ВВЕДЕНИЕ

Температура — это физическая величина, для определения которой используется какое-либо термометрическое свойство вещества, поддающееся непосредственному измерению.

Существующие методы измерения температуры можно разделить на две группы: контактные и бесконтактные.

К контактным методам относятся: дилатометрический метод (основан на линейном расширении тел); метод термометра сопротивления (изменение термического сопротивления проводника); термоэлектрический метод (термоэлектрические явления); метод реперных точек (изменение агрегатного состояния вещества); метод термо­индикаторов (изменение цвета, фазового состояния, яркости и цвета свечения специальных покрытий); пироскопический метод (изменение формы образцов, изго­товленных из материалов с различными температурами плавления); калориметрический метод (изменение теплосодержания газа или жидкости); термодинамический метод (изменение расхода газа, проходящего через жиклер); термошумовой метод (изменение интенсивности тепловых шумов).

К бесконтактным методам относятся: метод пирометрии полного излучения (интенсивность суммарного — интегрального— теплового излучения); метод пирометрии квазимонохроматического излучения (интенсивность частичного — в данной длине волны — теплового излучения); метод пирометрии отношения (относительное распределение спектральной плотности энергии в сплошном спектре теплового излучения); метод измерения температуры пламени и плазмы (закономерности спектрального излучения газообразных тел).

Каждый из перечисленных способов измерения температуры имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор того или иного метода зависит от целей и конкретных условий измерения.

Из контактных методов наиболее широко применяются термоэлектрический и метод термометра сопротивления. Однако, несмотря на надежность и высокую точность измерения, этими методами не всегда удается получить информацию о температуре. Во многих практических случаях необходимо определить температуру не в отдельной точке, а ее распределение по поверхности, т. е. установить температурное поле. Это позволит выявить не только места перегревов, но и участки, где могут возникнуть значительные напряжения из-за большого градиента температур.

С помощью термопар и термометров сопротивления можно измерить температуру в точке или среднюю температуру по площади датчика. Для определения распределения температур требуется большое число термопар1, что искажает температурное поле из-за отвода тепла по термоэлектродам. Кроме того, какое бы большое количество термопар ни установили на объекте исследования, полной картины распределения температур получить невозможно, особенно если он имеет небольшие размеры и в нем существуют значительные температурные градиенты. Часто требуется определить температуру таких деталей, на которых невозможно установить термопары или это сопряжено с большими трудностями, например: внутри сложных агрегатов, на вращающихся деталях, на больших поверхностях, на тонкостенных деталях и т. п. И, наконец, даже при измерениях в легкодоступных зонах заманчиво использовать какой-либо менее трудоемкий метод определения температуры, чем устанавливать датчик, прокладывать измерительные магистрали и применять достаточно сложные вторичные приборы.

В связи с этим большое значение приобретает вопрос введения в (практику иных методов измерения температуры, каким является метод термочувствительных покрытий. Термоиндикаторы при определенной температуре изменяют свой цвет или становятся прозрачными, что дает возможность использовать их для измерения температуры.

Сразу оговоримся, что с точки зрения точности и возможности их включения в системы терморегулирования, термоиндикаторы не могут конкурировать с термопарами, термометрами сопротивления и т. п. В ряде случаев они не заменяют последние, а дополняют их, давая возможность получить дополнительную информацию о тепловом состоянии исследуемого объекта. Но в некоторых случаях их применение весьма целесообразно, например, когда требуется измерить температуру на движущихся (вращающихся) деталях, токоведущих частях, определить температуру на участках, на которых необходимо избежать дефектов поверхности, связанных с установкой температурных датчиков, добиться экономичности и быстроты измерений, организовать измерения без привлечения сложной аппаратуры, сохранить картину распределения температур после охлаждения. Термочувствительные покрытия особенно полезны, когда надо изучить распределение температур на больших поверхностях, на которых неизвестно, где можно ожидать перегрева (выявление зон интерференции воздушного потока на обшивке сверхзвуковых летательных аппаратов, наружной поверхности изоляции тепловых установок и т. п.).

Однако метод измерения температуры термоиндикаторами не лишен недостатков: сравнительно невысокая точность измерений ± (2-5) °С, невозможность (без дополнительной аппаратуры) определения изменения температуры во времени, а получение лишь ее максимального значения, и, наконец, зависимость температуры изменения цвета от внешних условий.

Ниже мы покажем, что эти недостатки могут быть частично или полностью устранены в результате создания более совершенных термочувствительных соединений, применения современной кинофототехники и проведения предварительной градуировки.


1 Датчики термометров сопротивления имеют, как правило, относительно большие размеры, так как они изготовляются в виде плоской решетки и поэтому непригодны для подобных исследований.


Назад, на страницу описания