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 з’єднанням 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

78019. Комплексная переработка птицы 272 KB
  Птицеперерабатывающая промышленность является одной из крупнейших отраслей пищевой промышленности, она призвана обеспечивать население страны пищевыми продуктами, являющимися основным источником белков.
78021. Черные дыры и время. Бездонные пропасти вселенной 123.5 KB
  Все чёрные дыры притягивают газ из окружающего пространства, и вначале он собирается в диск возле нее. От столкновений частиц газ разогревается, теряет энергию, скорость и начинает по спирали приближаться к черной дыре. Газ, нагретый до нескольких миллионов градусов, образует вихрь, имеющий форму воронки.
78022. Защитные формы альтруизма 82 KB
  В нашей работе мы рассмотрим взгляды различных авторов на так называемые защитные формы альтруизма. Вообще, альтруизм можно определить как поведение, направленное на другое лицо или социальное объединение, и не связанное с какими-либо внешними наградами и поощрениями.
78023. ОТРАЖЕНИЕ ПРОЦЕССОВ РЕЧЕМЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА РАЗНЫХ ЯЗЫКОВЫХ УРОВНЯХ В ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА 3.09 MB
  Исследование реорганизации пространственных когерентных отношений колебаний биопотенциалов мозга протекающих в основных частотных диапазонах ЭЭГ при выполнении испытуемыми заданий связанных с анализом...
78024. Течение и прогноз доброкачественных и злокачественных новообразований органов женской репродуктивной системы на фоне коморбидных состояний 523.5 KB
  Это приводит к тому что женщины обращаются к терапевтам кардиологам неврологам которые как правило считают имеющиеся у пациентов симптомы проявлениями соматического заболевания или возрастной инволюции и не испытывают при этом должной онкологической настороженности.
78025. Страхование «Автокаско» 72.5 KB
  Страхование автотранспорта является имущественным страхованием и подразделяется на страхование транспорта как имущества (совокупности устройств и механизмов) и страхование гражданской ответственности владельца транспортного средства как источника повышенной опасности.
78026. Задачи и методы специальной психологии 75.5 KB
  Специальная психология изучает причины сущность и закономерности отклоняющегося нарушенного психического развития психологические особенности детей с недостатками в развитии познавательной деятельности и эмоционально волевой сферы личности.
78027. Молекулярная биология: исторические вехи и перспективы развития в XXI веке 1.09 MB
  Перекрываясь с другими смежными областями биологии и химии а именно с генетикой и биохимией молекулярная биология изучает взаимодействия между различными системами живой клетки включая процессы синтеза таких жизненно важных биополимеров как ДНК РНК и белков а также взаимодействия регулирующие эти процессы.