Термометрия акустическая

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]

В этой главе, посвященной практическим вопросам измерения температуры, прежде всего рассматриваются три основных метода первичной термометрии. Это — классическая газовая термометрия, акустическая газовая термометрия и шумовая термометрия. Затем выясняется роль магнитной термометрии. Магнитная термометрия в обсуждаемом случае не применяется в качестве первичного метода, однако она тесно связана с первичной термометрией и поэтому ее роль выясняется ниже. То же самое можно сказать о газовых термометрах, основанных на коэффициенте преломления и диэлектрической проницаемости как тот, так и другой могут быть использованы в качестве интерполяционного прибора. Термометрия, основанная на определении характеристик теплового излучения, рассматривается отдельно в гл. 7. В данной главе в основном обсуждаются принципиальные основы каждого из методов, а не результаты измерений, поскольку последние были представлены в гл. 2, где говорилось о температурных шкалах. [c.76]

Результаты расчетов напряженно-деформированного состояния, выполненные по нормативным документам, не регламентированным непосредственно для обследуемого объекта, должны иметь соответствующую проверку, выполняемую экспериментальными методами (тензометрии, тензочувствительных покрытий, термометрии, акустической эмиссии и т. д.), которые в отдельных случаях (например, при отсутствии достаточно точных или апробированных на практике методов для сложных расчетных случаев) могут использоваться самостоятельно. При достаточном теоретическом и экспериментальном обосновании могут использоваться также методы моделирования и ускоренные методы испытания. [c.353]

Чтобы объяснить различие между первичной и вторичной термометрией, прежде всего укажем, в чем смысл первичной термометрии. Под первичной термометрией принято понимать термометрию, осуществляемую с помощью термометра, уравнение состояния для которого можно выписать в явном виде без привлечения неизвестных постоянных, зависящих от температуры. Выше было показано, каким образом постоянная Больцмана обеспечивает необходимое соответствие между численными значениями механических и тепловых величин и каким образом ее численное значение определяется фиксированием температуры 273,16 К для тройной точки воды. Таким же способом было найдено численное значение газовой постоянной. Таким образом, имеются три взаимосвязанные постоянные Т (тройная точка воды) или То (температура таяния льда), к и R. В принципе теперь можно записать уравнение состояния для любой системы и использовать ее в качестве термометра, смело полагая, что полученная таким способом температура окажется в термодинамическом и численном согласии с температурой, полученной при использовании любой другой системы и другого уравнения состояния. Примерами таких систем, пригодных для термометрии, могут служить упомянутые выше при обсуждении определения к н Я газовые, акустические, шумовые термометры и термометры полного излучения. Наличие не зависящих от температуры постоянных, таких, как геометрический фактор в термометре полного излучения, можно учесть, выполнив одно измерение при То Последующее измерение Е(Т) [c.33]

В 1975 г. в Национальной метрологической лаборатории (НМЛ, Австралия) было проведено международное сличение германиевых термометров сопротивления, имевшее целью найти расхождения нескольких магнитных температурных шкал и акустической шкалы НБЭ 2—20 К. Результаты сличения показали [5], что можно при единой процедуре градуировки магнитных термометров сблизить их показания по термодинамической шкале до уровня 1 мК. Вновь отметим, что магнитная термометрия не является первичной, поскольку она нуждается в этом интервале как минимум в четырех градуировочных точках (см. гл. 3). [c.66]

Заметим, что в выражении (3.18) отсутствует член Его присутствие означало бы, что в 0+(кт) входит член ктГ , а это приводило бы к бесконечному фазовому сдвигу для 1=0 при нулевом моменте, что физически нереально. В акустической термометрии выражение для второго акустического вириального коэффициента Ах(Т) в зависимости от В(Т) имеет вид (см. п. 3.3.1) [c.84]

До сих пор не говорилось о том, каким образом может быть измерена скорость звука. Выше мы обращали внимание на отклонение свойств газа от идеального состояния и отмечали, что скорость Со относится к безграничному пространству. На практике, особенно в области низких температур, скорость звука измеряется в относительно небольшой колбе, которая должна иметь постоянную температуру. В настоящее время наиболее точные измерения скорости звука осуществляются при помощи акустического интерферометра с цилиндрическим резонатором. Акустические волны возбуждаются в трубе излучателем, расположенным на ее конце длина волны находится измерением перемещения отражателя между соседними резонансными максимумами. Положение стоячих волн определяется по импедансу излучателя. В этом состоит одна из трудностей акустической термометрии по сравнению с газовой. В газовой термометрии измеряемые величины, объем и давление, являются величинами статическими, хотя и существуют проблемы, связанные с сорбцией, о которой говорилось выше. В акустической термометрии измеряемые величины носят динамический характер — это акустический импеданс излучателя, например, при 5 кГц, вязкость и теплообмен со стенками трубы. Все это оказывается источником специфических трудностей при измерении, и для правильной интерпретации результатов измерения необходимо полное понимание физической сущности процессов распространения акустических волн. [c.101]

При достаточно высоких частотах акустическая длина волны становится настолько малой, что начинает приближаться к длине свободного пробега молекул газа. В этом случае основное уравнение для с (3.36) и уравнения для ак-г и ао перестают выполняться, так как все они получены в предположении, что газ представляет собой непрерывную среду. Согласно кинетической теории, тепловая скорость молекул в газе имеет тот же порядок, что и скорость звука. Таким образом, если длина звуковой волны по порядку величины приближается к средней длине свободного пробега, то звуковая частота должна приближаться к частоте соударений между молекулами. Это очень высокая частота порядка 10 Гц, так как средняя длина свободного пробега при комнатной температуре составляет величину порядка 100 нм. В акустической термометрии столь высокие частоты никогда не применяются, самая высокая частота, на [c.105]

Применение акустического термометра [c.110]

На рис. 3.12 приведена схема низкочастотного акустического интерферометра, созданного для измерения температуры. Этот прибор [16] применялся в области от 4,2 до 20 К почти одновременно с газовым термометром, показанным на рис. 3.5. Не вдаваясь в подробности конструкции и принципы действия отдельных узлов, рассмотрим кратко основные элементы при- [c.110]

Достижения первичной акустической термометрии обсуждались в гл. 2 вместе с магнитной и газовой термометрией. После [c.111]

Рис. 3.13. Изотерма для 7= 13,81 К, полученная на акустическом термометре НФЛ [20]. 1 — значения сг без учета влияния

Уравнение (3.91) служит основой первичного метода термометрии, если известна молярная поляризуемость и экспериментально определены значения Сг- Как и в акустической термометрии, термометрическим параметром для данного метода [c.129]

Как отмечалось выше, точная термодинамическая шкала может быть получена только термометром, принцип действия которого основан на строгих термодинамических соотношениях. К таким термометрам относятся газовые (см. 3.1) и акустические термометры. [c.114]

Принцип действия акустического термометра основан на зависимости скорости звука в идеальном газе от температуры [c.114]

В настоящее время в СССР и за рубежом ведутся работы по изучению термодинамических методов измерения температуры в области ниже 0°С с помощью акустического, термошумового термометра и термометра, основанного на зависимости квадрупольного ядерного резонанса от температуры [4, 5]. Возможно, что в недалеком будущем один из этих термодинамических методов определения температуры ниже 0°С станет исходным. [c.71]

Акустические, ультразвуковые термопреобразователи и термометры [c.426]

Все методы и устройства термометрии делят на два класса. В случае, когда уравнение состояния не содержит неизвестных постоянных, зависящих от температуры, термометрия называется первичной, для проведения измерений не требуется проводить градуировку термометров. К этому классу относятся газовые, акустические, магнитные. [c.8]

Метод акустической термометрии основан на зависимости скорости звука от температуры. Для идеального газа фазовая скорость распространения звука не зависит от амплитуды и частоты колебаний. Для точных измерений важен учет влажности воздуха. [c.95]

Термодинамические температуры всех реперных точек МПТШ-68 были получены только на основе газовой термометрии. Единственное исключение составляло значение точки кипения равновесного водорода е-Нг, выбранное с учетом измерений в НБЭ с акустическим термометром. Последние данные о численных значениях термодинамических температур выше 13,81 К также в основном опираются на измерения с газовым термометром, хотя и существуют довольно точные акустические данные вплоть до 20 К, а также сведения об отношениях температур, найденных оптическим и шумовым методами выше 630 °С, и результаты измерения полного излучения между 327 и 365 К- Различные уточнения были получены методом магнитной термометрии вплоть до 90 К, однако, как будет показано в гл. 3, магнитная термометрия не является первичной и не может существовать независимо. [c.61]

Принципиально новые сведения о термодинамической шкале при низких температурах были получены Берри с газовым термометром НФЛ в интервале от 2,6 до 27,1 К [4]. Эти данные были подтверждены при новых измерениях с шумовым термометром до 4,2 К [40], с акустическим термометром от 4,2 до 20К [20] и с новым типом газового термометра [28, 29], где использована температурная зависимость диэлектрической проницаемости. Применив диэлектрический газовый термометр в качестве интерполяционного прибора, Гьюген и Мичел подтвердили данные Берри в интервале от 4,2 до 27 К-Значения низкотемпературных реперных точек установленной Берри шкалы НФЛ-75 приведены в табл. 2.5. [c.63]

Необходимость в новой шкале ниже 30 К стала очевидной после измерений с акустическим и магнитными термометрами, которые показали, чтб МПТШ-68 и шкала по давлению паров гелия заметно отклоняются от термодинамической шкалы и притом в разные стороны, что означает их взаимное несоответствие. Отклонение шкал по давлению паров гелия зНе-1962 и Це-1958 от термодинамической температуры впервые было [c.65]

Рис. 2.13. Отклонения низкотемпературных шкал, в том числе ПТШ-76, от шкалы Тхас. Эти отклонения приведены в табл. 2—5. Положения о ПТШ-76. 1 — акустический термометр НБЭ 2 — акустический термометр НФЛ.

Величины прямых и обменных сумм фазовых сдвигов показаны на рис. 3.3 и 3.4, где по оси абсцисс отложены единицы, пропорциональные приведенному моменту кт- При температурах выше области жидкого гелия обменный вклад очень быстро становится пренебрежимо малым, поскольку 0-(кт)- п18 по мере роста кт- Однако если требуется знать вторые вириальные коэффициенты в области температур до 2 К, то обменным вкладом пренебрегать нельзя. Для термометрии вид кривых сумм фазовых сдвигов С (кт) и С-(кт), а следовательно, и В(Т), имеет важное значение при интерполяции величины В(Т) между теми температурами, для которых найдены экспериментальные данные В(Т). Ниже при обсуждении вопросов, связанных с акустической термометрией, будет показано, что второй акустический вириальный коэффициент зависит не только от В(Т), но также от с1 В(Т)1йТ и (ВВ(Т)1с1Г. [c.82]

В термометрии по абсолютным изотермам или в методе ГТПО, которые основаны на законе Бойля, необходимо знать в первом случае количество молей газа в газовой колбе, а во втором — значения второго, а возможно, и третьего вириаль-ного коэффициента. Выше отмечалось, что развитие газовой термометрии на основе зависимости температуры от какого-либо интенсивного свойства газа позволяет получить существенные преимущества. Такими свойствами газа могут быть скорость звука, коэффициент преломления и диэлектрическая проницаемость. Метод будет первичным (см. гл. 1), если для измеряемой величины и термодинамической температуры можно написать зависимость, в которую входят только То, R, к п другие постоянные. Эти постоянные не должны зависеть от термодинамической температуры. Из трех методов, которые основаны на измерении перечисленных интенсивных свойств, наиболее развита акустическая термометрия, поэтому рассмотрим ее прежде всего. [c.98]

Ясно, что акустическая термометрия может быть использована в качестве первичного метода, поскольку уравнение (3.37) справедливо для идеального газа, а в реальном случае нуждается в небольших поправках. Термодинамическую температуру можно найти, если известны у, Я и М, а величина Со измерена экспериментально. Чтобы учесть эффекты, связанные с неиде-альностью газа, выражение (3.38) обычно представляют в форме вириального разложения по степеням давления [c.99]

Недостаток места не позволяет полностью изложить теорию акустического интерферометра. Рассмотрим основные вопросы и главные источники погрешностей. Подробное изложение данной проблемы содержится в серии работ Колклафа [12, 13, 15— 18]. Сложность акустического интерферометра стала очевидной лишь после того, как акустический метод стал развиваться в качестве альтернативы газовой термометрии для снижения уровня систематических погрешностей. Потребовалось несколько десятилетий, чтобы достигнуть полного понимания физической сущности происходящих процессов, несмотря на то что основные принципы были сформулированы еще Рэлеем в 1877 г. в работе Теория звука . [c.102]

Рис. 3.12. Акустический интерферометр НФЛ для интервала температур от 2 до 20 К [20]. А — смазка стайкаст В — постоянный магнит С и О — электрические экраны Е— пьезоэлектрический датчик ускорения Е — диафрагма О — акустический канал Я — поршень, на котором крепится уголковый отражатель / — германиевые термометры сопротивления / — уголковый отражатель J( — стержень, который толкает поршень Е — разделитель лучей М — подвес Я — оптическое окно О — опора Р — верхняя камера Q — подвижная труба Р — радиационный экран 5 — термометр сопротивления Т— тепловой якорь (с нагревателем) и — тепловой якорь при Т=4,2 К V — вакуумная полость W — центральная несущая труба У — лазерные лучи 2 — ванна с жидким гелием.

При пусконаладке и освоении мощности важным этапом работ становится многоточечная тензометрия и термометрия (до 500 тензорезисторов и 250 термопар), измерения параметров акустической эмиссии, вибраций трубопроводов, насосов, внутрикорпусных устройств пульсаций давления. [c.43]

Были предприняты попытки использовать для измерений интенсивности термодатчики, реагирующие на тепло, выделяемое в поглотителе при прохождении акустической волны. При этом применялись обычные поглощающие материалы (вата, войлок) и специально созданные (медная фольга, свитая в спираль, нагрев которой определялся наличием воздушных зазоров между витками) [30] повышение температуры контролировалось с помощью термопары или обыкновенным термометром. Приемный рефлектор позволяет увеличить чувствительность прибора в сотни раз, причем чувствительность повышается пропорционально диаметру зеркала. Несмотря на кажущиеся простоту и удобство, подобные термоакустические датчики используются редко. Связано это с нелинейностью амплитудной и частотной характеристик применяемых поглощающих материалов (наилучшие резулыаты были получены с шерстяной ватой). Возможно, что при надлежащем выборе материала эти недостатки можно до некоторой степени исправить. В настоящее время термоакустические датчики применяются лишь в качестве индикаторов, а не измерительных приборов. [c.30]

Чувствительность кварцевых ВС к температуре ДФ/АГ к100 рад/(м- С). В когерентных волоконных термометрах поэтому можно использовать ВС малой длины или изготовлять их в интегральном исполнении [39]. Одно из отличий от ВОД акустических воздействий состоит в необходимости определять знак изменения температуры. Для получения одновременно высокой чувствительности и большого динамического диапазона, а также определения знака изменения температуры применяют, например, одновременно несколько первичных преобразователей на основе интерферометра Маха — Цендера, отличающихся разницей в длине плеч, и соответственно, периодом выходной характеристики. [c.214]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...