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

9029. Виды и строение знания. Обыденное, научное и философское знание 34.5 KB
  Виды и строение знания. Обыденное, научное и философское знание Начиная с Демокрита философы занимали себя разделением знаний, попыткой их классификации и, соответственно, установлением связей между обозначенными видами. Современная эпистемология де...
9030. Предмет и типы социальной философии 37.5 KB
  Предмет и типы социальной философии Социальная философия имеет своим объектом познания общество, т. е. занимается познанием социальной действительности. В строгом смысле слова любое познание, поскольку оно протекает в обществе, является социальным...
9031. Глобалистика и ее проблемы. Глобальные проблемы современной цивилизации 42.5 KB
  Глобалистика и ее проблемы. Глобальные проблемы современной цивилизации Исторические типы взаимосвязи природы и общества определяются переходом от присваивающего к производящему хозяйству. Существуют три основных этапа такой взаимосвязи: 1 этап...
9032. Учение Августина 14.58 KB
  Учение Августина. Черты средневековой философии: теоцентризм - единый бог в центре бытия креационизм – разделение бытия на сущее (бога) и сотворенное богом провиденциализм – Бог знает все, все наполняет смыслом традиционализм...
9033. АНТИЧНЫЙ АТОМИЗМ (ДЕМОКРИТ, ЭПИКУР, ЛУКРЕЦИЙ КАР). 16.31 KB
  Античный атомизм (Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар). Демокрит (460-360 гг.), продолжая материалистические традиции своих предшественников, в частности Левкиппа, считал, что весь мир состоит из атомов и пустоты. Все атомы создают бытие во всей полноте,...
9034. ФИЛОСОФСКИЕ ВЗГЛЯДЫ АРИСТОТЕЛЯ 15.81 KB
  Философские взгляды Аристотеля. Аристотель (также Стогирит, 384-322 г.), один из учеников Платона, во многом заложил основы для выделения философии как самостоятельной науки. Его основные сочинения - Метафизика, О душе, Первая вторая...
9035. СПЕЦИФИКА ФИЛОСОФСКИХ РАЗМЫШЛЕНИЙ О БЫТИИ 14.23 KB
  Специфика философских размышлений о бытии. Философия - это знание всеобщего во взаимодействии мира и человека. Объединяющим началом для человека и мира является бытие. Бытие - одна из основных категорий философии, которая изучается со врем...
9036. УЧЕНИЕ ГЕРАКЛИТА. 14.05 KB
  Учение Гераклита. Взгляды Гераклита [Темного] (544-480 гг.), уроженца Эфеса, были продолжением учения представителей Милетской школы. Гераклит обращает внимание на динамизм всего сущего и считает динамизм главной характеристикой первоначала. Он пров...
9037. ДВИЖЕНИЕ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ - АТРИБУТЫ МАТЕРИИ. 15.54 KB
  Движение, пространство, время - атрибуты материи. Необходимым условием существования материи является взаимодействие образующих ее элементов. Оно может носить внешний и внутренний характер и приводит к изменению. Любое изменение в философии называют...