H mérs ékletm érés - Óbudai Egyetemold.bgk.uni-obuda.hu/ggyt/targyak/seged/bagme16knk/3.pdf ·...

HHıımméérsrséékletmkletméérr ééss

HHıımméérsrséékletmkletméérr ééss

� 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. halmazállapot-változások)

HHıımméérsrséékleti skkleti skáálala

Megfelelımérıskálát 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.

RRééaumureaumure--skskáálala

�� BevezetBevezetııje: je: ReneReneAntonieAntonieFerchaultFerchaultde de RRééaumureaumure

�� 0 pontja: a v0 pontja: a vííz fagyz fagyááspontjaspontja

�� MMáásik alappontja: vsik alappontja: vííz forrz forrááspontjaspontja

�� Alappont tartomAlappont tartomáány felosztny felosztáása: 80 egyssa: 80 egyséégg

�� Csak tCsak töörtrtééneti jelentneti jelentıısséége vange van

FahrenheitFahrenheit--skskáálala

�� BevezetBevezetııje: je: GabrielGabrielDanielDanielFahrenheitFahrenheit

�� 17001700--as as éévektvektııl hasznl hasznááljlj áák az amerikai kontinensenk az amerikai kontinensen

�� Nulla pontja: legjobban lehNulla pontja: legjobban lehőőllıı ssóós oldat fagys oldat fagyááspontja spontja ((ÍÍgy a vgy a vííz fagyz fagyááspontja 32 fok)spontja 32 fok)

�� MMáásik alappontja: emberi test hsik alappontja: emberi test hıımméérsrséékleteklete

�� AlapAlap--pontok tartompontok tartomáánynyáát 96 egyst 96 egyséégre osztottagre osztotta

�� MMéértrtéékegyskegyséége:ge:°°F (FahrenheitF (Fahrenheit--fok)fok)

KelvinKelvin --skskáálala

�� BevezetBevezetııje: je: WilliamWilliam ThomsonThomsonKelvinKelvin

�� Nulla pontja: abszolNulla pontja: abszolúút nulla fok (t nulla fok (--273,16 C273,16 C°°))

�� SkSkáálláája: abszolja: abszolúút ht hıımméérsrséékleti skkleti skáálala

�� EgysEgyséége: megegyezik a Celsius skge: megegyezik a Celsius skáála egy fokla egy fokáávalval

�� MMéértrtéékegyskegyséége:K (kelvin)ge:K (kelvin)

�� Jele: TJele: T

RankineRankine--skskáálala

�� BevezetBevezetııje: je: WilliamWilliam John John MacquornMacquornRankineRankine

�� 0 pontja: abszol0 pontja: abszolúút nulla t nulla

�� EgysEgyséége: megegyezik a Fahrenheit egysge: megegyezik a Fahrenheit egysééggelggel

�� MMéértrtéékegyskegyséége: ge: °°R (R (rankinerankine--fokfok))

�� RitkRitkáán hasznn hasznááljlj áákk

HHıımméérsrsééklet klet áátsztszáámmííttáásasa

( )[ ]9

532 ×−= FC

o

o

HHıımméérr ıık osztk osztáályozlyozáásasa

�� FolyadFolyadéékok, szilkok, sziláárd testek trd testek téérfogatrfogatáának, nak, mmééretretéének nek éés alakjs alakjáának megvnak megvááltozltozáássáán alapuln alapulóómméérréési eljsi eljáárráások, ezekhez mechanikai sok, ezekhez mechanikai hhıımméérrıık:k:�� FolyadFolyadééktktööltltééssőő hhıımméérrııkk

�� BimetallhBimetallhıımméérrııkk

�� DilatDilatáácicióós hs hıımméérrııkk

HHıımméérr ıık osztk osztáályozlyozáásasa

�� NyomNyomáásvsvááltozltozáást st éérzrzéékelkelıı hhıımméérrııkk�� GGáázhzhıımméérrııkk�� FolyadFolyadééknyomknyomáásos hsos hıımméérrııkk�� GGııznyomznyomáásos vagy psos vagy pááranyomranyomáásos hsos hıımméérrııkk

�� Termikus sugTermikus sugáárzrzáást felhasznst felhasznáállóó eszkeszköözzöökk�� ÖÖsszsugsszsugáárzrzáásmsméérrıı pirompiromééterter�� RRéészsugszsugáárzrzáásmsméérrıı pirompiromééterter

�� Elektromos ellenElektromos ellenáállll áás hs hıımméérsrséékletfkletfüüggggéésséét t felhasznfelhasznáállóó eszkeszköözzöökk

�� TermoelektromosTermoelektromosjelensjelenséégeket felhaszngeket felhasznáállóó eljeljáárráásoksok

Folyadékhımérık

Ezek a leggyakrabban használt hımérık. A folyadékok közül bármelyik alkalmas hıtáguláson alapuló hımérıkészítésre. Az alkalmazott típust a folyadék hıtágulásiegyütthatója, fagyás- és forráspontja dönti el.

Legtöbbször ez:

- higany

- szerves folyadék (metilalkohol, borszesz).

FolyadFolyadééktkt ööltlt ééssőő hhıımméérrııkk

1,1*10-3+50-110Etil-alkohol

1,62*10-3+30-200Mőszaki pentán

1,08*10-3+100-70Toluol

1,81*10-4+357-38,78Higany

felsıalsó

Térfogati hıtágulási

együttható

β, 1/K

Méréshatár 0C

Töltıfolyadék

FolyadFolyadéékhkhıımméérr ııkk

mmA

V

TA

TV

T

LÉ

mmA

TV

A

VL

mTVV

kk

kk

ββ

ββ

11

1

31

=∆

∆=∆

=

∆=∆=

∆=∆

Minimumhımérı� Két észlelés közötti idıtartam legalacsonyabb

hımérsékletének meghatározására szolgál. Félfokos beosztásúés 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.

GalileoGalileoGalilei elve alapjGalilei elve alapjáán kn kéészszüült lt hhıımméérrıı

MMáár r GalileoGalileo felfedezte, hogy a folyadfelfedezte, hogy a folyadéékok skok sőőrrőősséége a ge a hhıımméérsrsééklet hatklet hatáássáára megvra megvááltozik. Hltozik. Hıımméérrııink mink mőőkkööddéése ezen az se ezen az elven alapszik.elven alapszik.A hA hıımméérsrséékletet a szkletet a szíínes golynes golyóókon fkon füüggggıı plombplombáákrkróól lehet l lehet leolvasni. A golyleolvasni. A golyóók sk súúlyklyküüllöönbsnbséége mindge mindöössze 2 / 1000 gramm. ssze 2 / 1000 gramm. Ez biztosEz biztosíítja a pontosan 1 tja a pontosan 1 °°CC--nyinyi kküüllöönbsnbsééget. A golyget. A golyóók k leslesőőlyedneklyednek, ha a h, ha a hıımméérsrsééklet nklet nöövekszik vekszik éés felemelkednek, ha a s felemelkednek, ha a hhıımméérsrsééklet csklet csöökken. Az aktukken. Az aktuáális hlis hıımméérsrsééklet a felsklet a felsıı rréészen szen úúszszóólegalslegalsóó golygolyóón fn füüggggıı plombplombáárróól olvashatl olvashatóó le.le.HHıımméérrııink a legmodernebb gyink a legmodernebb gyáártrtáási technolsi technolóógigiáával kval kéészszüülnek, lnek, tiszttisztáán kn kéézi munkzi munkáával val üüvegbvegbııl.l.KKöörnyezetbarrnyezetbaráát folyadt folyadéékokkal vannak tkokkal vannak tööltve, melyek kevltve, melyek kevéésbsbéégygyúúlléékonyak konyak éés nem ms nem méérgezrgezıık.k.

BimetallhBimetallhıımméérr ıı

�� A hA hıımméérrıı mméérrııeleme keleme küüllöönbnböözzıı kialakkialakííttáássúúikerfikerféémm--szalag. szalag.

�� LaprugLaprugóó vagy spirvagy spiráálruglrugóó alakalak

�� Az alakvAz alakvááltozltozáás anns annáál nagyobb, minl nagyobb, minéél nagyobb l nagyobb a ka kéét ft féém m hhııttáágulguláássáánaknakkküüllöönbsnbséégege

�� RRéézz--vas, rvas, réézz--nikkelnikkel

�� ElEléérhetrhetıı mméérréési pontosssi pontossáág: 1g: 1……3%3%

BimetallhBimetallhıımméérr ıı

DilatDilat áácicióós (s (ttáágulgulóórudasrudas) h) hıımméérrıı

�� A kA küülslsıı nagyobb nagyobb hhııttáágulguláássúú (r(rééz, nikkel, z, nikkel, krkróómnikkel) csmnikkel) csııben elhanyagolhatben elhanyagolhatóó hhııttáágulguláássúúrrúúd helyezkedik el (kvarc, kerd helyezkedik el (kvarc, keráámia). mia).

�� KialakKialakííttáása sa éés nagy ms nagy mééretei miatt (a rretei miatt (a rúúdhossz dhossz kb. 1m) nagyobb hkb. 1m) nagyobb hıımméérsrséékletek ipari kletek ipari kköörrüülmlméények knyek köözzöötti, nem ttti, nem túúl nagy pontossl nagy pontossáággúúmméérréésekhez hasznsekhez hasznááljlj áák. (pl. kazk. (pl. kazáánok nok ffüüstcsatornstcsatornáája)ja)

GGáázhzhıımméérr ııkk

Alapjuk a hıtágulási törvény (Boyle, Mariotte és Gay-Lussac): a gázok igen nagy nyomás és hımérséklet tartományában azonosan viselkednek, állandónyomáson minden gázra érvényes.

Megalkották a gázhımérıt és hozzá olyan hımérsékleti skálát, amely egy anyagcsoporthoz kapcsolódik. Mivel minden gáz -273oC–nál magasabb hıfokon válik cseppfolyóssá, ezt választották az abszolút vagy Kelvin-skála nulla pontjául.

Mérési tartomány: 250… 1500 KGázok: hidrogén, hélium, nitrogén (kicsi a forr.pontjuk)

GGáázhzhıımméérr ııkk

A gázhımérık nagy méretükés bonyolult szerkezetükmiatt laboratóriumimőszerek, meteorológiaimérésekrenem használhatók.Mérési pontosságuk alkalmassáteszik ıket hitelesítımérésekre, a hımérsékletmérésabszolútmőszereinek tekintendık.

FolyadFolyadééktenziktenzióóss hhıımméérrııkk

�� Azonos kialakAzonos kialakííttáássúúakak

�� TTööltltııfolyadfolyadéék:k:�� Higany (0Higany (0……60060000C)C)

�� EtilEtil --alkoholalkohol

�� EtilEtil --ééter (ter (--150150……30030000C)C)

GGııznyomznyomáásos hsos hıımméérrııkk

�� ZZáárt trt téérben elhelyezkedrben elhelyezkedıı folyadfolyadéék feletti k feletti teltelíített gtett gıız nyomz nyomáása a hsa a hıımméérsrsééklet egyklet egyéértelmrtelmőőffüüggvggvéényenye

�� MMéérrııfolyadfolyadéékok:kok:�� KlKl óórr--etil (0etil (0……656500C)C)

�� KKéénn--dioxid (0dioxid (0……12012000C)C)

�� EtilEtil --alkohol (0alkohol (0……20020000C)C)

HHıısugsugáárzrzáás s úútjtj áán mn méérr ııhhıımméérsrséékletmkletméérr ııkk

�� KKöözelzelííttıı szszíínsknskáála:la:�� HalvHalváányvnyvöörrööss 560 560 00CC

�� SSööttéét cseresznyepiros 690 t cseresznyepiros 690 00CC

�� VilVil áágos cseresznyepiros 810 gos cseresznyepiros 810 00CC

�� SSööttéétnarancs 840 tnarancs 840 00CC

�� VilVil áágosnarancsgosnarancs925 925 00CC

�� SSööttéétstsáárgarga975 975 00CC

�� VilVil áágossgossáárga 1150 rga 1150 00CC

�� FehFehéér 1250 r 1250 00CC

�� VakVakííttóó fehfehéér 1350r 1350……1400 1400 00CC

540 - 580 oC

580-650

650-750

750-780

780-800

800-850

850-900

900-1050

1050-1150

1150-1250

1250-1350

ÖÖsszsugsszsugáárzrzáásmsméérrıı pirompirom ééterter

�� A kA kéépen lpen lááthatthatóó korszerkorszerőővvááltozat ltozat infravinfravöörröösséérzrzéékelkeléésen alapul sen alapul éés s --20 20 -- +500+500°°C C hhıımméérsrséékletklettartomtartomáányban knyban kéépes 2%pes 2%--os pontossos pontossáággal mggal méérni rni ttáávolrvolróól.l.

PonthPonthıımméérsrséékletmkletméérrééss infravinfravöörröös (IR) s (IR) sugsugáárzrzáás alapjs alapjáánn

�� Minden tMinden táárgy elnyel (Abszorbergy elnyel (Abszorbeáál) l) éés kibocss kibocsáát (Emittt (Emittáál) l) sugsugáárzrzáástst

�� A tA táárgy a hrgy a hıımméérsrséékletkletéének megfelelnek megfelelıı energia szinten energia szinten bocsbocsáát ki energia sugt ki energia sugáárzrzáást, anyagst, anyagááttóól l éés fels felüületi leti minminııssééggééttııl fl f üüggggıı mméértrtéékbenkben

Környezeti hımérséklet visszaverıdı sugárzása

A tárgy hımérsékleti sugárzása

TesthTesthıımméérsrséékletkleteloszleloszláás ms méérréésese

� A test hA test hıımméérsrsééklet eloszlklet eloszláássáát t llááthatthatóóvváá tevtevıı kamera kamera éés s kkéépernypernyıı

� Az emberi test vizsgAz emberi test vizsgáálatlatáánnáál l 22--33ooCC--os mos méérettartomrettartom áányban nyban tartomtartom áányban 0.1nyban 0.1ooCC--os os pontosspontossáággal lehet ggal lehet hhııttéérkrk éépetpetkkéészszííteniteni

� GyulladGyulladáások, vsok, véérkeringrkering éési si elteltéérr éések lsek lááthatthatóóvváá tehettehetııkk

Elektromos hElektromos hıımméérrııkk

�� A hA hıımméérsrsééklet elektromos meghatklet elektromos meghatáározrozáássáára ra hháárom lehetrom lehetıısséég g ááll rendelkezll rendelkezéésre:sre:

�� a fa féémek hmek hıı okozta ellenokozta ellenáállll ááss--vvááltozltozáásasa

�� a fa féélvezetlvezetıık hk hıı okozta ellenokozta ellenáállll áás vs vááltozltozáásasa

�� termoelektromostermoelektromosjelensjelenséégg

EllenEllenáállll áás hs hıımméérr ııkk

�� FFéémes vagy fmes vagy féélvezetlvezetıı alapalapúú, h, hıımméérsrséékletfkletfüüggggııellenellenáállll áást tartalmazst tartalmazóó mméérrııáátalaktalakííttóókk..

�� MMőőkkööddééssüük alapja: a fk alapja: a féémek elektromos mek elektromos ellenellenáállll áása a hsa a hıımméérsrsééklettel vklettel vááltozikltozik

�� Olyan anyagbOlyan anyagbóól kl kéészszüült huzalokat lt huzalokat alkalmaznak, amelyek a halkalmaznak, amelyek a hıımméérsrsééklet hatklet hatáássáára ra jelentjelentıısen vsen vááltoztatjltoztatjáák az ellenk az ellenáállll áásukat.sukat.

�� ElElıınye: kis nye: kis hhııtehetetlenstehetetlenséégg éés a ts a táávmvméérréés s lehetlehetıısséégege

+100+10000VasVas

+180+180--7070NikkelNikkel

+750+750--200200RRéézz

+750+750--200200PlatinaPlatina

FelsFelsıı MMéérrééshatshatáár r 00CC

AlsAlsóó MMéérrééshatshatáár r 00CC

AnyagAnyag

Termoelem hTermoelem hıımméérrıık k

�� KKéét kt küüllöönbnböözzıı fféémszmszáálblbóól (l (rréézz--konstantkonstantáánn 600 600 °°CC--ig, platina ig, platina éés s platinaplatina--iridiumiridium öötvtvöözete 1600 zete 1600 °°CC--ig) ig) áállll óó ááramkramköörbe galvanomrbe galvanoméétert tert ikatatunkikatatunk, , éés a fs a féémszmszáálak vlak véégei gei kköözzöött htt hıımméérsrsééklet kklet küüllöönbsnbsééget get hozunk lhozunk léétre.tre.

�� Ekkor a vezetEkkor a vezetııben ben ááram halad ram halad áát t éés ezt az s ezt az ááramerramerııssssééget get hasznhasznááljuk a hljuk a hıımméérsrsééklet klet mméérréésséére.re.

Termoelem elrendezTermoelem elrendezéésese

Termoelem hTermoelem hıımméérrıı

Termoelem hTermoelem hıımméérrıı elelıınyei:nyei:

-- biztosbiztosíítja a tja a hhııéérzrzéékelkelıı kis kis hhııkapacitkapacitáássáátt éés kis s kis sugsugáárzrzáási hibsi hibáájjáát,t,

-- a ha hıımméérsrséékleti kleti éértrtéékek regisztrkek regisztráálláása ksa köönnyen nnyen megoldhatmegoldhatóó,,

-- nehezen hozznehezen hozzááfféérhetrhetıı helyen is alkalmazhathelyen is alkalmazhatóó..

HHııelemekelemektt íípusaipusai

Termoelem a gTermoelem a gááztztőőzhelyenzhelyen