Історія винаходу термометра та приладів температурного контролю
Температура завжди відігравала і буде відігравати надзвичайну роль, як в повсякденному житті, так і в пізнанні природи, дослідженні нових явищ. Скажімо, сучасні теплові електростанції, гідроелектростанції, розподільчі пристрої тепло – та електричного забезпечення не можливі без температурного контролю. Згідно вітчизняних статистичних даних біля 40% від усіх вимірів припадає на виміри температури.
В енергетиці температурні виміри складають біля 70% від всієї кількості вимірювань.
Необхідність у вимірах температури з пізнавальною метою виникла лише в середині XVI ст.
Наука епохи Відродження. Новий метод науки на рубежі XV і XVI ст. запропонував італійський учений, живописець, скульптор, архітектор, інженер Леонардо да Вінчі (1452—1519). Він широко використовував методи наукового дослідження, закликав до міцного зв'язку науки з життям. Йому належить відомий афоризм: «Наука — полководець, практика — солдати».
Ідеї Леонардо да Вінчі щодо пізнання світу набули подальшого розвитку в працях інших учених, зокрема в творі, який створив англійський гуманіст Френсіс Бекон (1561—1626) «Новий органон». Бекон стверджував, що відчуття людини є головним джерелом його знань, а наука повинна бути дослідною. Він обґрунтував індуктивний метод раціонального пізнання, основними компонентами якого були: індукція, аналіз, порівняння, спостереження, експеримент.
Внаслідок цих та інших пошуків нових методів пізнання в епоху Відродження значних успіхів досягло природознавство. Зокрема, зроблено видатні наукові відкриття в галузі так званої нової астрономії (розробка Коперником вчення про геліоцентричну систему світу і його підтвердження в працях датського астронома Браге, німецького вченого Кеплера, італійця Галілео Галілєя). Великий крок уперед зробили фізика, математика, нагромаджувались нові знання в хімії, біології, геології, медицині, механіці тощо. Слід зазначити, що наприкінці XVI — у першій половині XVII ст. було винайдено телескоп, мікроскоп, гідрометр, ртутні барометр і термометр, вдосконалено компас і годинник.
Величину температури не можна виміряти безпосередньо так, як вагу чи довжину. Її можна визначити тільки по зміні будь – якої фізичної властивості, яка характеризує робоче тіло і міняється з температурою однозначно і монотонно. Найперше для вимірювання температури була використана зміна об`єму. Тому, перш за все, для вимірювання температури були використані прилади з газовим робочим тілом. Найпростішими приладами, основаними на цій властивості газів, були термометри. Так, ще в 1597 році італійський вчений Галілей визначив температуру за зміною об`єму повітря в колбі, яка шийкою була перевернута у посудину з рідиною (водою або спиртом) . Такий термометр назвали термоскопом. Недолік його-чуттєвість до зміни атмосферного тиску. Використовуючи термічні властивості розширення води в 1631р. французький лікар Ре запропонував свій термометр. Конструкція рідинно-скляного термометра, подібна сучасній, створена в 1654р. учнем Галілея герцогом тосканським Фердинандом II. Вона представляла собою герметично запаяний сосуд з вертикальним капілярним показником, а робочою рідиною служив винний спирт. В самі суворі дні такий термометр показував 80 градусів, в снігопад – 20.
Вчені вважають, що метрологічну основу термометрії заклав в XVII ст. падуанський лікар Санкторіо. На основі термоскопа Галілея він ввів дві абсолютні точки і регламентував систему повірок. На початку XVIII ст. вносяться багато пропозицій, щоб в термометричній шкалі встановити дві опорні точки, які пізніше були названі
реперними. В 1701р. Ньютон запропонував зв`язати шкалу з температурою танення льоду та тілом людини. В 1730р. французький зоолог і фізик Реомюр запропонував шкалу, в якій точка розставання льоду позначалась через 0, а кипіння води – 80. Термометр Реомюра заповнювався 80% водяним розчином етилового спирту.
Гданський склодув Фаренгейт в 1736р. встановив, що температура суміші льоду з водою має стабільний характер при значній варіації зовнішніх умов, а температура води залежить від барометричного тиску. Вже в 1736р. шкала Фаренгейта набула широкого розповсюдження. Точки: замерзання на ній 320, а кипіння води 2120 при фіксованому барометричному тиску стали основними для всіх шкал. Шкалу, в якій точка танення льоду відповідає 00, а точка кипіння води, запропоновану ще в 1742р. 1000, на честь шведського вченого, назвали шкалою Цельсія, градуси відповідно – градусамиЦельсія.
Шкали Фаренгейта, Реомюра та Цельсія відрізняються тільки значенням фізичних властивостей рідини, але мають однакові реперні точки. Їх можна перерахувати одна в іншу за допомогою формули: 0С=0,8 n0 R=( 1,8 n + 32)0F.
Найбільшого розповсюдження через зручність у використанні набули термометри з шкалою Цельсія. Всередині XIX ст. почали проводити досліди по термометричних властивостях, які показали, що властивості у газів на відміну від рідких і твердих тіл менш залежить від температури. Дослідники зупинились на температурних газових шкалах, зокрема, на шкалі водневого газового термометра. Еталон визначився для вимірювання температур в інтервалі від - 250 до 1000С.
Поняття абсолютної температури, та термодинамічну шкалу температур, математично довів У. Томсон в 1848р. Згодом за великий внесок в розвиток науки
У. Томсон, в 27 років, став членом Лондонського королівського товариства і йому було присвоєно титул лорда Кельвіна. А термодинамічну шкалу назвали шкалою Кельвіна. В її основу покладений термодинамічний цикл С. Карно ідеальної теплової машини.
С. Карно довів, що коефіцієнт корисної дії теплової машини не залежить від властивостей робочого тіла, а визначається тільки температурами нагрівача і холодильника.
Найменшу температуру Кельвін назвав абсолютним нулем і прийняв за початкову точку абсолютної термодинамічної шкали температур. Температура танення льоду в цій шкалі 273,150К.
В 1887р. Міжнародний комітет мір і ваги прийняв рішення прийняти за „нормальну” термометричну шкалу стоградусну шкалу газового термометра, наповненого воднем з постійним об`ємом, початковим тиском 1000мм рт.ст. і двома основними точками. Першою точкою була температура танення льоду; другою – температура насичених парів води при тиску 760 мм. рт. ст. на широті 450. В 1889р. на Міжнародній конференції ця термометрична шкала була покладена в основу всіх теплових вимірів.
В середині XX ст. широко почали застосовуватись біметалеві елементи або пластини. Принцип їх дії ґрунтується на зміні форми твердих тіл при їх нагріванні або охолоджені.
Ще в 1821 р. англійський хімік Хемфрі Деві відкрив залежність електричного опору різних провідників від їх довжини , поперечного перерізу та температури. На цій підставі в 1887р. Каллендаром були побудовані електричні термометри опору. Матеріалом для виготовлення електричних термометрів опору затвердили платину, а для малого інтервалу (від 00 до 1000С) – мідь. Крім платини та міді термометри опору виготовляються із заліза та нікелю.
В 1948р. компанія „Дженерал моторс” (США) випустила першу партію термометрів, чутливий елемент яких був виготовлений з використанням напівпровідників, - і дали їм назву термістори.
В 1821р. німецький фізик Зеєбек відкрив термоелектричний ефект. Це явище дало змогупобудувати термометри для більш високих температур, їх назвали
термоелектричні пірометри або термопари.
Теплову дію проміння від розжарених тіл покладено в основу побудови радіаційних пірометрів. В основу побудови оптичних пірометрів поклали явище зміни інтенсивності випромінювання розжареного тіла від температури.
Викладені методи і засоби вимірювання не охоплюють всієї сукупності явищ, які використовуються в термометрії.
Велика різноманітність об`єктів, які вимагають вимірювання температури, приводить до необхідності широкої номенклатури приладів температурного контролю.
Значний вклад в розвиток вітчизняної теплометрії вніс наш співвітчизник Директор інституту технічної теплофізики НАН України Олег Аркадійович Геращенко. В 1956 році він одержав перші теоретичні рішення і експериментальні результати в області теплометрії, в 1957 році його пріоритет в області локальних теплових вимірів підтверджуються Комітетом в справах винаходів та відкриттів. В 1960 році нові тепломіри були упроваджені в Інституті атомної енергетики ім. І. В. Курчатова.
До кінця 60х років О. А. Геращенко завершує цикл робіт по створенню теорії, технології, виготовлення і градуювання тепломірів. Запроваджено декілька тисяч теплометричних приладів в дослідницькій і промисловій практиці для вимірювання, контролю і регулювання.
Номенклатура температурного контролю в енергетиці також велика. Значна частина цієї номенклатури температурного контролю зібрана нами для створення експозиційної колекції в Музеї Київенерго.Цитування та використання будь-яких матеріалів порталу Etar на інших сайтах дозволяється лише з гіперпосиланням: www.etar.com.ua
в начало
