактні, рідинні, палочні та інші.

Конкретний прилад для вимірювання температури води вибирається з урахуванням допустимої похибки при замірах.

Пристосування для визначення температури повітря

Перший прилад для вимірювання температури повітря – це скляний термометр, активним рідким елементом в якому можуть бути ртуть, спирт етиловий, толуол та інші речовини.

Високоточні вимірювачі ртутні бувають паличними і з вкладеною скляною шкалою. Вони затребувані в лабораторних дослідженнях у різних галузях виробництва і медицини. Палочний термометр оснащений прозорою термостійкою градуйованою капілярною трубочкою, а другий вид вимірювачів характеризується тим, що ділення шкали розташовані позаду неї на окремій пластині, а весь механізм захищений футляром з міцного скла.

При наявності в приладі електроконтактів його називають термосигналізатором, а чутлива рідина всередині резервуара і капіляра показує справжню температуру навколишнього простору.

Особливості терморегуляторів і сигналізаторів

Крім перерахованих вище, існують й інші прилади для вимірювання температури. Наприклад, в якості терморегуляторів і сигналізаторів використовують стрижневі дилатометри з чутливими деталями з різнорідних металосплавів, які подовжуються при нагріванні на різну величину.

Тим же принципом характеризується ще один вид термометра – біметалічний, з вставленою термочутливою пружиною, спаяною з парою металевих платівок з різним температурним розширенням. У процесі нагрівання пружина вигинається до пластини меншого термокоефіціента, а за величиною вигину знаходять шуканий показник температури.

Електротермометр

Для дистанційного фіксування теплових показників навколишнього середовища в діапазоні від -15 до + 125 ° С відмінно підходить безконтактний прилад для вимірювання температури – аспіраційний електротермометр. У його пристрій входять з ‘єднані між собою шнуром вимірювач і датчик.

Чутливим елементом є найтонший мідний дріт датчика, накручений спіралью на нитковий каркас.

Які існують пристрої для вимірювання температури тіла

Температуру тіла звично вимірюють градусником. Але на сьогоднішній день існує безліч інших термометрів, що відрізняються за зовнішнім виглядом і основними принципами дії.

Найпоширеніші пристосування, до яких належить наш градусник, працюють на температурному розширенні ртуті, гасу, спирту та ін. рідин. Вони недорогі, практичні і досить точні, особливо ртутні, хоча отруйний вміст у крихкому скляному корпусі несе з собою деякий ризик.

Електронний або цифровий прилад для вимірювання температури тіла показує потрібну величину завдяки вбудованому датчику, але його вартість багато більше ціни рідинних “побратимів”. Ці термометри контактні.

Інфрачервоні пірометри не потребують прямого дотику до людини, діючи дистанційно. Надчутливий датчик за 2-15 секунд зчитує величину випромінювання, виводячи результат на дисплей. Ці безконтактні прилади для вимірювання температури чудово підходять для сімей з маленькими дітьми, ситуацій зі сплячими хворими та ін. Крім того, вони застосовні в побуті в процесі приготування їжі, а більш потужні види – в електроенергетиці, на будмайданчиках, в металургії та інших галузях промисловості.

Коли потрібен дистанційний пірометр

Часто бувають ситуації, коли заміряти температуру контактним способом неможливо або просто незручно. Саме в таких випадках знадобиться пірометр – прилад для дистанційного вимірювання температури, а саме:

• при замірах показників сильно розігрітих тіл або отруйного середовища;
• при ускладненому доступі, причому з невеликою похибкою можна зробити вимірювання на відстані в десятки метрів;
• при спостереженні за механізмами, що знаходяться в русі, причому на це будуть потрібні частки секунди;
• при діагностиці електробезпеки будівлі, коли саме таким вимірювачем зручно провести дистанційне сканування на численних віддалених ділянках.

Якими пристроями можна виміряти температуру металу

У металургійній промисловості для дослідження розплавлених металосплавів необхідний міцний прилад для вимірювання високих температур.

Такими вважаються вже описані раніше пірометри. Вони фіксують на відстані теплове випромінювання, що характеризує фактичну температуру металу. У складних умовах надвисоких показників тепла безконтактний спосіб ідеальний. На рідкокристалічний дисплей виводяться такі дані:

• фактична температура за Фаренгейтом і Цельсієм;
• прикордонні температури;
• заряд батареї.

Максимальної точності вимірюваної змінної можна домогтися тільки тоді, коли між об ‘єктом і дистанційним приладом немає перешкод у вигляді парів, що поглинають тепло, або твердих тіл. Якщо ж потрібно зробити заміри металосплава в транспортувальному ковші або при розливі, то слід прийняти умову, що температурний показник виявиться менше фактичного і буде визначатися розрахунками.

Для того щоб уникнути неточності такого способу, застосовується інший прилад для вимірювання температури металу, а саме імітатор чорного тіла. Він занурюється в розплав і представлений у вигляді труби з запаяним або відкритим кінцем, полого конуса або склянки з тугоплавкого металу. У будь-якому варіанті термовимірювач повинен мати підвищену жаропрочність, хімічну стійкість і відмінну теплопровідність, щоб демонструвати виключно точні дані.

Вимірювання температури двигуна

Тривала експлуатація, а також періодичний ремонт машин і механізмів передбачають наявність спеціального обладнання, у складі якого – прилад для вимірювання температури двигуна. До них відносять термопари, терморезистори і термометри розширення.

Термопари – дуже зручні і широко відомі серед автомобілістів прилади для вимірювання температури поверхонь, обмотки і внутрішньої порожнини двигуна. За допомогою цих термодатчиків можна фіксувати дані навіть у важкодоступних ділянках двигуна, в пазах і сердечниках. Являють собою два ізольованих дроти різного металу зі спаяними з одного боку кінцями, які поміщаються в певну точку вимірювання. Другі кінці з ‘єднуються з мілівольтметром і термометром, а сума їх показників визначає фактичне значення температури.

Ртутні та спиртові термометри розширення досить зручні для проведення необхідних вимірювань на доступних ділянках: обмотці, відкритій поверхні різних деталей, а також вихідного (або вхідного) з движку потоку повітря. Терморезистори у вигляді мідного дротяного обмотки кріплять одночасно в декількох місцях двигуна, по черзі включаючи їх, знімаючи фіксовані показання і визначаючи середнє значення.

Вторинні прилади для вимірювання температури

Спробуємо дати визначення того, що таке промисловий вторинний прилад для вимірювання температури. По суті, цей автоматичний пристрій є важливим доповненням до основного вимірювача, що вловлює і перетворює зафіксовані показники в зручну форму. Необхідно для здійснення чіткого контролю, сигналізації та своєчасного регулювання температури в тих виняткових випадках, коли відбуваються відхилення від заданих умовами роботи параметрів. Окремо виділяють стаціонарні та переносні вторинні електроприлади.

Як правило, вторинні прилади для вимірювання температури мають міцний захисний сталевий корпус і оснащені градуйованою шкалою. Реєстрація значень відбувається згідно з діаграмою, записаною від термопар, тензорезисторів, термометрів опору, перетворювачів та інших пристроїв.

Розглядаючи різні способи подачі інформації, слід розділити вторинні прилади на реєструючі і показуючі, одно- і багатоканальні, двофункціональні та одноді^ онні. За наявності сигналізуючого механізму дані пристосування моментально вказують на неприпустиму зміну температури, відмінну від необхідної величини. Це допомагає підтримці логічного протікання всіх реакцій і технологічних процесів, в яких вони задіяні.

При всьому різноманітті приладів, що реєструють температурні показники газів, рідин і твердих тіл слід серйозно підходити до вибору потрібного пристосування. Першорядними факторами, які треба врахувати, є допустимі межі температурних значень, максимальна віддаленість, на якій можна проводити заміри (візування), точність. І, звичайно ж, враховується сфера використання конкретного виду термометра.

Фізичні величини. Вимірювання. Засоби вимірювання. Точність вимірювання. Міжнародна система одиниць фізичних величин

формувати нові знання про фізичні величини, кратні та частинні одиниці, вимірювання фізичних величин, похибки й оцінювання точності вимірювань, ознайомитися з вимірювальними приладами, дослідити ціну поділки та межі вимірювання вимірювального приладу.

Фізичні величини. Вимірювання. Засоби вимірювання. Точність вимірювання. Міжнародна система одиниць фізичних величин.

Формуваня предметних компетентностей : формувати нові знання про фізичні величини, кратні та частинні одиниці, вимірювання фізичних величин, похибки й оцінювання точності вимірювань, ознайомитися з вимірювальними приладами, дослідити ціну поділки та межі вимірювання вимірювального приладу.

Формування ключових компетентностей:

• учні наводять приклади фізичних явищ, фізичних тіл та фізичних величин;
• учні знають символи та одиниці основних фізичних величин.;
• учні записують значення фізичної величини, використовує префікси для утворення кратних і частинних одиниць;
• учні користуються найпростішими засобами вимірювання, визначає ціну поділки шкали;
• учні порівнюють значення фізичних величин;

Тип уроку. Урок комбінований.

Обладнання: підручник, вимірювальні прилади (терези, мірний циліндр, штангенциркуль, мікрометр), які містять шкали.

I. Організаційний момент.

II. Перевірка домашнього завдання

Фізичний диктант:

1. Продовжити речення. Цілеспрямоване отримання нових знань про фізичні тіла або явища називається … (фізичне дослідження).
2. Продовжити речення. Спостереження — це … (сприймання природи з метою одержання первинних даних для подальшого аналізу).
3. Продовжити речення. Дослідження фізичного явища в умовах, які перебувають під контролем ученого називається … (експеримент).
4. Продовжити речення. Явища природи, вивченням яких займається фізика, називаються … (фізичними явищами).
5. На які групи умовно поділено всі фізичні явища? (механічні, світлові, теплові, звукові, електричні, магнітні).
6. Продовжити речення. Фізичне тіло – це … (будь-який предмет, що вивчається у фізиці).
7. Продовжити речення. Речовина – це … (те, з чого складаються фізичні тіла).
8. Які види матерії ви знаєте? (речовина і поле).
9. Скільки видів атомів відомо науці? (118 видів атомів)
10. Сформулюйте основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. (Всі тіла складаються з частинок. Ці частинки перебувають у безперервному хаотичному русі.Частинки взаємодіють одна з одною).
11. Які є явища у фізиці, що підтверджують правильність основних положень молекулярно-кінетичної теорії будови речовини? (броунівський рух, дифузія)
12. Продовжити речення. Атом складається з … (позитивного ядра і негативних електронів), а ядро атома складається з … (протонів і нейтронів)

Вправа 2 (2,3)

III. Актуалізація опорних знань

З уроків математики ви знайомі з величинами, що позначаються певними символами, виражаються числовим значенням, мають одиниці. Наведіть приклади таких величин. Чи доводилось вам здійснювати їх вимірювання? Якими приладами ви користувалися?

ІV. Вивчення нового матеріалу

План вивчення нового матеріалу

1. Фізичні величини. Міжнародна система одиниць. Кратні та частинні одиниці.

2. Вимірювання фізичних величин. Прямі та непрямі вимірювання.

3. Вимірювальні прилади. Ціна поділки та межі вимірювання вимірювального приладу.

4. Оцінювання точності вимірювання.

Фізичні величини. Міжнародна система одиниць. Кратні та частинні одиниці

Світ природних явищ дуже різноманітний, тому, щоб описати їх, потрібно виокремити спільні ознаки явища, або встановити його характерні риси, дати цим ознакам і рисам свої назви, навчитися їх вимірювати, порівнювати між собою, встановлювати між ними зв’язки. У фізиці характерні ознаки тіл, процесів, явищ називають фізичними величинами.

Фізична величина — це кількісно виражена характеристика тіла або фізичного явища.

Кожна фізична величина позначається певним символом, виражається числовим значенням, має одиницю виміру. Наприклад, довжина — це фізична величина, яка характеризує протяжність тіл, відстаней. Найчастіше її позначають малою латинською літерою l. Одиницею довжини є метр. Вимірюють довжину лінійкою. Зараз у більшості країн світу діє запроваджена в 1960 р. Міжнародна система одиниць, яку називають Система Інтернаціональна (СІ).

До основних одиниць СІ належать:

Сила світла — 1 кд (кандела)

Кількість речовини — 1 моль

Для зручності запису великих і малих значень фізичних величин використовують кратні та частинні одиниці (див. таблицю, с. 26).

Кратні одиниці — це одиниці, які більші за основні одиниці в 10, 100, 1000 і більше разів.

Частинні одиниці — це одиниці, які менші від основних одиниць у 10, 100, 1000 і більше разів.

Наприклад, кілометр (1000 м) — кратна одиниця довжини; сантиметр (0,01 м) — частинна одиниця довжини.

Вимірювання фізичних величин. Прямі та непрямі вимірювання.

Значення фізичних величин одержують шляхом вимірювань. Виміряти фізичну величину означає порівняти її з однорідною величиною, взятою за одиницю.

Існують прямі і непрямі вимірювання.

Значення фізичної величини можна знайти безпосередньо за допомогою вимірювального приладу – це прямі вимірювання.

Під час непрямого вимірювання значення фізичної величини визначають як результат обчислення за певною формулою. Так, щоб визначити площу S прямокутника, спочатку за допомогою лінійки вимірюють (прямі вимірювання) його довжину l і ширину d, а потім обчислюють за формулою S = l ⋅ d .

• Чим прямі вимірювання відрізняються від непрямих?
• Наведіть приклади, коли ви проводили прямі вимірювання фізичних величин?
• Які вимірювання, на ваш погляд, більш точні?

Вимірювальні прилади. Ціна поділки та межі вимірювання вимірювального приладу.

Вимірювання дуже важливі в нашому житті, для їх проведення необхідні вимірювальні прилади. Найпростіші прилади для вимірювання довжини лінійка, рулетка, мірна стрічка.

Для вимірювання об’єму рідини мензурка, мірний циліндр, мірна колба.

Для вимірювання температури використовують кімнатний, водний, медичний термометри. Медичний, в свою чергу, буває електронний і ртутний.

Існують і інші вимірювальні прилади. Наприклад, часу секундомір, годинник, сили – динамометр, атмосферного тиску – барометр, тиску газів в посудині – манометр.

Прилади ділять на шкальні та цифрові.(рис.4.6, с.28)

Вимірювальні прилади мають свої характеристики. Найголовніші з них — межі вимірювання і ціна поділки шкали. Шкала приладу являє собою сукупність штрихів, поділок і чисел. Біля деяких штрихів на шкалі стоять числа.

Щоб виміряти фізичну величину потрібно:

– З’ясувати з якою точністю ми хочемо проводити вимірювання

– Підібрати прилад з відповідною шкалою.

– Визначити ціну поділки приладу.

– Виконати відповідні виміри.

Щоб визначити ціну поділки вимірювального приладу потрібно:

1. Обрати числові значення проти будь-яких двох найближчих штрихів шкали.

2. Від більшого значення відняти менше.

3. Отримане число розділити на кількість проміжків між обраними штрихами.

Демонстрація 1. Визначення ціни поділки лінійки.

Нижня межа вимірювання приладу – це найменше значення фізичної величини, яке можна виміряти за допомогою даного приладу.

Верхня межа вимірювання приладу – це найбільше значення фізичної величини, яке можна виміряти за допомогою даного приладу.

Демонстрація 2. Визначення нижньої та верхньої меж термометра.

Оцінювання точності вимірювання.

Жоден вимірювальний прилад не є абсолютно точним. Причин може бути кілька: неточність виготовлення, зношуваність, температура довкілля, вологість повітря. Тому вимірювальні прилади завжди вносять у результат вимірювання деяку неточність – похибку.

Щоб зменшити похибку, вимірювання виконують кілька разів, а потім обчислюють середнє значення результатів вимірювання (знаходять їх середнє арифметичне).

Значення виміряної величини А з урахуванням похибки вимірювання записують так: А = а ± ∆а, де А вимірювана величина; а — результат вимірювання; ∆а — похибка вимірювання. Це означає, що дійсне значення виміряної величини лежить десь поміж значеннями а – ∆а та а + ∆а.

Наприклад, довжина l олівця.

1. Ціна поділки шкали лінійки — 1 мм. Отже, вважатимемо, що похибка результату вимірювання становить 1 мм ( Δа = 1 мм).

2. Довжина а олівця, виміряна лінійкою, дорівнює 122 мм (а =122 мм).

3. Результат вимірювання в цьому випадку слід записати так: l = 122 ± 1 мм. Такий запис означає, що істинне значення довжини олівця перебуває в інтервалі від 121 мм (122 мм – 1 мм) до 123 мм (122 мм + 1 мм).

Цікаві факти

Вчені з Університету Нового Південного Уельсу запропонували схему атомних годинників, які за точністю перевершують сучасні аналоги в кілька разів. Подібна схема в теорії за 14 мільярдів років дає похибку близько однієї десятої секунди. Для порівняння: час існування Всесвіту становить десь 13,6 мільярда років. «За допомогою лазерів миможемо орієнтувати електрони навколо ядра так, що маятником такого годинника буде нейтрон в ядрі», — заявив Віктор Фламбаум, один із авторів дослідження. Дослідники передбачають, що створений за їх схемою годинник зможе забезпечити точність відліку часу до 19 знака після коми.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

Вправа 4 (завдання 1-5)

1. Назвіть відомі вам фізичні величини та одиниці цих величин. Якими приладами їх вимірюють?

2. Що таке ціна поділки шкали приладу? Як її визначають?

3. Чому виникають похибки вимірювань? Як записують результати з урахуванням похибки?

4. Чому виникла потреба введення міжнародної системи одиниць? Які величини вважають основними? Назвіть їх.

5. Навіщо, на вашу думку, існують еталони одиниць фізичних величин?

6. У чому різниця між прямими і непрямими вимірюваннями?

7. Поясніть вираз «Сім разів відміряй — один раз відріж»