온도 측정 방법 및 기기
온도는 무엇입니까
온도 측정은 500 ° C 이상의 온도를 다루는 일부를 고온 측정이라고하는 이론 및 실험 분야의 주제입니다.
열역학 제2법칙에 따른 온도 개념의 가장 일반적인 엄격한 정의는 다음과 같이 공식화됩니다.
T = dQ /dC,
여기서 T는 고립된 열역학 시스템의 절대 온도이고, dQ는 해당 시스템으로 전달되는 열의 증분이며, dS는 해당 시스템의 엔트로피 증가입니다.
위의 식은 다음과 같이 해석됩니다. 온도는 고립된 열역학 시스템으로 전달되는 열의 증가를 측정한 값이며 이 경우에 발생하는 시스템의 엔트로피 증가에 해당합니다. 그것의 국가의 교란.
거시 시스템에서 발생하는 미세 프로세스를 고려하여 시스템의 위상을 설명하는 통계 역학에서 온도의 개념은 여러 비어 있는 에너지 수준(Gibbs 분포) 사이에서 분자 시스템의 입자 분포를 표현하여 정의됩니다. .
이 정의(이전 정의에 따름)는 한 신체(또는 시스템)에서 다른 신체(또는 시스템)로의 에너지 전달의 미세물리적 형태의 주요 매개변수로서 온도 개념의 확률론적, 통계적 측면을 강조합니다. 혼란스러운 열 운동.
열역학적으로 균형 잡힌 시스템에만 유효한 온도 개념의 명확한 정의가 명확하지 않아 에너지 전달 현상의 본질에 기반한 "실용적인" 정의가 널리 사용되었습니다. 온도는 다른 신체(또는 시스템)와 열을 교환할 수 있는 능력을 특징으로 하는 신체 또는 시스템의 열 상태입니다.
이 공식은 열역학적 비평형 시스템과 열 접촉 기관을 사용하는 사람이 직접 감지하는 "감각" 온도의 정신생리학적 개념 모두에 적용할 수 있습니다.
"감각"온도는 사람이 주관적으로 직접 평가하지만 질적으로 비교적 좁은 간격으로 만 측정되는 반면, 물리적 온도는 측정 장치의 도움을 받아 정량적이고 객관적으로 측정되지만 간접적으로 만 일부 물리적 양의 값을 통해 측정된 온도에 .
따라서 두 번째 경우에는 이 목적을 위해 선택된 온도 종속 물리량의 일부 기준(기준) 상태가 설정되고 특정 수치 온도 값이 할당되어 선택한 물리량의 상태 변화는 상대적입니다. 기준에 온도 단위로 표현할 수 있습니다.
선택된 온도에 의존하는 양의 일련의 연속적인 상태 변화(즉, 일련의 값)에 해당하는 일련의 온도 값은 온도 눈금을 형성합니다. 가장 일반적인 온도 단위는 섭씨, 화씨, Reaumur, Kelvin 및 Rankine입니다.
켈빈 및 섭씨 온도 눈금
V 1730 프랑스 박물학자 René Antoine Reumour(1683-1757)는 Amoton의 제안에 따라 온도계의 얼음 녹는점을 0으로, 물의 끓는점을 80O로 표시했습니다. V 1742 NSVedic 천문학자이자 물리학자인 Anders Celsius(1701 - 1744)는 2년 동안 Reaumur 온도계를 테스트한 후 눈금 눈금 오류를 발견했습니다.
이것은 대기압에 크게 의존한다는 것이 밝혀졌습니다. 셀시우스는 저울을 보정할 때 압력을 결정하자고 제안했고, 나는 전체 온도 범위를 100으로 나누었지만 얼음의 녹는점에 100을 표시했습니다. 나중에 스웨덴 Linnaeus 또는 독일 Stremmer (다양한 출처에 따라)가 제어점 지정을 변경했습니다.
그리하여 현재 널리 사용되는 섭씨 온도 눈금이 등장했습니다. 보정은 정상 대기압 1013.25 hPa에서 수행됩니다.
온도 눈금은 Fahrenheit, Reaumur, Newton에 의해 만들어졌습니다(후자는 실수로 인체의 온도를 시작점으로 선택했습니다.글쎄, 위대한 사람들은 틀렸어!) 그리고 다른 많은 사람들. 그들은 시간의 시험을 견디지 못했습니다.
섭씨 온도 단위는 1889년 제1회 도량형 총회에서 채택되었습니다. 현재 섭씨 온도는 국제 도량형 위원회에서 제정한 공식 온도 측정 단위이지만 정의에 일부 설명이 있습니다.
위의 주장에 따르면 섭씨 온도 눈금은 한 사람의 활동 결과가 아니라는 결론을 내리기 쉽습니다. 셀시우스는 개발에 참여한 마지막 연구자이자 발명가 중 한 명일 뿐입니다. 1946년까지 이 척도는 단순히 학위 척도라고 불렸습니다. 그때서야 국제도량형위원회가 섭씨도에 "섭씨도"라는 이름을 붙였습니다.
온도계의 작동 본체에 대한 몇 마디. 최초의 장치 제작자는 자연스럽게 작업 범위를 확장하려고 했습니다. 정상적인 조건에서 유일한 액체 금속은 수은입니다.
선택의 여지가 없었다. 융점은 -38.97 ° C, 끓는점은 + 357.25 ° C입니다. 휘발성 물질 중 와인이나 에틸 알코올이 가장 많이 사용되는 것으로 나타났습니다. 녹는점 - 114.2 ° C, 끓는점 + 78.46 ° C
생성된 온도계는 -100 ~ + 300 ° C의 온도를 측정하는 데 적합하며 대부분의 실제 문제를 해결하기에 충분합니다. 예를 들어, 최저 기온은 -89.2 ° C (남극의 Vostok 기지)이고 최대 기온은 + 59 ° C (사하라 사막)입니다. 대부분의 수용액 열처리 공정은 100 °C 이하의 온도에서 이루어집니다.
열역학적 온도 측정의 기본 단위이자 동시에 기본 단위 중 하나 국제 단위계(SI) 켈빈도입니다.
1도 켈빈의 크기(온도차)는 물의 삼중점의 열역학적 온도 값이 정확히 273.16°K로 설정되어 있다는 사실에 의해 결정됩니다.
물이 고체, 액체, 기체의 3상으로 평형 상태로 존재하는 이 온도는 물의 어는점과 끓는점의 재현성보다 훨씬 더 높은 재현성 때문에 주요 출발점으로 간주됩니다. .
물의 삼중점 온도를 측정하는 것은 기술적으로 어려운 작업입니다. 따라서 표준으로 1954년 무게 및 측정에 관한 X 총회에서만 승인되었습니다.
열역학적 온도도 단위로 표현할 수 있는 섭씨도는 온도 범위로 보면 켈빈과 정확히 같지만, 어떤 섭씨 온도 수치도 같은 온도 켈빈 값보다 273.15도 높다. .
1도 켈빈(또는 섭씨 1도)의 크기는 물의 삼중점 온도의 수치로 결정되며 현대 측정 정확도는 100분의 1로 결정된(이전에 허용된) 크기와 다르지 않습니다. 물의 어는점과 끓는점의 온도차.
온도 측정 방법 및 장치의 분류
신체 또는 주변 온도 측정은 근본적으로 다른 두 가지 간접적인 방법으로 수행할 수 있습니다.
첫 번째 방법은 신체 자체 또는 환경의 온도 종속 속성 또는 상태 매개 변수 중 하나의 값을 측정하고 두 번째 방법은 온도 종속 속성 또는 상태의 값을 측정하는 것입니다. 온도가 측정되는 신체 또는 환경과 열평형 상태로 가져오는(직접 또는 간접적으로) 보조 신체의 매개변수...
이러한 목적을 수행하는 보조 몸체라고 하며 완전한 온도 측정 장치의 센서입니다. 온도 측정(고온 측정) 프로브 또는 열 검출기... 따라서 온도 측정을 위한 모든 방법과 장치는 근본적으로 다른 두 그룹으로 나뉩니다. 프로빙 및 프로브없이.
열 감지기 또는 장치의 추가 장치는 온도가 측정되는 신체 또는 매체와 직접 기계적으로 접촉하거나 "광학" 접촉만 이루어질 수 있습니다.
이에 따라 온도를 측정하는 모든 방법과 도구는 다음과 같이 나뉩니다. 접촉 및 비접촉. 프로브 접촉 및 비접촉식 방법과 장치는 실질적으로 가장 중요합니다.
온도 측정 오류
다른 방법과 달리 모든 접촉, 주로 드릴링, 온도 측정 방법은 소위 완전한 탐침 온도계(또는 고온계)가 열 감지기의 민감한 부분의 온도 값만 측정한다는 사실로 인한 열 또는 열적 방법론적 오류는 해당 부분의 표면 또는 부피에 대해 평균을 냅니다.
한편, 이 온도는 일반적으로 측정된 온도와 일치하지 않습니다. 왜냐하면 열 감지기는 도입되는 온도 필드를 필연적으로 왜곡하기 때문입니다. 신체 또는 환경의 고정된 일정한 온도를 측정할 때 열 수신기와 열 수신기 사이에 특정 열 교환 모드가 설정됩니다.
열 감지기와 신체 또는 환경의 측정된 온도 사이의 일정한 온도 차이는 온도 측정의 정적 열 오류의 특징입니다.
측정된 온도가 변하면 열 오류는 시간의 함수입니다. 이러한 동적 오류는 정적 오류에 해당하는 일정한 부분과 가변적인 부분으로 구성되어 있다고 볼 수 있습니다.
후자는 온도가 측정되는 물체 또는 매체 사이의 열 전달의 각 변화로 인해 새로운 열 전달 모드가 즉시 설정되지 않기 때문에 발생합니다. 시간의 함수인 온도계 또는 고온계 판독값의 잔류 왜곡은 온도계의 열 관성으로 특징지어집니다.
열 감지기의 열 오류 및 열 관성은 신체 또는 환경과 열 감지기 사이의 열 교환과 동일한 요인에 따라 달라집니다. 즉, 열 감지기 및 신체 또는 환경의 온도, 크기, 구성(및 그에 따른 특성)에 따라 달라집니다. 및 조건, 설계, 치수, 기하학적 모양, 표면 상태 및 열 감지기 및 주변 신체의 재료 특성에 따라 신체 또는 환경의 측정 온도가 시간이 지남에 따라 변하는 법칙에 따라 배열됩니다.
일반적으로 온도 측정의 열 방법론 오류는 온도계 및 고온계의 기기 오류보다 몇 배 더 높습니다. 합리적인 온도 측정 방법과 열 감지기 구성을 사용하고 후자를 사용 장소에 적절하게 설치하여 감소시킵니다.
열수신기와 온도가 측정되는 환경 또는 신체 사이의 열 전달 개선은 열 전달의 유익한 요소를 강제하고 유해한 요소를 억제함으로써 달성됩니다.
예를 들어 밀폐된 공간에서 가스의 온도를 측정할 때 가스와 열 감지기의 대류 열 교환이 증가하여 열 감지기 주변에 빠른 가스 흐름("흡입" 열전대) 및 복사열을 생성합니다. 체적 벽과의 교환이 감소되어 열 감지기를 차폐합니다("차폐된" 열전쌍).
전기 출력 신호가 있는 온도계 및 고온계의 열 관성을 줄이기 위해 측정된 온도의 급격한 변화로 신호 상승 시간을 인위적으로 줄이는 특수 회로도 사용됩니다.
비접촉식 온도 측정 방법
측정에 접촉 방법을 사용할 가능성은 접촉 열 감지기에 의한 측정 온도의 왜곡뿐만 아니라 열 감지기 재료의 실제 물리 화학적 특성(부식 및 기계적 저항, 내열성, 등.).
비접촉식 측정 방법에는 이러한 제한이 없습니다. 그러나 그 중 가장 중요한 것, 즉온도 복사 법칙에 따라 사용되는 법칙이 완전히 검은 방출기에 대해서만 정확히 유효하다는 사실로 인해 특별한 오류가 내재되어 있으며 모든 실제 방출기(본체 및 캐리어)는 복사 속성 측면에서 다소 다릅니다. .
Kirchhoff의 복사 법칙에 따르면 모든 육체는 육체와 같은 온도로 가열된 흑체보다 적은 에너지를 방출합니다.
따라서 블랙 이미터에 대해 보정된 온도 측정 장치는 실제 물리적 이미터의 온도를 측정할 때 실제 온도보다 낮은 온도, 즉 보정에 사용된 블랙 이미터의 속성(복사 에너지, 그 밝기, 스펙트럼 구성 등), 결정해야 할 주어진 실제 온도에서 물리적 라디에이터의 특성과 값이 일치합니다.측정된 과소 평가된 의사 온도를 흑색 온도라고 합니다.
서로 다른 측정 방법은 일반적으로 일치하지 않는 검정색 온도로 이어집니다. 복사 고온계는 적분 또는 복사를 표시하고, 광학 고온계는 밝기를, 컬러 고온계는 색상 검정색 온도를 표시합니다.
측정된 검은색에서 실제 온도로의 전환은 온도가 측정된 물체의 방사율이 알려진 경우 그래픽 또는 분석적으로 수행됩니다.
방사율은 동일한 온도를 갖는 복사 특성을 측정하는 데 사용되는 물리적 및 검은색 이미 터 값의 비율입니다. 복사 방법을 사용하면 방사율은 총 (스펙트럼 전체) 에너지의 비율과 같습니다. 광학적 방법을 사용하면 분광 방사율 능력은 글로우의 분광 밀도 비율과 같습니다. 다른 모든 조건이 동일한 경우 가장 작은 이미터 비흑색도 오류는 컬러 고온계에 의해 제공됩니다.
복사 방법으로 비흑색 이미터의 실제 온도를 측정하는 문제에 대한 급진적인 해결책은 이를 흑색 이미터로 전환하기 위한 조건을 생성함으로써(예를 들어, 실질적으로 닫힌 공동에 배치함으로써) 기술에 의해 달성됩니다. .
일부 특수한 경우 특수 온도 측정 기술(예: 조명, 3파장 빔, 편광 등)을 사용하여 기존의 복사 고온계로 검정색이 아닌 이미터의 실제 온도를 측정할 수 있습니다.
온도 측정용 일반 기기
방대한 범위의 측정 온도와 무한한 수의 서로 다른 조건 및 측정 대상은 온도 측정을 위한 매우 다양하고 다양한 방법과 장치를 결정합니다.
온도 측정을 위한 가장 일반적인 기기는 다음과 같습니다.
- 열전 고온계(온도계);
- 전기 저항 온도계;
- 방사선 고온계;
- 광 흡수 고온계;
- 광학 밝기 고온계;
- 색온도계;
- 액체 팽창 온도계;
- 게이지 온도계;
- 증기 온도계;
- 기체응축온도계;
- 스틱 팽창 온도계;
- 바이메탈 온도계;
- 음향 온도계;
- 열량 측정 고온계 - 고온경;
- 열 페인트;
- 상자성 소금 온도계.
온도 측정에 가장 널리 사용되는 전기 장치:
또한보십시오: 다른 온도 센서의 장단점
위에 나열된 많은 유형의 기기가 다양한 방법으로 측정에 사용됩니다. 예를 들어 열전 온도계가 사용됩니다.
- 열 감지기와 측정 대상의 열 불균형을 교정하는 장치 없이 또는 장치와 함께 환경 및 신체의 온도뿐만 아니라 후자의 표면을 접촉 측정하기 위해;
- 방사선 및 일부 분광법에 의한 비접촉식 온도 측정용;
- 혼합(접촉-비접촉)-가스 캐비티 방법에 의한 액체 금속의 온도 측정(방사선으로 잠긴 튜브의 끝에서 액체 금속에 불어넣은 가스 기포의 방사 온도 측정) 고온계).
동시에 다양한 유형의 장치에 많은 온도 측정 방법을 적용할 수 있습니다.
예를 들어, 실외 및 실내 공기 온도는 최소 15가지 유형의 장치로 측정할 수 있습니다. 사진은 바이메탈 온도계를 보여줍니다.
캘리포니아 베이커에 있는 세계 최대의 온도계
온도 측정기의 적용: