Hımérsékletmérés
Hımérsékletmérés A hımérséklet a levegı fizikai állapotának egyik alapvetı termodinamikai jellemzıje. Mérését a következı körülmények teszik lehetıvé: A testek hımérsékletváltozásai során fellépı fizikai jelenségek: testek térfogatának megváltozása, fémek elektromos ellenállásának megváltozása, a termoelektromosság függése a hımérséklettıl, Az egymással érintkezı testek hımérsékletének kiegyenlítése, Olyan folyamatok létezése, amelyek mindig ugyanazon a hımérsékleten mennek végbe (pl. halmazállapotváltozások)
Hımérsékleti skála Megfelelı mérıskálát kell felállítanunk, így az számokban is kifejezhetı. A ma használatos hımérsékleti skálának két alappontja van: - az 1 bar (1 atm) légköri nyomáson olvadó jég, - a forrásban levı víz hımérséklete.
Réaumure-skála Bevezetıje: Rene Antonie Ferchault de Réaumure 0 pontja: a víz v z fagyáspontja Másik alappontja: víz v z forráspontja Alappont tartomány felosztása: sa: 80 egység Csak törtt rténeti jelentısége van
Fahrenheit-sk skála Bevezetıje: Gabriel Daniel Fahrenheit 1700-as évektıl l használj lják k az amerikai kontinensen Nulla pontja: legjobban lehőlı sós s oldat fagyáspontja (Így a víz v z fagyáspontja 32 fok) Másik alappontja: emberi test hımérsh rséklete Alap-pontok pontok tartomány nyát t 96 egységre gre osztotta Mértékegysége: ge: F F (Fahrenheit-fok)
Kelvin-sk skála Bevezetıje: William Thomson Kelvin Nulla pontja: abszolút t nulla fok (-273,16( C ) C Skálája: abszolút t hımérsh rsékleti skála Egysége: ge: megegyezik a Celsius skála egy fokával Mértékegysége:K ge:k (kelvin) Jele: T
Rankine-sk skála Bevezetıje: William John Macquorn Rankine 0 pontja: abszolút t nulla Egysége: ge: megegyezik a Fahrenheit egységgel ggel Mértékegysége: ge: R R (rankine( rankine-fok) Ritkán n használj lják
Hımérséklet átszámításasa o C = [( ) ] o F 32 5 9
Hımérık k osztályoz lyozása Folyadékok, szilárd testek térfogatt rfogatának, méretének és s alakjának megváltoz ltozásán n alapuló mérési eljárások, ezekhez mechanikai hımérık: Folyadékt ktöltéső hımérık Bimetallhımérık Dilatáci ciós s hımérıkh
Hımérık k osztályoz lyozása Nyomásv sváltozást érzékelı hımérık Gázhımérık Folyadéknyom knyomásos hımérıkh Gıznyomásos vagy páranyomp ranyomásos hımérıkh Termikus sugárz rzást felhasználó eszközök Összsugárzásmérı pirométer Részsugárzásmérı pirométer Elektromos ellenáll llás s hımérsh rsékletfüggését felhasználó eszközök Termoelektromos jelenségeket felhasználó eljárások
Folyadékhımérık Ezek a leggyakrabban használt hımérık. A folyadékok közül bármelyik alkalmas hıtáguláson alapuló hımérıkészítésre. Az alkalmazott típust a folyadék hıtágulási együtthatója, fagyás- és forráspontja dönti el. Legtöbbször ez: - higany - szerves folyadék (metilalkohol, borszesz).
Folyadékt ktöltéső hımérık Töltıfolyadék alsó Méréshatár 0 C felsı Térfogati hıtágulási együttható β, 1/K Higany -38,78 +357 1,81*10-4 Toluol -70 +100 1,08*10-3 Mőszaki pentán -200 +30 1,62*10-3 Etil-alkohol -110 +50 1,1*10-3
Folyad Folyadékh khımérık mm A V T A T V T L É mm A T V A V L m T V V k k k k β β β β 1 1 1 3 1 = = = = = =
Minimumhımérı Két észlelés közötti idıtartam legalacsonyabb hımérsékletének meghatározására szolgál. Félfokos beosztású és számlapja vízszintes irányban számozott. A kapillárisban lévı sötét üvegpálcikát mérés elıtt az alkohol felszínéhez húzzuk; ha a hımérséklet csökken, az alkohol meniszkusza a felületi feszültséggel a pálcát magával húzza. A hımérsékletnövekedés során az alkohol kitágul, így nem képes a pálcát magával húzni.
Galileo Galilei elve alapján n készk szült hımérı Már Galileo felfedezte, hogy a folyadékok sőrősége s a hımérséklet hatására megváltozik. Hımérıink H mőködése m ezen az elven alapszik. A hımérsh rsékletet a színes golyókon függf ggı plombákr król l lehet leolvasni. A golyók k súlyks lykülönbsége mindössze 2 / 1000 gramm. Ez biztosítja tja a pontosan 1 C-nyi különbséget. A golyók lesőlyednek lyednek,, ha a hımérsh rséklet növekszik n és s felemelkednek, ha a hımérséklet csökken. Az aktuális hımérsh rséklet a felsı részen úszó legalsó golyón n függf ggı plombáról l olvasható le. Hımérıink a legmodernebb gyárt rtási technológi giával készk szülnek, tisztán n kézi k munkával üvegbıl. Környezetbarát t folyadékokkal vannak töltve, t melyek kevésb sbé gyúlékonyak és s nem mérgezm rgezık.
Bimetallhımérı A hımérıh mérıeleme különbk nbözı kialakítású ikerfém-szalag. Laprugó vagy spirálrug lrugó alak Az alakváltoz ltozás s annál l nagyobb, minél l nagyobb a két k t fém f hıtágulásának különbsége Réz-vas, réz-nikkelr Elérhet rhetı mérési pontosság: 1 3% 1
Bimetallhımérı
Dilatáci ciós s (tágul( gulórudas) ) hımérıh A külsk lsı nagyobb hıtágulású (réz, nikkel, krómnikkel) csıben elhanyagolható hıtágulású rúd d helyezkedik el (kvarc, kerámia). Kialakítása és s nagy méretei m miatt (a rúdhossz r kb. 1m) nagyobb hımérsh rsékletek ipari körülmények közötti, k nem túl t l nagy pontosságú mérésekhez használj lják. (pl. kazánok füstcsatornája)
Gázhımérık Alapjuk a hıtágulási törvény (Boyle, Mariotte és Gay- Lussac): a gázok igen nagy nyomás és hımérséklet tartományában azonosan viselkednek, állandó nyomáson minden gázra érvényes. Megalkották a gázhımérıt és hozzá olyan hımérsékleti skálát, amely egy anyagcsoporthoz kapcsolódik. Mivel minden gáz -273 o C nál magasabb hıfokon válik cseppfolyóssá, ezt választották az abszolút vagy Kelvin-skála nulla pontjául. Mérési tartomány: 250 1500 K Gázok: hidrogén, hélium, nitrogén (kicsi a forr.pontjuk)
A gázhımérık nagy méretük és bonyolult szerkezetük miatt laboratóriumi mőszerek, meteorológiai mérésekre nem használhatók. Mérési pontosságuk alkalmassá teszik ıket hitelesítı mérésekre, a hımérsékletmérés abszolút mőszereinek tekintendık. Gázhımérık
Folyadéktenzi ktenziós hımérık Azonos kialakításúak ak Töltıfolyadék: Higany (0 600 0 C) Etil-alkohol Etil-éter ter (-150( 150 300 0 C)
Gıznyomásos hımérıkh Zárt térben t elhelyezkedı folyadék k feletti telített tett gız g z nyomása a hımérsh rséklet egyértelm rtelmő függvénye Mérıfolyadékok: Klór-etil (0 65 0 C) Kén-dioxid (0 120 0 C) Etil-alkohol (0 200 0 C)
Hısugárzás útján n mérım Közelítı színsk nskála: hımérsékletmérık Halványv nyvörös 560 0 C Sötét t cseresznyepiros 690 0 C Világos cseresznyepiros 810 0 C Sötétnarancs tnarancs 840 0 C Világosnarancs 925 0 C Sötétsárga 975 0 C Világoss gossárga 1150 0 C Fehér r 1250 0 C Vakító fehér r 1350 1400 1400 0 C 540-580 o C 580-650 650-750 750-780 780-800 800-850 850-900 900-1050 1050-1150 1150-1250 1250-1350
Összsugárzásmérı pirométer A képen k láthatl tható korszerő változat infravörös érzékelésen alapul és -20 - +500 C hımérséklet tartományban képes k 2%- os pontossággal mérni m távolról. l.
Ponthımérs rsékletmérés infravörös s (IR) sugárz rzás s alapján Környezeti hımérséklet visszaverıdı sugárzása A tárgy hımérsékleti sugárzása Minden tárgy t elnyel (Abszorbeál) és s kibocsát t (Emittál) sugárz rzást A tárgy t a hımérsh rsékletének megfelelı energia szinten bocsát t ki energia sugárz rzást, anyagától és s felületi leti minıségétıl l függf ggı mértékben
Testhımérs rséklet eloszlás s mérésem A test hımérsh rséklet eloszlását láthatóvá tevı kamera és képernyı Az emberi test vizsgálat latánál 2-3 o C-os mérettartomm rettartományban tartományban 0.1 o C-os pontossággal lehet hıtérképet készíteni Gyulladások, vérkeringv rkeringési eltérések láthatl thatóvá tehetık
Elektromos hımérıkh A hımérsh rséklet elektromos meghatároz rozására ra három lehetıség áll rendelkezésre: a fémek f hıh okozta ellenáll llás-változása a félvezetf lvezetık k hıh okozta ellenáll llás s változv ltozása termoelektromos jelenség
Ellenáll llás s hımérıkh Fémes vagy félvezetf lvezetı alapú,, hımérsh rsékletfüggı ellenáll llást tartalmazó mérıátalakítók. Mőködésük k alapja: a fémek f elektromos ellenáll llása a hımérsh rséklettel változikv Olyan anyagból l készk szült huzalokat alkalmaznak, amelyek a hımérsh rséklet hatására jelentısen változtatjv ltoztatják k az ellenáll llásukat. Elınye: kis hıtehetetlenség és s a távmt vmérés lehetısége
Anyag Platina Réz Nikkel Vas Alsó Méréshatár 0 C -200-200 -70 0 Felsı Méréshatár 0 C +750 +750 +180 +100
Termoelem hımérık h Két t különbk nbözı fémszálból l (réz-( konstantán 600 C-ig, platina és platina-iridium iridium ötvözete 1600 C- ig) álló áramkörbe rbe galvanométert ikatatunk, és s a fémszf mszálak végei v között hımérsh rséklet különbsk nbséget hozunk létre. l Ekkor a vezetıben áram halad át és s ezt az áramerısséget használjuk a hımérsh rséklet mérésére. re.
Termoelem elrendezése
Termoelem hımérıh Termoelem hımérıh elınyei: - biztosítja tja a hıérzékelı kis hıkapacitását és s kis sugárz rzási hibáját, - a hımérsh rsékleti értékek regisztrálása sa könnyen k megoldható, - nehezen hozzáférhet rhetı helyen is alkalmazható.
Hıelemek típusai
Termoelem a gáztg ztőzhelyenzhelyen