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

2 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

66980. «Від сивої давнини... до сьогодення» 605 KB
  Задачі уроку: формувати громадські уявлення та патріотичні почуття належності до українського народу; познайомити учнів з головними історичними подіями в процесі розвитку рідного міста; поширити знання учнів про символіку Донецька; виховати любов до нашого міста почуття шанування його громадян.
66981. Сценарий праздника «День окружающей среды» 63.5 KB
  Цель: вызвать интерес к экологическим проблемам планеты и желание созидательно взаимодействовать с природой. Задачи: воспитывать у учащихся стремление к распространению экологических знаний и личному участию в практических делах по защите окружающей среды...
66982. «Ти - наше диво калинове, кохана материнська мово!» 56 KB
  Мета: Формувати розуміння того що українська мова наш скарб без якого не може існувати ні народ ні Україна як держава. Шевченка плакати Без мови рідної юначе й народу нашого нема ...
66983. День народження школи 38 KB
  Ніколи біда не ввійде у ваш дім Здоровя і щастя вам зичімо всім Ведуча Дорогі колеги шановні гості сьогодні Ми зібралися у цій залі неспроста. Ведуча Наша школа невелика Але завжди гомінка Метушлива й проворна Завдяки дітлахам що сюди поспішають А сьогодні шановних гостей вітають Номер...
66984. Прийшла любов непрохана й неждана… Сценарій свята до Дня святого Валентина 56.5 KB
  Що таке кохання Це казка вичарована з життя й життя вчароване у казку. Цього дня навіть повітря сповнене коханням. А з чого власне усе розпочиналося Мудрець повідав істину людині: Кохання й миле серце річ одна як душі мудрі з розумом єдині отак і їх ніщо не роз’єдна.
66985. День Вчителя 56.5 KB
  На вулиці знову осінь А літо пропало в імлі. Ведучий: Красуня-осінь Справжня чарівниця. Ведучий: Такосінь це не тільки пора рокуосінь це свято. Звучить пісня Осінь Ведучий: У осені свят багато це знають тут усі Та два шкільних є свята в усій її красі...
66986. Цінність держави визначається цінністю її громадян 33.5 KB
  Найщасливіша та людина яка потрібна всім 2 група: Щастя у праці 3група: Щастя за гроші не купиш 4 група: Щастя у коханні 5 група: Щастя у подоланні себе у самовдосконаленні 6 група: Якщо хочеш бути щасливим будь ним Ви майбутнє України. Додаток Надпис на дошці: Щастяце вічна дорога земна Щастяце літо зима і весна...
66987. «Права та свободи твої, дитино» 54 KB
  Мета: познайомити учнів із правами дитини, показати важливість юридичного закріплення права дітей на особливе піклування та допомогу з боку суспільства та держави. Виховувати в учнів розуміння цінності особистості кожної дитини, необхідності дотримання її прав.
66988. ЗАОЧНОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ ПО ДНЕПРУ 56 KB
  Днепр - украинское название Дніпро, древнегреческое название Борисфен. Вторая после Волги река восточной Европы. Берет начало на Валдайской возвышенности и протекает по территории России, Беларуси, Украины. Делится натри часті, верхнее течение - от истока до Киева, среднее течение от Киева до Запорожья, и нижчеє течение - от Запорожья до устья.