Раздача электронных описаний лабораторных работ сделана.

Литература

 Буринский В.В. Измерения и обработка результатов, М., МНЭПУ, 2000, 156 с.

 Иванова Г.М. Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. Переработанное издание. Москва, Изд. Энергия, 2008 год, 304 с.

 Рабинович С.Г., Погрешность измерений. – Ленинград, Изд. Энергия. 1978г.,- 262 с.

 Н.Г. Назаров, Метрология, М., Изд. Высшая школа, 2002, 348 с.

 Виноградова, Гайдученко, Свиридов и др. Основы построения информационно-измерительных систем. М., Изд. МЭИ, 2004

 Сычев Е.И. Основы метрологии военной техники. М. Воениздат, 1993

 Комов А.Т., Федорович С.Д. Методы получения и измерения высокого и сверхвысокого вакуума. М. Изд-во МЭИ, 2000, 63 с.

 Пипко А.Б. и др. Конструирование и расчет вакуумных систем. М. Энергия,1970, 504 с.

 Розанов Л.Н. Вакуумная техника М.: Высш. Шк. 1990, 320 с.

ГОСТ Р 54500.3-2011. Руководство по выражению неопределенности измерения [Текст]. – М.: Стандартинформ, 2012. – 100 с.

 

 

 

Лабораторная работа № 2

 

Измерение температуры с помощью терморезистора и термопары.

 

Цель работы

Работа имеет несколько направлений: 1) изучение методов измерения температуры с помощью терморезистора, термопары и цифрового термометра, 2) реализация экспериментальных методов с помощью указанных приборов, 3) выполнение градуировки термопары с помощью термометра сопротивления и 4) поверка цифрового термометра.

 

Введение

Из курса физики известно, что электрическое сопротивление проводника R зависит от температуры T в форме

 

R = R ₀ (1 + a (T - T ₀) +...),                            (2.1)

 

где R ₀ - сопротивление проводника при температуре T ₀, выбранной за начало отсчета, a-температурный коэффициент электрического сопротивления.

На рис. 2.1 показан термометр сопротивления - терморезистор 5, изготовленный из платиновой проволоки и включенный в цепь последовательно с катушкой 2, источником напряжения 3 и магазином сопротивлений 4.

Метод измерения температуры, T, вещества с помощью терморезистора состоит в том, что приводят термодатчик в состояние теплового равновесия с веществом, измеряют сопротивление резистора, R, и вычисляют температуру вещества по расчетному уравнению T (R), которое дается в паспорте резистора.

На схеме (рис. 2.1) терморезистор 5 находится в контакте с водой. Блоки установки (катушка 2, источник напряжения 3 и магазин сопротивлений 4 и др.) позволяют оператору осуществить режимные и измерительные действия для получения первичных данных (R_i) для вычисления температуры по расчетному уравнению T (R_i).

Из курса физики известно, что термоэлектрическая сила E или термоЭДС, которая возникает в замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В, зависит от разности температур между спаями, D T = T - T ₀, где T – температура горячего спая, T ₀ – температура холодного спая (известны термопары, содержащие два холодных спая, рис. 2.1).

ТермоЭДС E, вырабатываемая термопарой, используется как измеряемый или первичный параметр для определения температуры вещества Т, при этом горячий спай термопары размещается в исследуемом веществе (рис. 2.1).

На рис. 2.1 показана термопара, у которой горячий спай 8 расположен в термостате и находится в тепловом равновесии с водой, температуру T которой необходимо измерить. Холодные спаи 9

 

Рис.2.1. Схема установки

 

размещены в сосуде Дьюара при температуре T ₀ = 273,15 K тающего льда. Между термоЭДС, E, и разностью температур, D T, имеется зависимость, в которой параметр E называется эффектом Зеебека,

 

E = S_AB D T,                                                (2.2)

 

где S_AB - коэффициент Зеебека.

При граничном условии T ₀ = 273,15 K термоЭДС является функцией температуры E = f (T).

Метод измерения температуры, T, вещества с помощью термопары состоит в том, что приводят горячий спай термопары в состояние теплового равновесия с веществом, помещают холодные спаи в тающий лед, измеряют термоЭДС, Е, и вычисляют температуру T вещества по расчетному уравнению T (E), которое дается в паспорте термопары.

Для определения температуры по измеренным значениям E можно применять уравнение (2.2), если известно значение S_AB и выполняется условие T ₀ = 273,15 K. Наряду с этой зависимостью используется расчетное уравнение T (E) или градуировочная зависимость в форме полинома

 

T = b ₀ + b ₁ E + b ₂ E ² + ….                             (2.3)

 

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

В метрологии применяется зависимость E (T), называемая функцией преобразования. Она выбирается в виде полинома

 

E = a ₀ + a ₁ T + a ₂ T ² +...,                              (2.4)

 

где a ₀, a ₁, a ₂ ,... - коэффициенты, определяемые с помощью статистической обработки результатов градуировки.

В лабораторной работе необходимо осуществить два метрологических эксперимента: 1) градуировка термопары и 2) поверка цифрового термометра.

В этих экспериментах в качестве эталона используется образцовый платиновый термометр сопротивления ПТС-10.

Во время градуировки термопары приводят в состояние теплового равновесия термометр сопротивления 5 и термопару 8. В итоге эти термодатчики находятся при одинаковой температуре. В заданном стационарном режиме измеряют термоЭДС E и сопротивление резистора R.

Во время поверки цифрового термометра 6 обеспечивают такое режимное условие, когда терморезистор 5 и цифровой термометр находятся в состоянии теплового равновесия. В заданном стационарном i - режиме измеряют Т _{цифр i} по дисплею цифрового термометра и определяют сопротивление резистора R_i.

Измерение электрического сопротивления термометра осуществляют с помощью измерения: 1) напряжения U _т на резисторе 9 и 2) напряжения U _к на образцовой катушке 2. Величину сопротивления находят по соотношению

 

R = R _к U _т / U _к.                                                   (2.5)

 

Градуировка термопары предусматривает серию измерений (Е _i, U _тi, U _кi) в нескольких стационарных i - режимах. По указанным первичным данным вычисляют значения (Т _i) и находят расчетное уравнение T (E) или градуировочную зависимость термопары.

Путем аппроксимации опытных Е _i, Т _i  – данных находят функцию преобразования E (T) для термопары.

В результате градуировки цифрового термометра вычисляют поправку D_цифр для цифрового термометра по формуле

 

                D _цифр = T - Т _цифр ,                                            (2.6)

 

где Т - температура, измеренная термометром сопротивления, Т _цифр - температура, измеренная цифровым термометром.

Значения D_цифрсравнивают с паспортными данными цифрового термометра.

Указанные метрологические эксперименты - поверка и градуировка проводятся на экспериментальной установке.