Fizika | Hőtan » Hőmérsékletmérés

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 fagyáspontja Másik alappontja: víz forráspontja Alappont tartomány felosztása: 80 egység Csak történeti jelentısége van Fahrenheit-skála





Bevezetıje: Gabriel Daniel Fahrenheit 1700-as évektıl használják az amerikai kontinensen Nulla pontja: legjobban lehőlı sós oldat fagyáspontja (Így a víz fagyáspontja 32 fok) Másik alappontja: emberi test hımérséklete Alap-pontok tartományát 96 egységre osztotta Mértékegysége:°F (Fahrenheit-fok) Kelvin-skála





Bevezetıje: William Thomson Kelvin Nulla pontja: abszolút nulla fok (-273,16 C°) Skálája: abszolút hımérsékleti skála Egysége: megegyezik a Celsius skála egy fokával Mértékegysége:K (kelvin) Jele: T Rankine-skála




Bevezetıje: William John Macquorn Rankine 0 pontja: abszolút nulla Egysége: megegyezik a Fahrenheit egységgel Mértékegysége: °R (rankine-fok) Ritkán használják Hımérséklet átszámítása [ ( F − 32)× 5] C= o

o 9 Hımérık osztályozása
Folyadékok, szilárd testek térfogatának, méretének és alakjának megváltozásán alapuló mérési eljárások, ezekhez mechanikai hımérık:


Folyadéktöltéső hımérık Bimetallhımérık Dilatációs hımérık Hımérık osztályozása
Nyomásváltozást érzékelı hımérık



Termikus sugárzást felhasználó eszközök



Gázhımérık Folyadéknyomásos hımérık Gıznyomásos vagy páranyomásos hımérık Összsugárzásmérı pirométer Részsugárzásmérı pirométer Elektromos ellenállás hımérsékletfüggését 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). Folyadéktöltéső hımérık Méréshatár 0C Töltıfolyadék Térfogati hıtágulási együttható alsó felsı β, 1/K Higany -38,78 +357 1,81*10-4 Toluol -70 +100 1,08*10-3 Mőszaki pentán Etil-alkohol -200 +30 1,62*10-3 -110 +50 1,1*10-3 Folyadékhımérık ∆V = V1∆Tβ m 3 ∆V V1∆Tβ = L= mm Ak Ak L V1∆Tβ V1β É= = = mm ∆T Ak ∆T Ak 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 készült hımérı Már Galileo

felfedezte, hogy a folyadékok sőrősége a hımérséklet hatására megváltozik. Hımérıink mőködése ezen az elven alapszik. A hımérsékletet a színes golyókon függı plombákról lehet leolvasni. A golyók súlykülönbsége mindössze 2 / 1000 gramm Ez biztosítja a pontosan 1 °C-nyi különbséget. A golyók lesőlyednek, ha a hımérséklet növekszik és felemelkednek, ha a hımérséklet csökken. Az aktuális hımérséklet a felsı részen úszó legalsó golyón függı plombáról olvasható le. Hımérıink a legmodernebb gyártási technológiával készülnek, tisztán kézi munkával üvegbıl. Környezetbarát folyadékokkal vannak töltve, melyek kevésbé gyúlékonyak és nem mérgezık. Bimetallhımérı




A hımérı mérıeleme különbözı kialakítású ikerfém-szalag. Laprugó vagy spirálrugó alak Az alakváltozás annál nagyobb, minél nagyobb a két fém hıtágulásának különbsége Réz-vas, réz-nikkel Elérhetı

mérési pontosság: 13% Bimetallhımérı Dilatációs (tágulórudas) hımérı

A külsı nagyobb hıtágulású (réz, nikkel, krómnikkel) csıben elhanyagolható hıtágulású rúd helyezkedik el (kvarc, kerámia). Kialakítása és nagy méretei miatt (a rúdhossz kb. 1m) nagyobb hımérsékletek ipari körülmények közötti, nem túl nagy pontosságú mérésekhez használják. (pl kazánok füstcsatornája) Gázhımérık Alapjuk a hıtágulási törvény (Boyle, Mariotte és GayLussac): 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 -273oC–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) Gázhımérık 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. Folyadéktenziós hımérık

Azonos kialakításúak Töltıfolyadék:


Higany (06000C) Etil-alkohol Etil-éter (-1503000C) Gıznyomásos hımérık

Zárt térben elhelyezkedı folyadék feletti telített gız nyomása a hımérséklet egyértelmő függvénye Mérıfolyadékok:


Klór-etil (0650C) Kén-dioxid (01200C) Etil-alkohol (02000C) Hısugárzás útján mérı hımérsékletmérık
Közelítı színskála:








Halványvörös 560 0C Sötét cseresznyepiros 690 0C Világos cseresznyepiros 810 0C Sötétnarancs 840 0C Világosnarancs 925 0C Sötétsárga 975 0C Világossárga 1150 0C Fehér 1250 0C Vakító fehér 13501400 0C

540 - 580 oC 580-650 650-750 750-780 780-800 800-850 850-900 900-1050 1050-1150 1150-1250 1250-1350 Összsugárzásmérı pirométer
A képen látható korszerő változat infravörös érzékelésen alapul és -20 - +500°C hımérséklet tartományban képes 2%os pontossággal mérni távolról. Ponthımérsékletmérés infravörös (IR) sugárzás alapján Környezeti hımérséklet visszaverıdı sugárzása A tárgy hımérsékleti sugárzása

Minden tárgy elnyel (Abszorbeál) és kibocsát (Emittál) sugárzást A tárgy a hımérsékletének megfelelı energia szinten bocsát ki energia sugárzást, anyagától és felületi minıségétıl függı mértékben Testhımérséklet eloszlás mérése


A test hımérséklet eloszlását láthatóvá tevı kamera és képernyı Az emberi test vizsgálatánál 2-3oC-os mérettartományban tartományban 0.1oC-os pontossággal lehet hıtérképet készíteni Gyulladások, vérkeringési eltérések

láthatóvá tehetık Elektromos hımérık
A hımérséklet elektromos meghatározására három lehetıség áll rendelkezésre:


a fémek hı okozta ellenállás-változása a félvezetık hı okozta ellenállás változása termoelektromos jelenség Ellenállás hımérık



Fémes vagy félvezetı alapú, hımérsékletfüggı ellenállást tartalmazó mérıátalakítók. Mőködésük alapja: a fémek elektromos ellenállása a hımérséklettel változik Olyan anyagból készült huzalokat alkalmaznak, amelyek a hımérséklet hatására jelentısen változtatják az ellenállásukat. Elınye: kis hıtehetetlenség és a távmérés lehetısége Platina Alsó Méréshatár 0C -200 Felsı Méréshatár 0C +750 Réz -200 +750 Nikkel -70 +180 Vas 0 +100 Anyag Termoelem hımérık

Két különbözı fémszálból (rézkonstantán 600 °C-ig, platina és platina-iridium ötvözete 1600 °Cig) álló áramkörbe galvanométert

ikatatunk, és a fémszálak végei között hımérséklet különbséget hozunk létre. Ekkor a vezetıben áram halad át és ezt az áramerısséget használjuk a hımérséklet mérésére. Termoelem elrendezése Termoelem hımérı Termoelem hımérı elınyei: - biztosítja a hıérzékelı kis hıkapacitását és kis sugárzási hibáját, - a hımérsékleti értékek regisztrálása könnyen megoldható, - nehezen hozzáférhetı helyen is alkalmazható. Hıelemek típusai Termoelem a gáztőzhelyen