Описание экспериментальной установки. В экспериментальную установку (рис

В экспериментальную установку (рис. 2.1) входит жидкостной термостат 7, в который погружены терморезистор 5, горячий спай термопары 8, чувствительный элемент цифрового термометра 6 и ртутный термометр 12. Холодные спаи термопары 9 размещены в сосуде Дьюара с тающим льдом.

Терморезистор - платиновый термометр сопротивления ПТС-10, включен последовательно с образцовым сопротивлением 2 и магазином сопротивлений 4, марки МСР-63, в цепь источника напряжения 3. В качестве образцового сопротивления используется катушка Р-321 номиналом
10,0000 Ом.

С помощью магазина сопротивлений в измерительной цепи устанавливается электрический ток такой величины, чтобы чувствительный элемент терморезистора не нагревался этим током. Для термометра сопротивления
ПТС-10 этот ток не должен превышать 10 мA.

Измерение падений напряжения на терморезисторе и образцовом сопротивлении, а также термо-ЭДС термопары осуществляется цифровым вольтметром В7-78/1. Подключение датчиков к вольтметру производится с помощью термопарного переключателя 11.

На рис.2.2 показана конструкция терморезистора - платинового термометра сопротивления ПТС-10. На кварцевом каркасе 1, имеющем форму геликоида, размещена спираль 2 из платиновой проволоки. Диаметр платиновой проволоки равен 0,05 мм. Диаметр спирали- 0,5 мм.

 

Рис.2.1. Схема экспериментальной установки

1-цифровой вольтметр В7-78/1; 2-образцовое сопротивление Р-321;

3-источник питания; 4-магазин сопротивлений МСР-63;

5-терморезистор (ПТС-10); 6-электронный термометр; 7-термостат;
8-рабочий спай термопары; 9-холодные спаи термопары; 10-сосуд Дьюара с тающим льдом; 11-переключатель термопарный; 12 – ртутный термометр

 

 

Рис. 2.2. Схема платинового термометра сопротивления

1-кварцевый каркас; 2-платиновая спираль; 3-выводящие проводники.

Каркас со спиралью образуют чувствительный элемент термометра сопротивления диаметром 3 - 4 мм и длиной 50 мм. В верхней части каркаса закреплены приваренные к спирали две пары выводящих проводников 3 из платиновой проволоки диаметром 0,3 мм. Чувствительный элемент помещен в герметичный чехол, который изготовлен из плавленого кварца и заполнен газообразным гелием.

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