Градуировка расходомерной диафрагмы.

Лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

 

1.1 Цель работы

 

Целью работы является приобретение навыков по использованию двух типов расходомеров, применяемых для измерения расхода жидкости: расходомера с переменным перепадом давления (сужающего устройства с дифференциальным манометром) и расходомера с постоянным перепадом давления (ротаметр).

 

1.2 Введение

 

В промышленных и лабораторных условиях одной из важнейших является задача измерения расхода – количества вещества, проходящего в единицу времени через трубопровод или канал.

Массовый расход жидкости выражается в единицах массы за единицу времени (кг/c, т/ч). Объемный расход выражается в единицах объема за единицу времени (м³/с, л/ч).

Известно более десятка надежных методов измерения расхода. Наиболее широко распространены следующие:

– по перепaду давления на сужающем устройстве (расходомерная диафрагма, сопло, труба Вентури);

– по высоте поднятия поплавка потоком в вертикальной конической трубке (ротаметр);

– по частоте вращения турбинки или крыльчатки, которые устанавливаются непоcрeдственно в поток (тахометрический расходомер);

– по величине ЭДС, возникающей в проводящей жидкости при ее движении в магнитном поле (электромагнитный расходомер).

Определенным преимуществом первых двух указанных методов является возможность измерения расхода без применения электронных преобразователей. Выпускаются также модификации соответствующих типов расходомеров, обеспечивающие дистанционную передачу показаний в электронном виде.

Более подробно с методами измерения расхода и разными типами расходомеров можно ознакомиться в справочнике [1].

Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве

 

На рис. 1.1 показано сужающее устройство в виде участка трубопровода с установленной в нем расходомерной диафрагмой.

 

 

Рис. 1.1 Схема установки расходомерной диафрагмы в трубопроводе.

1 –участок трубопровода; 2 – сужающее устройство;
3 – трубки отбора статического давления.

 

Диафрагма представляет собой тонкий диск c круглым центральным отверстием, которое имеет диаметр  и площадь . Трубопровод имеет внутренний диаметр  и площадь сечения . До некоторого сечения A поток остается невозмущенным и движется со средней скоростью .
Сужение потока начинается перед диафрагмой и продолжается за диафрагмой до некоторого сечения B, где поток достигает максимального сужения. Далее пoтoк постепенно расширяется до полного сечения трyбопровода.

В соответствии с законом сохранения энергии, в суженном сечении скорость потока увеличивается за счет перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую. В результате статическое давление в суженном сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность (перепад) статических давлений зависит от расхода жидкости.

Отбор статических давлений  и  осуществляется с помощью двух отверстий в трубопроводе, расположенных непосредственно до и послe диска диафрагмы. Перепад давлений измеряется с помощью дифференциального манометра.

Штриховыми линиями на рис. 1.1 показаны линии тока основного течения. В угловых зонах между стенками трубопровода и диафрагмой возникают застойные области, в которых образуются вторичные вихревые течения (их линии тока на рисунке не показаны).

Установлено [2], что для несжимаемой жидкости массовый
расход связан с перепадом давления на диафрагме выражением

                         ,                                     (1.1)

где  – массовый расход жидкости, кг/с;

– перепад давлений на диафрагме, Па;

– плотность жидкости, кг/м³;

– проходное сечение диафрагмы, м²;

– диаметр отверстия в диафрагме, м;

– коэффициент расхода (безразмерный).

В общем виде коэффициент расхода выражается функциональной зависимостью

                              ,                                           (1.2)

где   – относительная площадь сужающего устройства;

– проходное сечение трубопровода, м²;

– диаметр трубопровода, м;

– число Рейнольдса;

– средняя по сечению трубопровода скорость потока, м/с;

– кинематический коэффициент вязкости жидкости, м²/с.

Если среднюю скорость потока выразить через массовый расход, то выражение для числа Рейнольдса запишется в виде

                                  ,                                          (1.3)

где   – динамический коэффициент вязкости жидкости, Па×с.

Для диафрагм при фиксированном значении  коэффициент расхода с ростом числа Рейнольдса монотонно падает, стремясь к некоторому асимптотическому значению.

Существуют стандартные сужающие устройства, при изготовлении и применении которых должны соблюдаться определенные требования. Для стандартных устройств зависимости типа (1.2) известны [2], поэтому коэффициенты расхода могут быть определены расчетным путем, с заранее известной погрешностью.

Стандартные расходомерные диафрагмы могут применяться в трубопроводах диаметром 50 мм. Если же диаметр трубопровода меньше 50 мм, то требуется проведение экспериментов по индивидуальной градуировке диафрагмы с целью получения зависимости коэффициента расхода данной диафрагмы от числа Рейнольдса.

 

Измерение расхода жидкости ротаметром

Ротаметры предназначены для измерения объемного расхода однородных потоков жидкостей и газов. Схема ротаметра показана на рис. 1.2.

Ротаметр представляет собой конyсную стеклянную трубку, расположенную вертикально, внутри которой находится поплавок. Между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки образуется кольцевой зазор, площадь которого зависит от высоты поплавка. Поток жидкости или газа с расходом протекает снизу вверх, создавая перепад давления на кольцевом зазоре, как на сужающем устройстве.

На поплавок действует результирующая подъемная сила, в создании которой участвует не только перепад давлений, но также силы вязкого трения, действующие на боковую поверхность поплавка при протекании потока в кольцевом зазоре, сила гидростатического выталкивания (архимедова сила) и динамический напор набегающего потока. В состоянии равновесия результирующая подъемная сила равна силе тяжести поплавка. Вследствие этого, каждому положению поплавка соответствует определенное значение расхода. При изменении расхода поплавок стремится занять новое положение равновесия, при котором перепад давлений на кольцевом зазоре остается постоянным. Фактически можно считать, что сохраняется перепад давления между близкими к поплавку сечениями A и B.

Для снятия показаний ротаметра на стеклянной конусной трубке наносится равномерная условная шкала. В качестве указателя положения поплавка относительно шкалы служит верхняя горизонтальная плоскость самого поплавка.

На предприятиях, выпускающих ротаметры, проводится их индивидуальная градуировка. Ротаметры поставляются с паспортом, в котором имеется таблица градуировки, связывающая условную шкалу с конкретными значениями расхода.

Жидкостные ротаметры градуируются по воде, и в паспорте приводится температура, при которой проводилась градуировка, а также плотность и вязкость воды при этой температуре. В случае использования других жидкостей таблица градуировки пересчитывается по известной методике с учетом изменения плотности и вязкости жидкости.

 

1.3 Описание лабораторного гидростенда

На рис. 1.3 приведена схема лабораторного гидростенда, предназначенного для испытаний расходомерных устройств. В состав гидростенда входят два ротаметра и одно сужающее устройство - расходомерная диафрагма. Ротаметры - однотипные, но имеют разные пределы измерений. Вода поступает из напорной магистрали через входной вентиль и фильтр.

 

 

                                              

 

 

Рис. 1.3. Схема лабораторного гидростенда.

1 – основной регулировочный вентиль; 2 – вентиль-ограничитель; 3,4,5 – запорные вентили расходомеров; 6 – вентиль-регулятор; 7 – ниппель; 8 –мерная кружка; 9,10 – сливные воронки.

Необходимый расход устанавливается основным регулировочным вентилем 1. Вспомогательный вентиль 2 служит для ограничения максимального расхода. Для включения или выключения рабочего режима расходомеров служат запорные вентили 3, 4 и 5. Если какой-либо из этих вентилей полностью закрыт, то весь поток воды направляется в обход него через соответствующий расходомер – обеспечивается рабочий режим измерений. Если наоборот, какой-либо из этих вентилей открыт, то он шунтирует свой расходомер, при этом почти весь поток проходит через вентиль, минуя расходомер – последний считается выключенным.

Далее весь поток сливается через ниппель 7 в мерную кружку 8 или просто в сливную воронку 9. Мерная кружка используется, если требуется измерить массовый расход воды весовым способом.

Для измерения перепада давления на диафрагме служит дифференциальный манометр (дифманометр). Нижние концы трубок дифманометра подключены к отборам статических давлений  и . Верхние концы трубок дифманометра открыты, сообщаются с атмосферой и расположены над воронкой 10, которая в случае перелива направляет воду в сливную магистраль. Разность уровней воды  в трубках дифманометра измеряется по линейке, проложенной между трубками.

На выходе из расходомерной диафрагмы установлен регулирующий вентиль 6, с помощью которого можно изменять средний уровень водяных столбов в дифманометре. Кроме того, если в рабочем режиме этот вентиль закрыть, то весь поток воды направится через отборы давлений по трубкам дифманометра на перелив, унося с собой загрязнения и пузырьки воздуха.

Ниже приводятся основные параметры расходомерной диафрагмы и ротаметров, установленных на гидростенде.

Расходомерная диафрагма.

Диаметр отверстия в диафрагме, = 4,4 мм.

Диаметр трубопровода, = 7,9 мм.

Ротаметры.

На лабораторном гидростенде установлены жидкостные ротаметры
типов РМ–4–0,16 ЖУ3 и РМ–4–0,25 ЖУ3 с номинальными пределами
измерений объемного расхода 0,16 и 0,25 м³/ч соответственно.

В табл. 1.1 приводятся индивидуальные заводские градуировки ротаметров, выполненные при температуре воды 18 ºС.

 

Т а б л и ц а 1.1

Заводские градуировки ротаметров

Отметка шкалы		0	20	40	60	80	100
Расход, л/ч	РМ–4–0,16 ЖУ3	20	46	76	107	140	171
	РМ–4–0,25 ЖУ3	41	80	121	161	209	259

 

Допускаемая основная погрешность ротаметров составляет ±2,5% от номинальных пределов измерений.

Дополнительная погрешность не превышает половины основной допускаемой погрешности на каждые 10 ºС изменения температуры воды.

 

1.4 Проведение работы

 

В лабораторной работе необходимо выполнить градуировку расходомерной диафрагмы и одного из ротаметров (по указанию преподавателя).

Расход воды определяется весовым способом. Для этого используются мерная кружка, лабораторные весы и секундомер.

В установившемся рабочем режиме измерения пустая мерная кружка подставляется под струю слива из ниппеля с одновременной фиксацией по секундомеру начального момента времени. После заполнения водой кружка убирается из-под струи с одновременной фиксацией конечного момента времени. Масса собранной воды определяется как разность масс полной и пустой кружки.

Массовый расход рассчитывается по формуле ,

где  – масса собранной воды, кг;

– интервал времени заполнения кружки, с.

Градуировка ротаметра.

Для ротаметра градуировка заключается в построении таблицы расхода по фиксированным отметкам шкалы при той температуре воды, которая установилась в период проведения работы.

Сравнение с заводской градуировкой (выполненной при температуре 18 °С) позволит определить соответствие прибора своему классу точности по основной и дополнительной погрешностям измерений.

В опытах градуировочные значения расхода устанавливаются по тем же отметкам шкалы ротаметра, что приняты для заводской градуировки (см. табл. 1.1). Данные по градуировке ротаметра заносятся в табл. 1.3.

 

Т а б л и ц а 1.3

Данные по градуировке ротаметра

Отметка шкалы	0	20	40	60	80	100
, кг
, с
Объемный расход , л/ч

 

Объемный расход рассчитывается по формуле .

Заметим, что для сравнения с заводской градуировкой объемный расход в табл. 1.3 необходимо пересчитать в л/ч.

 

1.5 Содержание отчета

 

· Краткое описание схем и принципов работы расходомерной диафрагмы и ротаметра.

· Протокол опытных данных и результаты их обработки.

· Для диафрагмы следует привести таблицу градуировки и график зависимости коэффициента расхода от числа Рейнольдса. Оценить погрешность измерения коэффициента расхода.

· Для ротаметра следует привести таблицу градуировки. Оценить погрешность в сравнении с заводской градуировкой. Определить соответствие прибора своему классу точности по основной и дополнительной погрешностям измерений.

· Для ротаметра на основе таблицы градуировки необходимо построить график зависимости расхода от значений отметок условной шкалы. Оценить погрешность при аппроксимации графика линейной зависимостью.

 

1.6 Контрольные вопросы

· Каков принцип измерения расхода жидкости с помощью сужающего устройства?

· Что такое стандартное сужающее устройство?

· Каков принцип работы ротаметра?

· В чем заключается весовой способ измерения расхода жидкости?

_______________________________

 

Лабораторная работа № 2

 

Цель работы

Целью работы является изучение способов измерения температуры в стационарных условиях, градуировка термопары с помощью терморезистора (платинового термометра сопротивления), а также поверка цифрового и ртутного термометров.

 

Введение

Измерение температуры объектов является важной практической задачей. Температура – это физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Прямое измерение температуры невозможно, поэтому все существующие методы определения температуры являются косвенными и основаны на использовании зависимости между температурой и другой физической величиной, определяемой непосредственно (объем, давление, ЭДС, сопротивление, характеристика теплового излучение и др.)[1]. В работе изучаются методы измерения температуры с помощью терморезистора и термоэлектрического преобразователя (термопары).

Принцип измерения температуры с помощью терморезистора основан на зависимости электрического сопротивления проводника R от температуры T, которую можно представить следующим образом:

 

                         ,                              (2.1)

 

где R ₀ - сопротивление проводника при температуре T ₀, выбранной за начало отсчета, a-температурный коэффициент электрического сопротивления. Для проведения измерений температуры T вещества терморезистор приводят в состояние теплового равновесия с веществом, измеряют сопротивление резистора R и рассчитывают температуру вещества по известному градуировочному уравнению T (R).

Принцип действия термопары основан на термоэлектрических явлениях, которые приводят к возникновению термо-ЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В  в случае, если температуры мест соединения (спаев) проводников отличаются (эффект Зеебека). Для измерения температуры одно из мест соединения разнородных проводников (горячий спай) помещают в измеряемую среду, а место соединения с измерительной цепью (холодные спаи) помещают в среду с заранее известной и стабильной температурой (например, в сосуд Дьюара с тающим льдом). В этом случае термо-ЭДС E, возникающая в цепи зависит только от разности температур между спаями и от материала проводников:

 

                         ,                                                   (2.2)

 

где - коэффициент Зеебека для пары проводников А и В; D T = T - T ₀, где T – температура горячего спая, T ₀ – температура холодного спая (для тающего льда T ₀ = 273,15 K).

При известной температуре холодных спаев T ₀ термо-ЭДС термопары является однозначной функцией температуры вещества , называемой «градуировочной характеристикой». Она выбирается в форме полинома:

 

                         ,                          (2.3)

 

где a ₀, a ₁, a ₂,... - коэффициенты, определяемые также с помощью статистической обработки результатов градуировочных опытов.

Температуру T среды при известном значении термо-ЭДС определяют по зависимости T (E), которая может быть получена из 2.2. На практике для расчета температуры используется «градуировочное уравнение» в форме полинома:

 

                         ,                            (2.4)

 

Входящие в него коэффициенты (b ₀, b ₁, b ₂...) находятся с помощью статистической обработки результатов градуировочных опытов.

В данной лабораторной работе необходимо осуществить градуировку термопары и выполнить поверку цифрового и ртутного термометров.

Во время опытов терморезистор, термопара, цифровой и ртутный термометры приводятся в состояние теплового равновесия со средой, находящейся в термостате при неизменной температуре. В заданном стационарном режиме измеряют электрическое сопротивление терморезистора и термо-ЭДС E термопары, показания цифрового  и ртутного  термометров.

Электрическое сопротивление терморезистора находят с помощью измерений падения напряжения U _т  на нем и падения напряжения U _к на образцовой катушке, сопротивление R _к которой известно:  

                         ,                                         (2.5)

Градуировка термопары предусматривает серию измерений (Е _i, U _тi, U _кi) в нескольких стационарных i - режимах. По первичным данным на основании градуировочного уравнения терморезистора T (R) вычисляют значения температуры среды (Т _i), а затем находят градуировочную характеристику  и градуировочное уравнение T (E) термопары.

В процессе поверки цифрового термометра для каждого стационарного режима вычисляют поправку к его показаниям по формуле:

 

                         ,                                          (2.6)

 

где Т – температура среды, рассчитанная по показаниям терморезистора.

Значения D _цифр сравнивают с паспортными данными цифрового термометра. Аналогично находят поправки для ртутного термометра.

Градуировка термопары и поверка термометров проводятся на экспериментальной установке.

Проведение работы

В работе необходимо провести градуировку термопары и поверку цифрового и ртутного термометров с помощью платинового термометра сопротивления ПТС-10.

При подготовке к работе необходимо приготовить лёд для холодных спаев термопары и загрузить его в сосуд Дьюара. Далее включить установку: источник питания в цепи термометра сопротивления, измерительный милливольтметр, цифровой термометр.

Установить с помощью магазина сопротивлений требуемое значение электрического тока в цепи терморезистора (не более 10 мА). Включить термостат и вывести его на заданный режим. Для этого с помощью электро-контактного термометра термостата установить заданное значение температуры и включить нагреватель термостата. При достижении стационарного температурного режима провести измерения падения напряжения на терморезисторе, на образцовой катушке сопротивления, ЭДС термопары, а также температуры с помощью цифрового и ртутного термометров. Результаты измерений занести в протокол (табл.2.1).

 

                                                                                      Т а б л и ц а 2.1

Протокол измерений

№ опыта	t, ч, мин	U Т, мВ	U к, мВ	Е, мВ	Т цифр, ^ОС	Т рт, ^ОС
1
2
...

 

Количество стационарных режимов, а также число измерений в каждом режиме согласовать с преподавателем.

На основании экспериментальных данных по формуле 2.5 рассчитать значения сопротивлений терморезистора R_T. Температуры T в стационарных состояниях рассчитать, используя градуировочное уравнение для образцового платинового термометра сопротивления (ПТС-10):

 

          , (2.7)

 

где t ', ^о С. - вспомогательный параметр («платиновая» температура).

Величина t ' находится из решения уравнения               

 

                     ,                       (2.8)

 

Здесь w = R_T /R₀, R_T - сопротивление ПТС-10 при измеряемой температуре;
R ₀ = 10,0923 Ом - сопротивление ПТС-10 при температуре 0 ^О С; a = 3,9141∙10^-3,d=1,49187- эмпирические коэффициенты уравнения, характеризующие данный термометр сопротивления; 100, 419,58, 630,74 - температуры (^оС): кипения воды, затвердевания цинка и затвердевания сурьмы соответственно (эти значения получены при давлении, равном одной физической атмосфере).

Содержание отчета

· Краткое описание схемы и принципов работы термопары и терморезистора (ПТС-10).

· Протокол опытных данных и результаты их обработки.

· Для термопары построить градуировочную характеристику E (T) и градуировочное уравнение T (E), используя опытные данные, выражения 2.3 и 2.4 и метод наименьших квадратов. Сравнить градуировочную характеристику E (T)с соответствующей стандартной градуировкой термопары, приведенной в [2] и определить поправку для стандартной термопары по соотношению

 

                                 ,                                        (2.9)

 

где Т - температура, измеренная терморезистором в стационарном режиме, Т _станд. - соответствующее табулированное значение температуры для стандартной термопары.

· Провести оценку случайной и систематической погрешностей определения сопротивления ПТС-10 (), термо-ЭДС термопары (Е).

· Оценить косвенным методом приборную погрешность температуры, измеренной терморезистором.

· Определить погрешность градуировки термопары.

· Построить график D_станд(T), а также графики локальных отклонений D T _i(T) и D E _i(T), используя соотношения

                                 ,                                         (2.10)

                                 ,                                       (2.11)

2.6 Контрольные вопросы

 

· Как рассчитать случайную погрешность измерения термоЭДС?

· Как рассчитать случайную погрешность измерения сопротивления терморезистора?

· Какие приборы входят в измерительную схему терморезистора?

_______________________________

 

Лабораторная работа № 3

И пружинного манометров

 

Цель работы

 

Работа предназначена для изучения методов измерения давления с помощью поршневого и пружинного манометров. Студенты знакомятся с конструкцией манометров, выполняют проверку пружинного и цифрового манометров, обрабатывают полученные данные и делают заключение о метрологических характеристиках пружинного манометра.

 

Введение

При постановке физических экспериментов и в технологических задачах проблема определения давления является актуальной. В работе изучаются два способа измерения давления в жидкой и газовой средах: с помощью грузо-поршневого и пружинного манометров. Манометры установлены на стенде и заполнены маслом. Давление масла можно менять в широких пределах. Одновременное измерение давления двумя манометрами позволяет проводить поверку пружинного манометра. Результатом поверки являются определение погрешности поверяемого манометра и установление степени соответствия его показаний паспортным данным.

Проведение работы

В работе необходимо провести поверку пружинного манометра и цифрового манометра МИДА с помощью грузопоршневого манометра МП-600.

При подготовке к работе необходимо ознакомиться с конструкцией поршневого и пружинного манометров, изучить ручной насос и гидравлический пресс. Затем необходимо установить заданное давление масла и измерить его. Для этого: закрыть вентили 7, 13 и открыть вентили 4, 5, 14 (рис. 3.1.). Ручным насосом предварительно поднять давление масла до 5 … 10 кгс/см² , при этом вести наблюдение за показанием пружинного манометра и манометра МИДА. Установить грузы на измерительную колонку поршневого манометра в соответствии с заданием. Поднять давление масла в системе поршневого манометра до заданного уровня с помощью гидравлического пресса, контролируя его значение по пружинному манометру. Открыть вентиль 7 и вывести поршень в рабочее положение. Сделать отсчет давления по пружинному манометру и по манометру МИДА. Определить давление (кгс/см²) масла в заданных состояниях с помощью поршневого  манометра, в том числе избыточное P _изми абсолютное Р _абс давления. Занести результаты измерений в протокол (табл. 3.1). Рассчитать давление (кгс/см²) масла в заданных состояниях с помощью пружинного манометра и манометра МИДА.

                                                                                                                      

Т а б л и ц а 3.1

Данные по поверке манометров

№ опыта	Р пр, дел.	Р мида, В	Р гр, кгс/см^2	m i, кг	t, ^oC	P изм, кгс/см^2	B, мм рт. ст.	Р абс, кгс/см^2
1
2
...

Перейти на следующий уровень давления в масляной системе. Выполнить пошаговое измерение давления при подъеме и снижении давления (7-10 шагов).

В лабораторной работе измеряются следующие величины: P _пруж - давление, измеряемое пружинным манометром; P _мида - давление, измеряемое манометром МИДА; P _гр- давление, создаваемое грузами, m _i  - масса разновесов; t - температура воздуха в лаборатории; P _изм - значение избыточного давления, измеренного поршневым манометром; B -барометрическое давление (определяется по барометру); Р _абс - абсолютное давление.

 

3.5 Содержание отчета

 

· Краткое описание схемы и принципа стенда.

· Протокол опытных данных и результаты их обработки.

· Для грузопоршневого манометра МП-600 следует оценить случайную и систематическую погрешности измерения давления, учитывая следующие метрологические данные: допустимая погрешность рабочей площади поршня F ₀ составляет ± 0,05 %, погрешность разновесов приведена в паспорте (учесть поправки, связанные с изменением температуры и давления).

· Для пружинного манометра и манометра МИДА необходимо определить поправку к их показаниям. Определить случайную и систематическую погрешности при измерениях давления пружинным манометром и манометром МИДА. Построить график отклонений показаний пружинного манометра и манометра МИДА и найти эмпирическую зависимость для поправок.

3.6 Контрольные вопросы

 

· Как рассчитать случайную погрешность измерения, которое проведено с помощью: а) пружинного манометра, б) манометра МИДА?

· Как рассчитать систематическую погрешность поршневого манометра?

· Какие устройства и элементы входят в стенд для поверки манометров?

_______________________________

Лабораторная работа № 4

Цель работы

 

Целью настоящей работы является изучение метода измерения температуры вещества с помощью термопары при условии, когда температура среды быстро меняется.

 

Введение

 

Во многих научно-технических задачах возникает необходимость измерения температуры среды в условиях, когда отсутствует тепловое равновесие между термодатчиком и веществом. Например, требуется контролировать температуру в потоке теплоносителя, температура которого меняется во времени в форме пульсаций (турбулентный режим течения).

Для измерений температуры в таких случаях часто используются датчики, чувствительным элементом которых является термопара [2]. На рис.4.1 показана схема термопары.

 

Рис.4.1. Схема термопары

 

Разнородные термопарные провода A и B соединяют на одном конце, при этом образуется рабочий спай термопары, который находится при температуре t. Рабочий спай называют также «горячим» спаем. Чтобы подключить термопару к измерительному средству необходимо другие концы термоэлектродов A и B соединить с медными проводами М. При этом образуются спаи, которые должны находится при одинаковой температуре t 0, например 0^оС. Эти спаи называют «холодными».

При такой схеме на медных проводниках появляется разность потенциалов E, величина которой однозначно связана с разностью температур горячего и холодного спаев (эффект Зеебека):

 

                  ,                                                             (4.1)

 

где: – термо-ЭДС, – коэффициент Зеебека, – разность температур горячего и холодного спаев.

Для измерения температуры в потоке жидкости используются термопарные зонды. В данной работе горячий спай термопары размещается на носике зонда в виде шарика, приваренного к дну металлической защитной оболочки. Такая схема показана на рис.4.2.

 

 

 

Рис.4.2. Схема зонда

 

Температура спая, которая измеряется термопарой, отличается от температуры жидкости t ж в точке, где выполняется измерение. Основными источниками погрешности термопарных измерений являются:

а) отток тепла от спая по проводам и по материалу оболочки;

б) тепловая инерция спая из–за его конечной теплоемкости.

В данной работе исследуется погрешность измерений, обусловленная тепловой инерцией, поскольку она оказывается существенной при измерениях в нестационарных условиях.

Рассмотрим следующий пример. Пусть требуется измерить пульсирующую температуру в некоторой точке среды. Среда может представлять собой, например, поток жидкости или газа с температурными неоднородностями. Если в этом случае применяется термопара с большой тепловой инерционностью, то будет получена сглаженная картина теплового процесса во времени, на которой не будет видно пиков и высокочастотных составляющих процесса.

На рис.4.3 показано, как в этом случае отличается показание термопары t от истинной температуры среды t ист в окрестности спая. Если инерционность применяемой термопары окажется слишком большой, то удастся измерить только среднее значение температуры t ср .