Лабораторная работа № 2 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ




Цель работы: изучение различных методов измерения температуры, ознакомление с приборами - измерителями температуры, построение калибровочных кривых термометров, исследование чувствительности и времени реакции термометров различного типа.

Приборы и оборудование: лабораторная установка «МСИ-2».

Теоретическое введение

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Все существующие измерители температуры строятся (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) постоянным точкам присваиваются числовые значения (измеренные или заданные, исходя из свойств температурной шкалы (например, - температура плавления льда для шкалы Цельсия)) и предполагается, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связано с температурой t.

t=kE+D,

где k - коэффициент пропорциональности; Е - термометрическое свойство; D - постоянная.

Принимая для двух постоянных точек определенные значения температур, можно вычислить постоянные k, D и на этой основе проградуировать прибор. Следует, однако, отметить, что при изменении температуры коэффициент k также может меняться, причём различно для разных термометрических веществ. Поэтому термометры, построенные на базе различных термометрических веществ с равномерной градусной шкалой, дают при температурах, отличающихся от температур постоянных точек, несколько различные показания. Последние особенно заметны при высоких и очень низких температурах.


Термометры, основанные на различных термометрических свойствах веществ можно разделить на:

1. термометры расширения;

2. термометры манометрические;

3. термометры сопротивления с логометрами или мостами;

4. термопары с милливольтметрами или потенциометрами;

5. пирометры излучения.

Температуру измеряют контактным (с помощью термометров сопротивления, манометрических термометров и термометров термоэлектрических) и бесконтактным (с помощью пирометров) методами.

Следует помнить:

- наиболее высокая точность измерений температуры достигается при контактных методах измерений;

- бесконтактный метод служит для измерений высоких температур, где невозможно измерять контактными методами и не требуется высокой точности.

Измерительная система для измерения температуры представляет собой совокупность термометрического преобразователя (датчика) и вторичного измерительного прибора.

Термометрический преобразователь – измерительный преобразователь температуры, предназначенный для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи и дальнейшего преобразования, обработки или (и) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдением.

К термометрическим преобразователям относят:

- термометры сопротивления;

- термоэлектрические термометры (термопары);

- телескоп радиационного пирометра.

Вторичный измерительный прибор - средство измерений преобразующее выходной сигнал термометрического преобразователя в численную величину.

В качестве вторичных измерительных приборов используют логометры, мосты, милливольтметры, автоматические потенциометры, цифровые измерительные приборы.

Наиболее широко распространенными средствами измерений температуры являются термометры расширения:


1. термометры жидкостные стеклянные;

2. термометры контактные ртутные и терморегуляторы;

Термометры контактные ртутные и терморегуляторы - приборы, предназначенные для замыкания и размыкания цепи электрического тока с целью поддержания заданной температуры или сигнализации о её достижении.

Принцип действия данных приборов основан на способности ртути служить проводником электрического тока.

Термометры изготавливают с подвижным рабочим контактом (ТПК), терморегуляторы с заданным постоянным рабочим контактом (ТЗК).

Жидкостные стеклянные термометры используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Действие термометров основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой оно находится (термометрического стекла, реже - кварца).

Температуру следует определять по величине видимого изменения объёма термометрического вещества и отсчитывать по высоте уровня в капиллярной трубке.

Жидкостные стеклянные термометры градуируют в градусах Цельсия термодинамической температурной шкалы.

Достоинства жидкостных стеклянных термометров:

1. простота употребления,

2. достаточно высокая точность измерений,

3. широкий интервал измерения.

Недостатки жидкостных стеклянных термометров:

1. плохая видимость шкалы,

2. невозможность автоматической записи показаний,

3. невозможность передачи показаний на расстояние,

4. плохая механическая прочность.

Манометрические термометры - простые механические приборы прямого измерения, предназначенные для дистанционного измерения температуры газов, паров и жидкостей в стационарных условиях.

Принцип действия приборов основан на свойстве газов и жидкостей изменять давление при изменении измеряемой температуры.

Манометрические термометры отличаются сравнительной простотой конструкции и применения, возможностью дистанционного измерения


температуры (передачи показаний на расстояние), возможностью автоматической записи показаний.

Недостатки манометрических термометров:

1. относительно невысокая точность измерений,

2. небольшое расстояние дистанционной передачи показаний (не более 60 м),

3. трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы.

Термопреобразователь сопротивления (ТС) - термоприёмник, в котором в качестве термометрического свойства использовано изменение электрического сопротивления чувствительного элемента в зависимости от понижения или повышения его температуры, то есть посредством термометра сопротивления колебания температуры преобразуются в эквивалентное изменение электрического сопротивления проводника.

Чувствительный элемент термопреобразователей сопротивления изготавливают чаще всего из медной или платиновой проволоки, вследствие чего термометры делят на медные (ТСМ) и платиновые (ТСП), предназначенные для длительного измерения температуры в пределах от минус 50 до плюс 200 °С для медных; от минус 200 до плюс 1100 °С для платиновых.

Термопреобразователь сопротивления в отличие от жидкостных стеклянных и манометрических термометров не является прибором показывающим температуру, а служит лишь датчиком.

Термопреобразователи сопротивления работают с вторичными приборами - логометрами и мостами, измеряющими сопротивление термометра и показывающими соответствующую этому сопротивлению температуру среды.

Термоэлектрические преобразователи (ТП) - термоприёмники, принцип действия которых основан на возникновении электродвижущей силы (э.д.с.) в цепи, составленной из разнородных проводников, при нарушении теплового равновесия.

Величина термо э.д.с. зависит от материала электродов и разности температур горячего и холодного спаев, называемых, соответственно, рабочим и свободным концом термопары.


Рабочий конец термопары должен быть помещён в измеряемую среду, свободные концы присоединяют к вторичному прибору.

Термопары работают в комплекте с пирометрическими милливольтметрами, потенциометрами и цифровыми приборами.

Термопары, уступают термометрам сопротивления в точности, но имеют ряд преимуществ: они дёшевы, просты по устройству, надёжны в эксплуатации и значительно менее инерционны.

Пирометры излучения - приборы, служащие для измерения
теплового состояния тел, нагретых до высоких температур, бесконтактным
методом..

Принцип работы пирометров излучения основан на улавливании лучистой энергии нагретого тела с помощью оптической системы.

Пирометры излучения можно разделить на пирометры частичного излучения - оптические, пирометры полного излучения - радиационные.

Оптическим пирометром называют прибор, предназначенный для измерений яркостных температур накаленных тел в одном узком интервале длин волн видимого спектра. Чувствительным элементом при этом служит глаз наблюдателя. Принцип действия прибора основан на уравновешивании яркости изображения накаленного объекта с яркостью эталонного источника - пирометрической лампочки.

Радиационным пирометром называют прибор для бесконтактного определения температур тел по результатам измерений их теплового излучения во всем спектре длин волн. Основной частью радиационных пирометров, является телескоп, например, «ТЕРА-50» с термобатареей, преобразующей излучаемую поверхностью накаленного объекта энергию в т.э.д.с. В качестве показывающего прибора применяют электронный потенциометр.

Пирометры излучения следует применять:

1. в температурных диапазонах в средах, где контактные термометры
не могут работать длительное время;

2. при необходимости обеспечения высокого быстродействия;

3. если контакт термопреобразователя с объектом измерений
недопустим ввиду искажения им температурного поля.


Пирометры излучения отличаются практически неограниченным верхним пределом измерений, быстродействием, широкой областью применения, высокой надёжностью и точностью, взаимозаменяемостью.

Описание установки.

Лабораторная установка «МСИ - 2» обеспечивает решение типовых задач измерения температуры, исследование характеристик датчиков температуры различных типов и обработку результатов измерений. Внешний вид и принципиальная схема установки представлены на рис. 1. Установка выполнена в настольном исполнении.

1 - корпус, 2 - дверца, 3 - нагревательный элемент (лампа
накаливания 220 В, 60 Вт), 4 - термометр жидкостный, 5 - термометр
биметаллический, б - индикатор манометрического термометра, 7 -
термосистема манометрического термометра, 8 - крепление термосистемы,
9 - мультиметр - термометр, 10 - индикатор интенсивности нагрева (лампа
6, ЗВ, ЗА), 11 - выключатель сети, 12 - задатчик температуры. ■

Рис. 1. Лабораторная установка.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: