Схема экспериментальной установки и методика измерений.

       Схема экспериментальной установки приведена на Рис.1.и Рис.1. На передней панели находятся два двухканальных измерителя температуры (1,2) типа ТРМ200, подключённые к трём хро­мель-копелевым термопарам. Первый канал измерителя (1) подключён к термопаре (5), измеряющей температуру цилиндрического образца (11) в середине на его оси. Первый канал измерителя температуры (2) подключён к термопаре (3), измеряющей температуру внутри цилиндра (11) на расстоянии 16 мм.от его оси. Второй канал измерителя (2) подключён к термопаре (4), измеряющей температуру воды в термостате (12) вблизи цилиндра. На передней панели также находятся тумблёр (6) включения электропитания установки, тумблер (17) насоса термостата (25), тумблер (9) включения нагревателя термостата (26), тумблер (20) включения питания электропечи (19) и регулятора мощности (10) электропечи, устройство перемещения (18) образца из печи (19) в ёмкость (12) термостата, тумблер (7) включения вентилятора (8).

На задней панели находится преобразователь интерфейса АС-4 для подключения к компьютеру и создания графического и табличного протокола измеренных величин температур с последующей обработкой экспериментальных данных.

Подготовка установки к работе.

Подготовка термостата (25) и линии циркуляции.

1. Открыть вентиль (22) и закрыть вентиль (23) термостата (25). Заполнить полностью термостат (25) дистиллированной водой через расширительный бачок (24). В термостате не должно остаться воздуха.

2. Закрыть вентиль (22).

3. Заполнить дистиллированной водой ёмкость (12) примерно на 5/6 её высоты.

4. Соединить виниловую трубку (16) со штуцером вентиля (23) термостата (25), виниловую трубку (15) со штуцером насоса (21) термостата (25).

5. Открыть вентиль (23).

Проверка системы термостатирования.

1. Заземлить корпус установки и подключить её к лабораторной сетевой розетке.

2. Подключить циркуляционный насос (21) и нагреватель (26) термостата (25) к соответствующим сетевым розеткам электропитания на задней панели установки.

3. Отключить регулятор температуры (10), повернув диск регулирования против часовой стрелки до щелчка. Включить электропитание установки тумблером (6), измерители температуры тумблерами (13) и (14).

4. Тумблером (17) включить циркуляционный насос (21). Циркуляция воды в контуре с ёмкостью (12) происходит в том случае если виниловые шланги (15) и (16) полностью заполнятся водой.

5. Если циркуляции воды в контуре не происходит, то следует удалить воздух из насоса (21). Для этого необходимо несколько раз повторить включение насоса или открыв кран (22) добавить воды в термостат (25) через расширительный бачок (24) и удалить находящийся в термостате воздух, затем закрыть кран (22). 

Порядок выполнения работы.

1. С помощью подъёмного устройства (18) осторожно поместить в электропечь (19) образец (11).

2. Включить регулятор температуры клавишей (10) и повернуть диск регулирования по часовой стрелке на четверть оборота.

3. Произвести плавный нагрев образца до температуры 60-70С^о.

4. С помощью подъёмного устройства (18) переместить образец из печи в ёмкость (12) с циркулирующей в ней водой.

5. Включить секундомер.

6. Через каждые 10 секунд произвести отсчёт показаний измерителей температуры.

   

7. Данные установки и таблица результатов измерений.

Диаметр образца                                          d  = 35 мм.                                 

Длина образца                                              l = 70 мм.

Расстояние между спаями двух термопар          15 мм.

Материал:   нержавеющая сталь

 

Таблица экспериментальных данных.

 

№ п/п	t1,С	t2,С	t3, С	t, сек.
1
….

                Рис.1

          

                                 

 

 

                                           Рис. 2.

 

 

               

                                               

МЕТОД ДВУХ ТОЧЕК

Применение метода регулярного теплового режима второго рода для определения коэффициента температуропроводности металлов.

       При изменении температуры среды, в которой нагревается тело по линейному закону и при постоянном тепловом потоке поглощаемым телом имеет место условия

        и  a = const.                                   (12)

При этом температура в любой точке тела является линейной функцией времени, а распределение температур – параболой. Этот режим нагревания носит название регулярного режима второго рода или квазистационарного теплового режима.

          Решение уравнения теплопроводности (1) при граничных условиях (17) приводит к следующей зависимости температуры для любой точки по радиусу цилиндра

                                (13)

где R – радиус цилиндрического образца; K - коэффициент формы; x - координата точки по радиусу цилиндра (х =0 на оси цилиндра).

Учитывая, что изменение температуры во времени для двух точек тела происходит со скоростью, равной скорости изменения температуры окружающей среды, из (13) получим

     .                              (14)

 

          Из уравнения (14) можно найти коэффициент температуропроводности

                    .                                         (15)

          Из (7) следует, что для опытного определения а необходимо измерить скорость нагревания и перепад температур между двумя точками цилиндра, одна из которых находится на оси цилиндра (х ₁=0).

              .                                                   (16)

          При исследовании электропроводных материалов вместо Δ t можно измерить время запаздывания Δ τ – промежуток времени, необходимый для того, чтобы температура на оси цилиндра приняла значение, равное температуре в точке х ₂. При этом

              .                                                       (17)

          Соотношение (8) с учётом (9) примет вид удобный при обработке экспериментальных данных

        .                                                          (18)

 

 

                         ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.