99679

Измерение температуры и градуировка термодатчика

Лабораторная работа

Физика

Теоретическая часть Измерение температуры является наиболее массовым видом измерения. В повседневной практике используются миллионы термометров различных типов на различные диапазоны измерения температуры. Условно по диапазонам термометры можно разделить на следующие группы...

Русский

2016-10-06

281.52 KB

0 чел.

Лабораторная работа №1

Измерение температуры и градуировка термодатчика

Целью работы: ознакомление с метрологическими аспектами температурных измерений, изготовление и градуировка термодатчика, определение температурного коэффициента.

Приборы и принадлежности: Материалы для термодатчиков, тестер, ЛАТР, графитный электрод, стеклянный жидкостный термометр, электронагреватель, штатив, емкость с водой.

Теоретическая часть

Измерение температуры является наиболее массовым видом измерения. В повседневной практике используются миллионы термометров различных типов на различные диапазоны измерения температуры. Условно по диапазонам термометры можно разделить на следующие группы:

- термометры для измерения комнатных температур и климатических измерений, диапазон измеряемых температур составляет от –50 С до температуры кипения воды +100 С;

- термометры для измерения низких (криогенных) температур, работающих по особым принципам, включая эффекты сверхпроводимости, диапазон измеряемых температур составляют от близких к 0 К до температур, при которых замерзают ртуть и спирт;

- термометры для измерения высоких температур, диапазон измеряемых температур составляет от несколько сот С до температуры плавления золота 1064,18С, чаще всего используют термопары и термометры сопротивления;

- термометры излучения или пирометры, используют для измерения температур раскалённых объектов, пламени или плазмы, диапазон измеряемых температур составляет от в 800 – 900 С и выше.

Для измерения температур в тысячи, десятки и сотни тысяч градусов используют специальные спектроскопические методы измерения температур, в которых последняя определяется по интенсивности спектральных линий атомов и ионов, из которых состоит объект. Такое состояние называется плазмой, а методы измерения температуры плазмы называются методами диагностики. Таким же способом определяют температуру небесных самосветящихся объектов – звёзд.

По реализации методов измерения температуры различают следующие методы, когда термометр приводится в непосредственный контакт с телом, температура которого измеряется, и неконтактные методы, когда источником информации о температуре объекта служит светимость, яркость или цвет объекта.

Контактные термометры для измерения комнатных и средних температур можно разделить на следующие типы:

- волюметрические приборы, в которых информация о температуре, получается, по изменению объема термометрической жидкости или газа;

- дилатометрические термометры, в которых температура измеряется по линейному расширению тел, например биметаллические пластины, представляющие собой две полоски из металлов с разными коэффициентами температурного расширения, соединёнными (спаянными) по всей длине (рис. 1.1). Биметаллические датчики температуры очень удобны для автоматических регулирующих устройств и широко используются в различных терморегуляторах.

Рис. 1.1. Биметаллическая пластина – датчик температуры

- термопары, в которых о температуре судят по ЭДС, возникающей в цепи, состоящей из двух различных проводников, спаянных по концам. Если спаи поддерживать при разных температурах, в цепи (рис. 1.2) возникает ток, пропорциональный разности температур спаев: Е  (Т2-Т1);

Рис. 1.2. Дифференциальная термопара – датчик температуры

- термосопротивления – датчики температуры в виде металлической проволоки, изменяющей электрическое сопротивление при изменении температуры:

Rt = R0(1+t),          (1.1)

где Rt - сопротивление при температуре t1, R0 – сопротивление при 0C,  - температурный коэффициент положительный для металлов и отрицательный для графита;

- термометры для измерения низких температур, равно как пирометры и методы диагностики плазмы имеют целый ряд особенностей, сущность которых выходит за пределы поставленной конкретной задачи.

Наиболее точными из всех типов контактных термометров являются термопары сопротивления. Электрическое сопротивление некоторых металлов, например платины или родия очень стабильны во времени. Это даёт возможность отградуировать терморезистор с уверенностью, что его сопротивление при заданной  температуре остаётся постоянным практически в течении всего срока службы термометра. Платиновые термометры сопротивления в измерительной и метрологической практике являются средством передачи размера единицы температуры от эталонов к рабочим средствам измерения, т.е. чаще всего используются как образцовые средства измерения.

Следующими по точности измерения температуры являются некоторые типы термопар. Например, термопара, изготовленная из платины (один из электродов) и сплав платины с 10% родия или с 15% родия (второй элемент термопары) имеет температурную зависимость ЭДС для различных экземпляров, воспроизводящуюся в 4 – 5 знаках. Такая точность гарантированна независимо от размеров термопары, от толщины электродов, от технологии изготовления проволоки и т.д.

Другие типы термопар, например, хромель – алюминий, медь – константан, железо константан и т.д. имеют большие абсолютные значения термо ЭДС, но нуждаются в индивидуальной калибровке, поскольку свойства таких термопар индивидуальны для каждого датчика.

Волюметрические термометры как правило позволяют измерять температуру  с погрешностью  0,1 – 0,05 С, т.е. гарантируют точность в 1 – 2 знаках после запятой. По этой причине волюметрические приборы используются в большинстве своём в рутинных повседневных измерениях, когда указанная точность является достаточной. Это имеет место при измерениях температуры в помещениях, на улице, при контроле технологических процессов и т.д.

Дилатометрические термометры имеют погрешности измерений на уровне 1 – 2 С и по этой причине используются в измерениях, не требующих большой точности. Если речь идёт о регулировании температуры в морозильных камерах, в системах охлаждения двигателей, при нагревании воды и в других аналогичных задачах, то дилатометрические термометры оказываются наиболее предпочтительными ввиду их высокой механической прочности, долговечности, надёжности. Эти качества являются причиной того, что дилатометрические термометры или дилатометрические датчики установлены во многих системах автоматического регулирования температуры  - в холодильниках, в автомобилях, в машинах и механизмах, когда требуется информация о температуре.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Изготовление термопары

Установка для изготовления термопары состоит из ЛАТР, ванночки с графитным порошком и проводов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Установка для изготовление термопары; 1 – ЛАТР; 2 – ванночка с графитовым порошком; 3 – термопара

1. Перед сваркой одеть на провода изоляцию и концы проводов будущей термопары необходимо плотно скрутиь.

2. Для сварки пользуемся ванночкой с графитным порошком к которому подключено напряжение от ЛАТР, а к другому концу ЛАТР поключаем к термопаре и и свариваемый конец ее вводим в графитный порошок на 2-4мм и держим до тех пор пока не произейдет сварка.

3. Получив шаровой слой равный 1,5-2мм в диаметре, можно считат термопару готовой.

4. Если спай не получился, делаем новую попитку до тех пор пока не будет получена требуемая величина и форма спая.

Упражнение 2. Градуировка термопары

Установка для градуировки термопары (рис. 1.4) состоит из штатива 1, стеклянного термометра 2, электронагревателя 3, емкости с жидкостью 4, термопар 5 и милливолтметра 6. Внутри емкости, в которой заливается вода, находятся стеклянный термометр и спай термопары. Нагрев проводится с помощью электронагревателя 3.

  1.  Повышая температуру воды при помощи электронагревателя 3, снимать значения показания стеклянного термометра и термо-ЭДС термопары с помощью милливольтметра. Запись показаний производится через каждые 5 градусов до кипения воды. Данные записать в табл. 1.1.
  2.  Построить график зависимости термо-ЭДС термопары от температуры Е=f(t), т.е градуировочный график термопары.
  3.  

Рис. 1.4. Установка для градуировки термопары; 1 – штатив; 2 – стеклян-ный термометр; 3 – электронагрева-тель; 4 – емкость с жидкостью; 5 – термопара; 6 - милливолтметр

Используя градуировочный график термопары, определит температуру горячей воды с помощью термопары.

Таблица 1.1

Зависимость термо-ЭДС от температуры

t, С

Е, мВ

Упражнение 3. Градуировка терморезистора

Градуировка терморезистора производится аналогичным образом, как в упражнении 2, только вместо термопары устанавливается терморезистор.

  1.  Повышая температуру воды при помощи электронагревателя 3, снимать значения показания стеклянного термометра и сопротивление терморезистора с помощью омметра. Запись показаний производится через каждые 5 градусов до кипения воды. Данные записать в табл. 1.2.
  2.  Построить график зависимости сопротивления терморезистора от температуры R=f(t).
  3.  Используя градуировочный график термопары, определит температуру горячей воды с помощью терморезистора

Таблица 1.2

Сопротивление датчика температуры в за.

t, С

Rt, Oм

Контрольные вопросы

  1.  Классификация термометров по диапазонам измерения температур.
  2.  Классификация контактных термометров по принципу работы.
  3.  Напишите формулы зависимости объемного и линейного расширения от температуры.
  4.  Напишите формулу зависимости сопротивления терморезистора от температуры.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79547. Октябрьская революция и формирование советской политической системы (1917-1920 годы) 30.51 KB
  Переход к новой экономической политике ее сущность и Образование СССР. Билет№41 Индустриализация и коллективизация в СССР: цели методы проведения и последствия. Социалистическая индустриализация СССР Сталинская индустриализация процесс форсированного наращивания промышленного потенциала СССР для сокращения отставания экономики от развитых капиталистических стран осуществлявшийся в 1930е годы. Официальной задачей индустриализации было превращение СССР из преимущественно аграрной страны в ведущую индустриальную державу.
79548. СССР в системе международных отношений в 20-30 годах 20 века 21.56 KB
  СССР через Коминтерн орган руководства коммунистическим движением мира помогал зарубежным коммунистам восстание 1922 г. по инициативе английского правительства произошел временный разрыв англосоветских отношений поскольку СССР поддержал забастовку британских горняков. вспыхнул военный конфликт с Китаем изза КВЖДКитайскоВосточная железная дорога СССР явочным порядком прибрал к рукам управление КВЖД находившейся в совместном владении кончившийся поражением Китая.
79549. Причины и начало Второй Мировой войны. Внешняя политика Советского Союза на кануне Великой Отечественной войны 21.91 KB
  СССР в канун Великой Отечественной войны 1 сентября 1939г. СССР и Германия подписали договор О дружбе и границе. СССР активно поставлял Германии зерно нефть и др. Финляндия подписала мир и отдала СССР часть Карелии с Выборгом.
79550. Послевоенное устройство мира. Начало холодной войны 20.58 KB
  Началась холодная война между СССР и США и их союзниками фултонская речь Черчилля доктрина Трумэна сдерживание влияния СССР в мире. СССР насаждал коммунистические режимы в Восточной Европе. При этом социалистическая Югославия не признала главенства СССР отношения между странами разорваны. у СССР появилось ядерное оружие.
79551. Международные отношения в середине 40-х-середине 80-х годов. Противостояние двух мировых систем 21.28 KB
  СССР продолжал политику расширения сферы влияния поддерживая врагов США холодная война. СССР под давлением лидеров социалистических стран ввел войска в Чехословакию власти которой стали проводить либеральные преобразования объективно способствовавшие свёртыванию социализма. произошли пограничные конфликты СССР с Китаем. СССР поддерживал Северный Вьетнам в борьбе против режима Южного Вьетнама и США.
79552. Восстановление народного хозяйства в СССР. Власть и общество после войны (1945-1953 годы) 21 KB
  По призыву Коммунистической партии борьба за выполнение этой задачи приобрела всенародный характер. Центральный Комитет партии ЦК компартий союзных республик краевые и областные комитеты партии проводили большую организаторскую работу по мобилизации сил и средств для восстановления народного хозяйства. Непосредственное руководство восстановлением народного хозяйства и культуры в освобожденных и пострадавших от войны районах осуществляли видные деятели партии.
79553. Великая Отечественная война: основные этапы, важнейшие события, итоги, значения победы 21.34 KB
  Основные сражения Московская битва 30 сентября 1941 20 апреля 1942 Блокада Ленинграда 8 сентября 1941 27 января 1944 Ржевская битва 8 января 1942 31 марта 1943 Сталинградская битва 17 июля 1942 2 февраля 1943 Битва за Кавказ 25 июля 1942 9 октября 1943 Курская битва 5 июля 23 августа 1943 Битва за Правобережную Украину 24 декабря 1943 17 апреля 1944 Белорусская операция 1944 23 июня 29 августа 1944 ВислоОдерская операция 12 января 3 февраля 1945 Битва за Берлин 16 апреля 8 мая 1945 Итоги Победа...
79554. Развитие ведущих капиталистических стран после второй мировой войны. Европейская интеграция 21.61 KB
  США вышли из войны самой мощной в экономическом и военном отношении страной в капиталистическом мире. В разных уголках мира было оборудовано свыше пятисот военных баз США. Крупный бизнес остался главным представителем производственного капитала в США где в отличие от Европы в этой сфере государственного сектора не было. Это было общим показателем сдвига вправо в политической жизни США.
79555. Социально экономическое развитие Российской Федерации в 90-е года 20 века и начале 21 века 20.61 KB
  Либерализация цен привела к галопирующей инфляции росту неплатежей обесценению заработной платы обесценению доходов и сбережений населения росту безработицы а также к усилению проблемы нерегулярности выплаты заработков социальные последствия В 90е годы произошло значительное ухудшение здоровья населения и роста смертности. Наиболее негативным последствием системного прежде всего экономического кризиса в России явился рост смертности населения.Факторами роста преступности являлись в частности обнищание населения ослабление милиции и...