42046

Изучение термоэлектрического метода измерения температур

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Следовательно при t = t0: ЕАВt0 = еАВ t0 еВАt0 = 0 откуда еВАt0 = еАВ t0. Подставив последнее выражение в уравнение 1 получим ЕАВtt0= еBt еBt0 2 откуда следует что термоЭДС представляет собой сложную функцию двух переменных величин t и t0 температур обоих спаев. Если t0 t0 то ЕАВtt0 ЕАВtto. Разность...

Русский

2014-12-28

102.5 KB

11 чел.

АГЕНСТВО РФ ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ БЕРЕЗНИКОВСКИЙ ФИЛИАЛ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Утверждено

на заседании кафедры

« »      2006г.

Изучение термоэлектрического метода измерения температур.

Введение компенсации температуры холодных спаев термопары

 

Методические указания к лабораторным работам

            по курсу «Технические измерения и приборы»,

          «Системы управления химико-технологическими процессами»,

          «Автоматизация производственных процессов»

          для студентов специальностей 220301, 240301, 240801

БЕРЕЗНИКИ  2006г.

Цель работы: изучение принципа измерения температуры термоэлектрическим термометром. Ознакомление с работой образцового потенциометра.

Предварительная подготовка.

  •  Изучить теоретический материал, относящийся к работе.
  •  Подготовить приборы и оборудование для проведения работы: образцовый потенциометр, термоэлектрический преобразователь, ртутный термометр.
  •  Ознакомиться с порядком работы с образцовым потенциометром (приложение 1)

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В основу измерения температуры термоэлектрическими термометрами положен термоэлектрический эффект, заключающийся в том, что в замкнутой цепи термоэлектрического преобразователя (термопары), состоящего из двух или нескольких разнородных проводников (рис.1), возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разные температуры. Спай, имеющий температуру t, называется рабочим, а спай, имеющий постоянную температуру to — свободным. Проводники А и В называются термоэлектродами. Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. Предположим, что в спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл В в большем количестве, чем в обратном направлении; поэтому металл А заряжается положительно, а металл В отрицательно. Электрическое поле, возникающее в месте соприкосновения проводников, препятствует этой диффузии, и когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и В возникает некоторая разность потенциалов.

В простейшей термоэлектрической цепи, составленной из двух разнородных проводников А и В (см. рис.1), возникают четыре различные термо-ЭДС: две термо-ЭДС в местах спаев проводников А и В, термо-ЭДС на конце проводника А и термо-ЭДС на конце проводника В.

                                   t0

                  

                          А                  В

 

                                    t

                                         

                           рис. 1

Учитывая оба фактора, определяющие суммарную термо-ЭДС замкнутой цепи из двух проводников А и В, спаи которых нагреты до температур t и t0, обходя цепь в направлении против часовой стрелки, получим

     EAB(tt0)=eAB(t)+eBA(t0)                                                                                             (1)

где EAB(tt0)— суммарная термо-ЭДС, определяемая действием обоих факторов;

eAB(t) и eBA(t0)  — термо-ЭДС, обусловленные контактной разностью потенциалов и  разно       стью температур концов проводников А и В.

Если температура спаев одинакова, то термо-ЭДС в цепи равна нулю, так как в обоих случаях возникают термо-ЭДС, равные по величине и противоположно направленные.

Следовательно, при t = t0:

ЕАВ(t0) = еАВ (t0) + еВА(t0) = 0, 

откуда   еВА(t0) = - еАВ (t0).

Подставив последнее выражение в уравнение (1), получим

           ЕАВ(tt0)= еAB(t)- еAB(t0)                                                                                    (2)

откуда следует, что термо-ЭДС представляет собой сложную функцию двух переменных величин t и  t0  температур обоих спаев. Поддерживая температуру одного из спаев постоянной,  полагая t0 = const., получим

                EAB(tt0)= f (t).                                                                                               (3)

Если для данного термоэлектрического преобразователя экспериментально, т. е. путем градуировки, найдена зависимость (3), то измерение температуры сводится к определению термо-ЭДС термометра.

Термоэлектрический преобразователь градуируют при определенной постоянной температуре t0 (обычно при t0 = 0 °С, реже при t0 = 20 °С). При измерениях температура t0 может отличаться от температуры градуировки. В этом случае необходимо вносить поправку.

     Если t0 > t0, то ЕАВ(tt0’) < ЕАВ(tto).

Разность ЕАВ(tto)- ЕАВ(tt0’)  и представляет собой поправку. Эту разность можно представить в виде

    ЕАВ (tto) - ЕАВ (tt0’) = еАВ (t) - eАВ (t0) - еАВ (t) + еАВ(t0’)

или после сокращения                                                       

    ЕАВ(tto)- ЕАВ(tto’) = еАВ(t0’) - eАВ (t0).

Величину поправки можно записать в виде

    еАВ(t0) - eАВ(t0) = ЕАВ (t0t0)

Следовательно, истинное значение термо-ЭДС

             ЕАВ(tt0) = ЕАВ(tt0’) ± ЕАВ(t0t0) .                                                                  (4)

  где  t0’ – текущая температура свободных спаев отличная от градуировочной

Знак плюс в формуле (4) относится к случаю, когда t0 > t0, минус к случаю,                      когда t0 < t0.

Величину поправки ЕАВ (t0t0) можно получить для данного ТЭП из градуировочной таблицы или (при небольших значениях разности t0 - t0) по характеристической кривой.

Лабораторная установка

колба

Вода                                  ТЭП                                                        потенциометр образцовый

                                                                                                             

Порядок выполнения работы.

  1.  Подключить термопару градуировки ХА к измерительному прибору.
  2.  Опустить термопару в измеряемую среду (вода в колбе).
  3.  Произвести измерение термо-ЭДС ЕАВ(t t0’) в соответствии с «Порядком работы с образцовым потенциометром» (Приложение 1).  Результат записать в таблицу №1 колонка 1.                                     
  4.  По градуировочной таблице  (Приложение 2)   определить температуру измеряемой среды без учета поправки на температуру холодных спаев.  Результат записать в таблицу №1 колонка 2.
  5.  Измерить температуру измеряемой среды по ртутному термометру. Результат записать в таблицу №1 колонка 3.
  6.  Сравнить результаты измерения термопарой без учета поправки на температуру холодных спаев и ртутным термометром. Определить абсолютную погрешность измерения.

           α = Т1 - Т2

     Результат записать в таблицу №1 колонка 4.

  1.  Измерить температуру холодных спаев термопары по ртутному термометру              (температура воздуха в помещении). Результат записать в таблицу №1 колонка 5.
  2.  По градуировочной таблице (Приложение 2)   определить величину ЕАВ(t0’t0). Результат записать в таблицу №1 колонка 6.
  3.  Ввести поправку на температуру холодных спаев   Е АВ(tt0) = Е АВ(t t0’) ± ЕАВ(t0’t0). Результат записать в таблицу №1 колонка 7.
  4.  По градуировочной таблице (Приложение 2)    определить температуру измеряемой среды. Результат записать в таблицу №1 колонка 8.
  5.  Сравнить результаты измерения термопарой (п.8) и ртутным термометром (п.3).

     Определить абсолютную погрешность измерения.

           α = Т - Т2

       Результат записать в таблицу №1   колонка 9.

таблица №1

Термо- ЭДС

Е АВ(t t0’)

мВ

Температура

Т1

0С

Температура

Т2

0С

α =   Т1 - Т2

Температура  холодных спаев    Т3

0С

Термо- ЭДС

ЕАВ(t0’ t0)

мВ

Е АВ(tt0)

Температура

Т

0С

α =    Т - Т2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

По завершении работы сделать вывод о полученных результатах и оформить отчет

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должно быть следующее;

  1.  Цель проведения работы.
  2.  Краткое описание средств измерения и оборудования.
  3.  Порядок выполнения работы
  4.  Выводы по работе.

Контрольные вопросы

  1.  Для чего предназначен ТЭП.
  2.  Принцип работы ТЭП.
  3.  Что такое градуировка (номинальная статическая характеристика) ТЭП.
  4.  При каких условиях градуируются ТЭП.
  5.  Какие градуировки ТЭП наиболее часто используются.
  6.  При каких условиях необходимо вводить поправку на температуру холодных спаев
  7.  Какие вторичные приборы используются при измерении температуры с помощью  ТЭП.
  8.  Какие погрешности возникают при измерении температуры с помощью  ТЭП.
  9.  Погрешности: абсолютная, относительная, приведенная.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

                                       Порядок работы с образцовым потенциометром

Образцовый потенциометр УПИП-60М

  1.  Перед началом работы органы управления и регулировки должны находиться в следующих положениях:

- выключатель питания прибора «ПИТАНИЕ ВКЛ.» - в выключенном положении;

- переключатели питания В8 и В11, переключатель нормального элемента В10 и   переключатель гальванометра В9 – в положении «В» при использовании внутренних элементов;

- переключатель полярности потенциометра «+», «-» в положении «+»;

- кнопки «ГРУБО» и «ТОЧНО» - в отжатом (расфиксированном) положении;

- остальные органы управления могут находиться в любых положениях;

- установить корректором стрелку гальванометра на «0».

  1.    Измерение э.д.с. необходимо производить в следующем порядке:
    1.  Подключить термопару к образцовому потенциометру, соблюдая полярность, к зажимам «-», «mV» (Х);
      1.  Установить переключатель «РОД РАБОТЫ» в положение «ПОТЕНЦИОМЕТР»;
      2.  Установить переключатель питания в положение «ПИТАНИЕ ВКЛ.»;
      3.    Произвести установку (контроль) рабочего тока потенциометра, для чего:
  •  установить переключатель В12 в положение «К»;
  •  установить стрелку гальванометра на «0» вращением рукояток «ГРУБО» и «ТОЧНО» реостата «РАБОЧИЙ ТОК», вначале при нажатой кнопке «ГРУБО», а затем при нажатой кнопке «ТОЧНО».
    1.  Для измерения термо – ЭДС образцовым потенциометром:
  •  установить переключатель В12 в положение «И»;
  •  установить стрелку гальванометра на «0» вращением рукояток секционированного переключателя и реохорда, вначале при нажатой кнопке «ГРУБО», а затем при нажатой кнопке «ТОЧНО»;
  •  значение измеренного напряжения в милливольтах будет равно сумме показаний шкал секционированного переключателя и реохорда, умноженного на множитель, установленный на переключателе потенциометра.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 Номинальная статическая характеристика    преобразования ХА (К)*

*  Приведена часть градуировки

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  М..В. Кулаков  

       Технологические измерения и приборы для химических производств

       Москва,  «Машиностроение» 1983

  1.  Н..Г. Фарзане

       Технологические измерения и приборы

     «Высшая школа» 1989

  1.  В.В. Пронько

Технологические измерения и КИП в пищевой промышленности. Москва, ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1990 г.

3. Г.И.Лапшенков, ЛМ.Полоцкий.

Автоматизация производственных процессов в химической промышленности (Технические средства и лабораторные работы) Москва, «Химия», 1988 г.

3. ГОСТ 6616-94 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Общие технические условия,

  1.  ГОСТ Р50431 - 92 (МЭК 584 - 1 - 77) ТЕРМОПАРЫ
    Номинальные статические характеристики преобразователей.
  2.  В.С. Чистяков

Краткий справочник по теплотехническим измерениям

«Энергоатомиздат» 1990


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78204. Операторы организации цикло 74 KB
  Примеры алгоритмов циклической структуры. Процедуры ограничения и прерывания цикла. Для организации цикла необходимо выполнить следующие действия: перед началом цикла задать начальное значение параметра; внутри цикла изменять параметр цикла с помощью оператора присваивания; проверять условие повторения или окончания цикла; управлять циклом т. переходить к его началу если он не закончен или выходить из цикла в противном случае.
78205. Операторы организации итерационных циклов 145 KB
  Если в цикле изменяется простая переменная то она является параметром цикла; если в цикле изменяется переменная с индексом то индекс этой переменной является параметром цикла. Для организации цикла с известным числом повторений в Pscl используется оператор for. Оператор цикла с предусловием While Если число повторений выполняемых в цикле заранее не известно или шаг приращения счетчика параметра цикла отличен от единицы то необходимо использовать оператор цикла с предусловием.
78206. Массивы: определение, описание, размещение в памяти, использование 143 KB
  Массивы: определение описание размещение в памяти использование. Цель: дать определение массиву сформировать знания о массивах приемы составления блок-схем алгоритмов изучить приемы составления программ с использованием массивов. Группа переменных в данном...
78207. Процедуры и функции. Заголовок. Вызов. Собенности применения 98 KB
  Как отмечалось ранее, процедуры и функции представляют собой относительно самостоятельные фрагменты программы, оформленные особым образом и снабженные именем. Упоминание этого имени в тексте программы называется вызовом процедуры (функции). Отличие функции от процедуры заключается в том
78208. Особенности использования массивов в качестве параметров 57.5 KB
  Открытый массив представляет собой формальный параметр подпрограммы описывающий базовый тип элементов массива но не определяющий его размерности и границы: Procedure MyProcOpenrry: rry of Integer; Внутри подпрограммы такой параметр трактуется как одномерный массив с нулевой нижней границей. Используя минимальный индекс как ноль и значение возвращаемое функцией HIGH как максимальный индекс подпрограмма может обрабатывать...
78209. Организация библиотек. Стандартные модули. Структура Unit 79.5 KB
  Организация библиотек. Цель: формирование представлений об организации библиотек и составе библиотечных модулей изучение структуры модуля и формирование навыков создания личных библиотек. Вместе с тем структура модуля позволяет использовать его как своеобразную библиотеку описаний.
78210. Символьные переменные и строки. Организация и размещение в памяти. Процедуры и функции обработки строк 1.15 MB
  Символьная информация — это информация, отображаемая с помощью символов (букв, цифр, знаков операций и др.). IBM-совместимые компьютеры обрабатывают 256 различных символов, каждый из которых кодируется одним байтом. Соответствие символов и байтов задается таблицей кодировки, в которой для каждого символа указывается соответствующий байт
78211. Сортировка и поиск информации. Методы внутренней сортировки 77 KB
  Почему так устроена человеческая натура? Оказывается потому, что поиск в упорядоченном массиве значительно эффективнее! Ведь в природе зачастую успешность деятельности зависит от быстроты выбора правильного решения. Поэтому, если у вас в голове все знания упорядочены, вы достигаете больших успехов.
78212. Рекурсия: прямая и косвенная. Рекуррентные выражения 231.5 KB
  Определения с помощью рекуррентных формул иногда называют рекурсивными определениями. Если для факториала первое (итеративное) определение может показаться проще, то для чисел Фибоначчи рекурсивное определение