Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 14
Текст из файла (страница 14)
е. по объемному расширению некоторых жидкостей, по электрическому сопротивлению металлов и т. д.) обычно называют условной, а шкалу, по которой она измеряется— условной шкалой. Следует отметить, что из числа старых условных температурных шкал наибольшее распространение получила стоградусная температурная шкала Цельсия, градус которой равен сотой части основного температурного интервала. За основные точки этой шкалы приняты точка плавления льда (0) и точка кипения воды (100) при нормальном атмосферном давлении.
В целях дальнейшего усовершенствования условной температурной шкалы проводились работы по изучению возможности использования для измерения температур газового термометра. Для изготовления газовых термометров воспользовались реальными газами (водородом, гелием и другими) и при этом такими из них, ко- торые по свопм свойствам сравнительно мало отличаются от идеального. С помощью газового термомегра температура может быть измерена по наблюдению либо за изменением давления газа в зависимости от температуры при постоянном объеме, либо за изменением объема газа в зависимости от температуры при постоянном давлении.
Как показали всесторонние исследования, большую точность обеспечивает способ, использующий изменения давления газа в зависимости от температуры при постоянном объеме. Путь к созданию единой температурной шкалы, не связанной с какими-либо частными термометрическими свойствами и пригодной в широком интервале температур, был найден в использовании законов термодинамики.
Независимой от свойств термометрического вещества является шкала, основанная на втором законе термодинамики. Она предложена в середине прошлого века Кельвином и получила название термодинамической температурной Шкалы. В основании построения термодинамической температурной шкалы лежат следующие положения. Если в обратимом цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту ()г при температуре Т, и агдает тепло 9, при температуре Т„то отношение термодинамических (абсолютных) температур Т,!Т, равно отношению количеств тепла Я,Щ,. Согласно положениям термодинамики значение этого отношения не зависит от свойств рабочего тела. Термодинамическая температурная шкала Кельвина явилась исходной шкалой для построения температурных шкал, не зависящих от свойств термометрического вещества.
В этой шкале интервал, заключающийся между точкой таяния льда и точкой кипения воды (для сохранения преемственности со стоградусной температурной шкалой Цельсия), был разделен на 100 равных частей. Д. И. Менделеев н 1874 г. впервые научно обосновал целесообразность построения термодинамической температурной шкалы не по двум реперным точкам, а по одной. Такая шкала имеет значительные преимущества и позволяет определять термодинамическую температуру точнее, чем шкала с двумя реперными точками.
Однако термодинамическая температурная шкала, являющаяся чисто теоретической, не открывала еще в первое время путей ее практического использования. Для этой цели необходимо было установить связь термодинамической шкалы с реальными приборами для измерения температур. Из числа измерителей температуры наибольшее внимание заслуживают газовые термометры, показания которых могут быть связаны с термодинамической температурной шкалой посредством введения понятия шкалы идеального газа. Термодинамическая шкала, как известно, совпадает со шкалой идеального газа, если принять при нормальном атмосферном давлении точку таяния льда за О, а точку кипения воды за 100.
Этой шкале было присвоено название стоградусной термодннамической температурной шкалы. Поскольку свояства реальных газов в широком интервале температур сравнительно мало гггличаются от свойств идеального газа, поэтому, зная отступления данного газа аг законов идеального газа, можно ввести поправки на отклонцния данного газового термометра от термодинамической стоградусной температурной шкалы. Таким образом, для получения температурной шкалы, не зависящей от свойств термометрического вещества, необходимо знать поправки к показаниям газовых термометров, для вычисления которых пользуются зависимостями, вытекающими из второго закона термодинамики.
Эти поправки относительно невелики и лежат в пределах от 0,001 до О,б'С. Однако газовые термометры могут быть использованы для воспроизведения термодннамической стоградусной температурной шкалы только до температур не выше ! 200'С, что не может удовлетворить современным требованиям науки и техники. Использование же газовых термометров для более высоких температур встречает большие технические трудности, которые в настоящее время непреодолимы. Кроме того, ~азовые термометры являются довольно громоздкими н сложными приборами и для повседневных практических целей весьма нсудобными.
Вследствие этого для более удобного воспроизведения термодинамической стоградусной температурной шкалы в 1927 г. была принята практическая шкала, которая была названа Международной температурной шкалой 1927 г. (МТШ-27). Положение о МТШ-27, принятое седьмой Генеральной конференцией по мерам и весам как временное, после некоторых уточнений было принято окончательно в 1933 г. восьмой Генеральной конференцией по мерам и весам.
В СССР МТШ-27 введена с 1 октября 1934 г. Общесоюзным стандартом (ОСТ ВКС 6954). МТШ-27 основана на шести постоянных и воспроизводимых температурах фазовых равновесий — реперных точках, которым присвоены определенные числовые значения, и на интерполяционных приборах и формулах, определяющих соотношения между температурой и показаниями этих приборов, градуированных в указанных реперных точках. Числовые значения реперных точек определены с помощью газовых термометров с учетом поправок на отклонение от термодинамическая шкалы.
Однако числовые значения постоянных точек, полученные в различных метрологических лабораториях ряда стран для одной и той же температуры равновесия, отличались одна от другой, поэтому для каждой температуры равновесия было принято в результате международного соглашения одно наиболее вероятное числовое значение. Вследствие этого МТШ-27 полностью не совпадает с термодивамической и ее следует считать условной, подлежащей пересмотру и исправлению. В последующие годы производились работы по пересмотру МТШ-27 с целью осуществления более точного согласования с термодинамической шкалой в том виде, как она была принята, но с внесением в нее некоторых улучшений.
основанных на уточненных и вновь полученных экспериментальных данных. В результате прове- денных работ консультативным комитетом по термометрии был выработан проект Положения о Международной практической температурной шкале 1948 г. (МПТШ-48), утвержденный девятой Генеральной конференцией по мерам н весам. Для шкалы с одной реперной точкой необходимо приписать определенное числовое значение единственной экспериментально реализуемой ее точке. Нижней границей температурного интервала будет служить тогда точка абсолютного нуля.
Предельная погрешность воспроизведения точки кипения воды составляет 0,01'С, точки таяния льда 0,001 "С. Тройная же точка воды, являющаяся точкой равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазе, может быть воспроизведена в специальных сосудах с предельной погрешностью не больше 0,0001'С. Учитывая все это и рассмотрев тщательно все числовые результаты, полученные в различных метрологических лабораториях ряда стран, Консультативный комитет по термомегрии признал, что наилучшим значением для температуры тройной точки воды, лежащей выше точки таяния льда на 0,01'С, являегся значение 273,16 К.
Десятая Генеральная конференция по мерам н весам в 1954 г. на основании этого установила термодинамическую температурную шкалу с одной реперной точкой — тройной точкой воды. Новое определение термодннамической температурной шкалы нашло отражение в кр!оложении о МПТШ-48. Редакция 1960 гоч принятом одиннадцатой Генеральной конференцией по мерам и весам. Втой шкалой предусматривается применение двух температурных шкал: термодинамической температурной шкалы и практической температурной шкалы. Температура по каждой из этих шкал может быть выражена двояким способом: в градусах Кельвина (К) и в градусах Цельсия ('С) в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.
Методы реализации МПТШ-48 по существу остались неизменными по сравнению с методами реализации шкалы 1927 г. Однако два изменения в определении шкалы 1948 г. дают ощутимые различия в числовом значении измеряемых температур. Для температуры затвердевания серебра предложено значение 960,8 С вместо ранее установленного 960,5'С.
Воспроизведение области шкалы выше точки затвердевання золота (1063'С) предложено осуьцествлять не по приближенной формуле Вина, а по уравнению Г1панка. Кроме того, предложено уточненное значение константы излучения гм входящей в уравнение Планка. Участок шкалы от — 182,97'С до +630,5'С, определяемый эталонным термометром сопротивления, остается в основном без изменений.
В интервале от 630,5 до 1063'С числовые значения температуры по уточненной шкале 1948 г. немного выше таковых по шкале 1927 г. Благодаря этому изменению участок шкалы, определяемый эталонным термоэлектрическим термометром, согласуется более надежно не только с участком шкалы, определяемым термометром сопротивления в точке затвердевания сурьмы, но также с областью шкалы выше точки затвердевания золота при применении уточненного значения гм В СССР МПТШ-48 была введена с 1 шоля 1962 г. (ГОСТ 8550-61).
Ввиду большой потребности в измерениях низких температур как в научных исследованиях, так и в технике, длительное время в ряде стран велись работы по установлению температурных шкал ниже 90 К. Исследования в этой области низких температур, выполненные в СССР и других странах, рассмотрены в монографии М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
