ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие редактора перевода из "Температура " Научно-технический прогресс неразрывно связан с непрерывным совершенствованием измерительной техники. Это в полной мере относится и к термометрии, для развития которой характерно как расширение температурного диапазона, так и повышение точности в традиционных областях. По некоторым экспертным оценкам, измерения температуры составляют около 30 % всех измерений, выполняемых в народном хозяйстве, а число научных и технических публикаций на эту тему исчисляется многими тысячами в год. [c.5] По-видимому, именно это исключительное обилие материала и вытекающих отсюда трудностей его систематизации и критической оценки послужило причиной практически полного отсутствия крупных обзоров по термометрии, а тем более монографий. Этот серьезный пробел в значительной мере восполняет книга Т. Куинна. Главное внимание в ней уделено принципиальным вопросам температуре как параметру состояния системы, термодинамической и практическим температурным шкалам и связанной с ними технике измерения температуры различными методами на эталонном уровне точности. Подробный анализ эталонных методов термометрии, их возможностей, поправок, ограничений, источников погрешностей, способных оказать существенное влияние на результаты измерений в очень многих промышленных ситуациях, обладает большой общностью. Это делает книгу Т. Куинна весьма полезной для широкого круга инженеров и научных работников, имеющих дело с технической термометрией. [c.5] В книге обобщены опыт работы ведущих термометрических лабораторий на протяжении последних двух десятилетий, позволивший создать Международную практическую температурную шкалу 1968 г., являвшуюся в момент ее установления наилучшим приближением к термодинамической температурной шкале, а также результаты последних исследований, выявивших недостатки и неточности МПТШ-68 и подготовивших основы для ее замены в недалеком будущем. [c.5] К настоящему времени наиболее значительным шагом в этом направлении явилось создание Предварительной температурной шкалы 1976 г. от 0,5 до 30 К (ПТШ-76), текст которой введен в приложения при подготовке русского текста книги (приложение VII). Исследования, выполненные в ряде термометрических лабораторий, в том числе в СССР, показали, что такой термодинамический интерполяционный прибор, как магнитный термометр, позволяет обеспечить сходимость результатов измерений лучшую, чем 1 мК. Позднее результаты работы Национальной физической лаборатории Англии (НФЛ) с газовым термометром позволили уточнить значения термодинамических температур. Кроме того, было показано, что интерполяция с газовым термометром от 4,2 до 13,8 К возможна с отклонениями менее 0,5 мК (по отечественным данным 0,4 мК). [c.5] План работы Консультативного комитета по термометрии (ККТ) предусматривает замену в 1987 г. МПТШ-68 новой шкалой, создаваемой на уровне современных экспериментальных возможностей с учетом новых данных о термодинамических температурах реперных точек и с устранением недостатков МПТШ-68. Часть этих недостатков, выявленных в течение прошедшего десятилетия, может быть устранена сравнительно легко. [c.6] Повышению точности и достоверности будущей МПТШ способствует ряд достижений в измерительной технике. Характерная особенность термометрии состоит, как известно, в том, что температура может быть измерена только посредством некоторой шкалы, или, иначе говоря, только через измерения других аддитивных физических величин. Поэтому прогресс термометрии особенно сильно зависит от успехов в других областях измерительной техники. Отметим два достижения, оказавшие большое влияние на точную термометрию, развитие которой прослежено в книге Куинна. Это создание очень точных поршневых манометров для измерения давления порядка 0,1 МПа в газовых термометрах, и особенно совершенствование электроизмерительных приборов на основе трансформаторов отношений, позволивших поднять на качественно новый уровень магнитную термометрию и термометрию по сопротивлению. [c.6] Отмеченные выше результаты работ с магнитными термометрами и газовым термометром НФЛ позволили найти, а затем устранить термодинамическое несоответствие известных температурных шкал по давлению паров Не и Не с температурной шкалой, лежащей выше 13,81 К- Недавно в КОЛ разработаны новые таблицы зависимости давлений насыщенных паров гелия от температуры, соответствующие температурам по ПТШ-76. Представляется весьма вероятным, что новая МПТШ будет иметь своей основой для воспроизведения температур ниже 4,2 К температурную зав-исимость давления паров гелия вплоть до температур порядка 0,5 К. В качестве реперных температур для этого интервала возможно также применение переходов сверхпроводник-нормальный металл в чистых веществах. Однако исследования последних лет показали, что эти устройства требуют чрезвычайно осторожного обращения и приписанные температуры переходов могут оказаться сдвинутыми на величину, превышающую 1 мК- Кроме того, материалы из разных источников обнаруживают различающиеся величины Тс, что затрудняет применение этого способа в МПТШ. [c.7] В интервале температур от 4,2 до 13,81 К воспроизведение новой МПТШ будет, по всей вероятности, основано на термодинамическом интерполяционном термометре, таком, как газовый или магнитный, поскольку сходимость результатов измерений в этом случае оказывается очень высокой. [c.7] Наибольшие трудности встречает сегодня выбор метода воспроизведения будущей МПТШ в интервале 13,8—24 К. Традиционная схема с платиновым термометром, градуированным в реперных точках, неизбежно потребует применения точек по температурам кипения водорода со всеми их недостатками, поскольку здесь просто не существует тройных точек в числе, достаточном для точного вычисления поправочной функции. Отметим, что пока не удалось получить удовлетворительных результатов для тройной точки дейтерия вблизи 18 К. Это связано, по-видимому, с недостаточной изученностью процессов орто-пара конверсии. К этому добавляются характерные для измерений с платиновым термометром в этом интервале температур проблемы их стабильности. Преимущество традиционного метода состоит в возможности перекрыть большой интервал температур единственным и очень широко применяемым прибором, каким является платиновый термометр сопротивления. [c.7] В книге Куинна читатель найдет описание, анализ и обобщение многочисленных работ, имевших целью не только совершенствование эталонной термометрии, но и решение практических задач измерения температуры в весьма различных условиях, основными современными методами и на разном уровне точности. Систематизируя обширный и очень разнородный экспериментальный материал и стремясь к ясности изложения, автор книги преодолевал огромные трудности, но не везде достиг в этом успеха. Некоторые разделы требуют для более полного понимания привлечения оригинальных работ, указанных в обширной библиографии. [c.8] несомненно, представляет интерес для многочисленных научных работников, преподавателей, студентов и инженеров, деятельность которых в той или иной мере связана с термометрией. [c.8] Цель данной книги — изложение основных принципов термометрии в интервале от 0,5 до приблизительно 3000 К. В течение последних 25 лет по этому вопросу накоплен весьма богатый опыт, и настало время объединить полученные результаты и обсудить достигнутые успехи. Большая часть работ последних лет относилась к низкотемпературной термометрии ниже приблизительно 30 К и их результаты послужили основой Предварительной температурной шкалы 1976 г. от 0,5 до 30 К. Таким образом, температура 0,5 К оказалась удобной нижней границей интервала температур, обсуждаемого в книге. Верхняя граница не обладает такой же определенностью, поскольку термометрия по излучению, рассматриваемая в гл. 7, может быть в принципе распространена на сколь угодно высокие температуры и достаточно лишь теплового равновесия в системе, температура которой измеряется. При всем разнообразии условий в термометрии, охватывающей интервал от температур жидкого гелия до точки плавления платины, общими являются требования теплового равновесия и теплового контакта с термометром. Эти требования неизменно присутствуют при всех термометрических работах и всех температурах на протяжении данной книги. Ясное понимание физических основ каждого из различных методов термометрии представляется обязательным для детального обсуждения их принципов, точности, интервала применения и ограничений. По этой причине каждой из основных глав предпослано краткое изложение физических основ метода в той мере, в какой это требуется для теории и практики термометрии. [c.9] Вводная глава книги содержит краткое обсуждение понятия температура , обзор истории термометрии и вскрывает важное различие между первичной и вторичной термометриями. В гл. 2 рассматриваются истоки известных международных соглашений о термометрии, обсуждаются развитие и современное состояние Международной практической температурной шкалы. В гл. 3 рассмотрены главные методы измерения термодинамических температур, к которым относится газовая термометрия, акустическая термометрия и шумовая термометрия. В гл. 4 описаны реперные точки температуры, тройные точки и точки кипения газов, точки затвердевания и сверхпроводящие точки металлов. Здесь же рассмотрены требования к однородности температуры при сравнении термометров. Три последующие главы посвящены основным методам практической термометрии, термометрам сопротивления, термопарам и термометрии по излучению. Во всех главах, в том числе и во вводной, даны не только физические основы методов высшей точности, применяемых в эталонных лабораториях, но и их подробное описание. Приведены также примеры измерений температуры в промышленных условиях. Книга завершается краткой главой о ртутной термометрии. Каждая глава дополнена обширной библиографией. [c.9] Температура представляет собой величину, позволяющую описывать тепловое равновесие между двумя системами, находящимися в тепловом контакте. Такое понимание температуры требует дополнительных разъяснений и определения ряда параметров, которые будут введены позднее, однако оно уже может служить основанием для термометрии. Введены важные понятия теплового контакта и теплового равновесия, но пока соверщенно не ясно, каким образом можно сопоставить температуре какие-либо численные значения. Однако прежде чем приступить к выяснению этого вопроса, остановимся несколько подробнее на природе самой величины. [c.11] Вернуться к основной статье