50746

Виготовлення та градуювання штучних термопар

Лабораторная работа

Физика

Обладнання: термоелектроди для штучної термопари; джерело постійного струму; тигель з графітом; тигель з піском з електропідігріванням; вольтметр; термометр з робочим діапазоном температур що вимірюється 0 300 ˚С штатив; демонстраційні термопари різного типу та вимірювальні прилади для термопар. Для вимірювання вищих температур застосовують термопари які виготовляють зєднанням між собою кінців різнорідних провідників. Для вимірювання температур до 1100 ˚С використовують термопари з неблагородних металів мідькопель залізокопель...

Украинкский

2014-01-29

167 KB

9 чел.

                                                             Лабораторна робота №4

Виготовлення та градуювання штучних термопар

Мета роботи: ознайомитися з термопарами як засобом вимірювання температур в технічних об'єктах, їх видами, характеристиками, методикою вимірювань; навчитися виготовляти і градуювати термопари.

Обладнання: термоелектроди для штучної термопари; джерело постійного струму; тигель з графітом; тигель з піском (з електропідігріванням); вольтметр; термометр з робочим діапазоном температур, що вимірюється 0 300 ˚С штатив; демонстраційні термопари різного типу та вимірювальні прилади для термопар.

Загальні положення

Для вимірювання температури залежно від границь фізичної величини та умов використовуються різні технічні засоби.

Найпоширеніші з них термометри, які використовуються, як в побуті, так і багатьох напрямках виробничої та наукової діяльності людини. Вони поділяються на рідинні (ртутні, спиртові, водяні…), які працюють у діапазонах температур -80…+250 ˚С, металеві та напівпровідникові (електричні термометри опору) -200…+650 ˚С.

Для вимірювання вищих температур застосовують термопари, які виготовляють зєднанням між собою кінців різнорідних провідників. При цьому провідники називають термоелектронами, а місця зєднання спаями. Якщо кінці такого елемента помістити в середовище з різною температурою, то в колі виникне ЕРС, яку називають термоЕРС. Вона є різницею функцій температур місць зєднання провідників:

Е = f(t1)  f(t2)

Якщо один спай умістити в середовище з вимірюваною температурою, а температуру другого підтримувати стлою, то

Е = f(t1) = f(tвим)

Спай, вміщений в середовище з вимірюваною температурою, називається робочим. Для вимірювання температур до 1100 ˚С використовують термопари з неблагородних металів (мідь-копель, залізо-копель, хромель-копель, хромель-алюмель); для температур діапазону 1100…1600 ˚С термопари з благородних металів (платинородій-платина); Температури вище 1600 ˚С вимірюють термопарою вольфрам-молібден.

Загалом, для виготовленя термопари може бути використана будь-яка пара різних металів, проте доцільно використовувати тільки так звані термоелектродні сплави, що задовольняють таким вимогам:

  1.  ТермоЕРС сплаву повинна бути достатньо великою, щоб її можна було виміряти з необхідною точністю, вона повинна бути неперервною та однозначною (бажано лінійною) функцією температури.
  2.  Температура плавлення або розмякання сплаву повинна бути вище, ніж температура, яку вимірює термопара.
  3.  Термоелектродні сплави, особливо для довго працюючих термопар, повинні бути корозійностійкими.
  4.  Сплави для термопар під час експлуатації та градуювання повинні зберігати свої характеристики незмінними. Термопари, що мають однакові розміри, повинні забезпечувати відтворюваність характеристик при серійному виготовленні і експлуатації в однакових умовах.
  5.  Матеріали, з яких виготовляються термопари, повинні бути достатньо міцними та пластичними.

По конструкційним особливостям та взаємозвязку термопари з середовищем, в якому вимірюється температура термопари поділяються на штучні, напівштучні та природні.

Штучна термопара є окремим від температурного середовища виробом, конструкція якого описана вище і не залежить від умов вимірювання температури (рис. 4.1), особливостей конструкції в якій вимірюється температура.

Рис. 4.1. Вимірювання температури різання методом штучної термопари

Один з елементів напівштучної термопари є складовою (деталлю) конструкції, в якій вимірюється температура. Відповідно така термопара дозволяє вимірювати шукану температуру, а не температуру чутливого елемента термопари (рис. 4.2).

Рис.4.2. Вимірювання температури різання методом напівштучної термопари

В природній термопарі роль обох термоелектронів виконують елементи конструкції, у якій вимірюється температура (рис. 4.3).     

                а)                                                                                          б)

                   Рис. 4.3. Схеми до процесу градуювання термопари

Покази реєструючих приладів занести до таблиці 4.2.

Таблиця 4.2.

t,˚C

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

U, в

8,2

8,7

9,4

10,2

11,1

12,1

12,9

13,6

14,4

15,2

Обробка результатів експерименту

У статистиці розроблено багато різних методів обробки результатів експерименту. Якщо розлядати найпростіший випадок вхідних даних один фактор, лінійна модель, тоді функція відгуку (формула шуканої лінійної залежності, побудованої за експериментальними даними) матиме вигляд:

y = b0 + b1x1, або для випадку , що розглядається:

U = b0 + b1t1.                                                (1)

Метою розрахунку є визначення невідомих коефіцієнтів b0 і  b1.  Якби усі експериментальні точки лежали точно на прямій лінії, тоді для кожної з них виконувалася рівність:

Ui - b0 - b1t1i = 0,     де і = 1, 2,…, N  номер досліду.

На практиці ця рівність не виконується і набуває вигляду:

Ui - b0 - b1t1i = δі,                                              (2)

де δі  різниця (невязка) між експериментальними та розрахованими за рівнянням регресії значеннями U в і-й експериментальній точці.

У загальному випадку, невязка виникає, якщо присутні помилки експерименту або непридатна модель. Якщо вважати модель придатною і розбіжності залежать тільки від помилки досліду, необхідно отримати такі коефіцієнти регресії, при яких невязки мінімальні. Цю вимогу можна записати по різному і відповідно виникають різні методи обробки експериментальних даних.

Метод середніх

Визначення коефіцієнтів регресії базується на тому, що алгебраїчна сума всіх невязок дорівнює 0:

С = Σδі = 0

Скориставшись формулою (2), отримаємо рівняння для визначення коефіцієнтів регресії:

Σ (Ui - b0 - b1t1i) = 0                                     (3)

Але невідомих коефіцієнтів 2, а рівняння 1. Тому для вирішення задачі рівняння (3) розбивають, утворюючи систему рівнянь (4), визначають коефіцієнти рівняння регресії (1) і будують його графік.

                             (4)

Скоротивши рівняння отримаємо:

Віднімемо від ІІ рівняння перше, отримаємо:

Знайдемо відхилення для кожного u :

Можемо визначити коефіцієнти регресії за формулою :

Метод найменших квадратів

Визначення коефіцієнтів регресії базується на тому, що сума квадратів всіх невязок мінімальна:

С = Σδ2 і = min

Скориставшись формулою (2), отримаємо рівняння для визначення коефіцієнтів регресії:

Σ (Ui - b0 - b1t1i)2 = min                                     (5)

Мінімум функції, якщо він існує досягається при одночасній рівності 0 часткових похідних по всім невідомим, тобто:

Кінцево формули для визначення коефіцієнтів регресії матимуть вигляд:

,     (6)

де y  функція (U), а х  аргумент (t)

Підставимо значення в формулу (6) :

Знайдемо значення u :

Визначимо похибки методу за формулою  :

 Висновок :


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67164. Методологическая ситуация антропологии на рубеже 20 и 21 веков 30 KB
  Сегодня в современной антропологии познавательная ситуация характеризуется проблемной ориентированностью она проявляется в том что в научных исследованиях не ставятся задача создания целостной теории общества и его культуры. Данное понятие включает в себя процесс адаптации и взаимоотношения культуры...
67165. МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ СИМЕТРИЧНИХ КРИПТОПЕРЕТВОРЕНЬ 249.4 KB
  Найбільш загальною історично наукою про таємницю є криптологія. Криптологія як наука вивчає закономірності забезпечення конфіденційності, доступності, цілісності і т.д. критичної інформації в умовах інтенсивної протидії (крипто аналізу).
67166. ДЕРЖАВА — ГОЛОВНИЙ ІНСТИТУТ ПОЛІТИЧНОЇ СИСТЕМИ 133.5 KB
  Держава – основний інструмент політичної системи суспільства, який організує, направляє та контролює спільну діяльність і відношення людей, суспільний груп, класів, асоціацій. Саме поняття держава звичайно вживається в двох значеннях.
67167. Происхождение и химическая природа нейромедиаторов 115.5 KB
  Поэтому у любого медиатора очень короткий путь до цели а его действие оказывается быстрым и точным. Но иногда действие медиатора не ограничено только соседней клеткой и в таких случаях он действует как модулятор с достаточно широким спектром деятельности. Существует специфический механизм удаления медиатора с места его действия.
67168. Омонимия. Понятие омонимии 87.5 KB
  Лексические омонимы собственно омонимы это разные по значению слова которые совпадают по звучанию и написанию во всех почти во всех формах и относятся к одной и той же части речи. По степени полноты лексические омонимы делят на полные абсолютные неполные частичные.
67169. Оформлення списків та посилань 631 KB
  Багато елементів на Web-сторінці є в деякій мірі “великодушними” з точки зору дизайну – якщо вони не “цілком правильні”, то це не має великого значення. У випадку списків і посилань зовсім інша історія – якщо записати їх неправильно...
67170. Ударение и тоны. Интонация 66.01 KB
  В речевом потоке все фонетические единицы – звуки, слоги, слова, такты, фразы – представлены линейными отрезками (сегментами), которые последовательно располагаются друг за другом. Они называются сегментными единицами.
67171. Части речи. Понятие о частях речи 121.5 KB
  Термин части речи возник в древнегреческой грамматике в которой предложение не отделялось от речи. Проблема осложняется и тем что термин части речи употребляется неоднозначно: в частности в круг ЧР включаются либо только знаменательные слова...