|
|
|
Изучение способов измерения температуры |
|
Лабораторная работа.
"Изучение способов измерения температуры"
Цель работы: углубить знания по курсу общей теплотехники и получить навыки экспериментального определения температуры тел.
В работе необходимо:
1. Измерить температуру нагревательной поверхности, окружающей среды и воды в колбе с помощью ртутного термометра, хромель-копелиевых термопар, милливольтметра и потенциометра.
Теоретические основы.
Температура характеризует тепловое состояние тела и измеряется в градусах. Температура тела изменяется пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул. Численное значение температуры зависит от выбранной температурной шкалы.
В технике температура измеряется по Международной стоградусной шкале /шкала Цельсия/ и обозначается через t, С. В этой шкале при нормальном давлении /760 мм рт. ст./ состоянию тающего льда соответствует температура 0 С, а точке кипения воды - 100С. Для измерения температуры используется также термодинамическая шкала температур /шкала абсолютных температур, или шкала Кельвина/. Нуль абсолютной шкалы температур соответствует значению t=-273,15 С.
Абсолютная температура тела
Т, К=t, С+273,15 /1/
В США и Англии для измерения температуры применяют шкалу Фаренгейта. На этой шкале /t,F/ температура таяния льда и температура кипения воды обозначены соответственно через 32 и 212 для перевода показаний этой шкалы в С и обратно служат соотношения:
tС=(t,F-32); tF=(tС+32) /2/
Параметром состояния является абсолютная температура.
Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. В табл. 2 приведены наиболее распространенные устройства для измерения температуры и практические пределы их применения.
Ртутные стеклянные термометры основаны на свойстве тел изменять свой объем в зависимости от температуры. В качестве термометрического тела чаще всего применяют ртуть и спирт.
При точных измерениях температуры при помощи ртутных термометров к их показаниям вводятся следующие поправки:
/1/ основная /инструментальная/ поправка t
/2/ поправка на температуру выступающего столбика ртути t
/3/ поправка на смещение положения нулевой точки t
В общем случае определение действительной температуры среды по показаниям ртутного термометра t' производится согласно равенству:
t=t'+t+t+t. /3/
При температурах выше 150-200 С ртутные термометры применяются редко.
В настоящее время для измерения температуры получили широкое применение термопары /термоэлектрические преобразователи/.
Термоэлектрический метод измерения температуры основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры.
Термопара представляет собой 2 разнородных проводника, составляющих общую электрическую цепь /рис. 1/. Если температуры мест соединений (спаёв) проводников t и t неодинаковы, то возникает термо-Э.Д.С. и по цепи протекает ток. Величина термо-Э.Д.С. тем больше чем больше разность температур.
рис. 1. Схема измерения показаний термопары с помощью милливольтметра
рис. 2. Схема измерения разности температур газа при помощи дифференциальной термопары.
В качестве материалов для термопар используется проволока диаметром от 0,1 до 0,2 мм. Наиболее распространены следующие пары металлических проволок:
1. Платина и платинородий / 90% Pt и 10% Pr /. Эта термопара является эталонным прибором.
2. Хромель /90% Ni и 10% Cr / и алюмель /95% Ni и 5% Al/. На каждые 100 С термоЭ.Д.С. этой термопары составляет около 4 мВ.
3. Хромель и копель /56% Cn и 44% Ni/. На каждые 100 С термоЭ.Д.С этой термопары приходится около 7 мВ.
4. Медь и константан /60% Cn и 40% Ni/. На каждые 100 С термоЭ.Д.С этой термопары приходится около 4,3 мВ.
При измерении температуры один спай цепи термопары, так называемый холодный спай, находится при 0 С (в тающем льде в сосуде Дюара), а другой горячий в среде, температуру которой надо измерить.
Так как термоЭ.Д.С. термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего и холодного), то термопары часто применяются для измерения разности температур в двух точках так называемая дифференциальная термопара (рис. 2). В этом случае в схеме отсутствует холодный спай и термоЭ.Д.С. с некоторой известной Э.Д.С. вспомогательного источника тока.
Описание экспериментальной установки и методика проведения измерений.
Экспериментальная установка состоит из горизонтальной поверхности нагрева с эл. нагревателем, устройств для измерения температуры (ртутный термометр), хромель-копелиевые термопары, потенциометр, милливольтметр.
Потребляемая мощность электрического нагревателя измеряется ваттметром. Регулирование мощности осуществляется при помощи лабораторного автотрансформатора. Измерение Э.Д.С. термопар производится с помощью потенциометра постоянного тока.
Атмосферное давление измеряется барометром, а относительная влажность воздуха психрометром.
Методика проведения опытов и обработка
результатов измерений.
При ознакомлении с экспериментальной установкой необходимо проверить правильность включения измерительных приборов и установить стрелки приборов на нуль.
Порядок выполнения работ следующий:
1. Включить нагреватель и после наступления стационарного режима работы установки измерить температуру поверхности нагревателя с помощью милливольтметра и потенциометра.
2. Поставить колбу с водой на нагревательную поверхность и довести воду до кипения, измеряя при этом температуру с помощью
3. Действительную температуру воздуха в лаборатории при измерении ртутным термометром определяем по формуле /3/.
4. Основная поправка t=0,5 /указывается в аттестате термометра/.
Поправку на температуру выступающего столбика ртути рассчитываем по уравнению
t=n) /4/
где n число градусов в выступающем ртутном столбике;
- коэффициент видимого расширения ртути в стекле
1/С
t температура, показываемая термометром, С
t - средняя температура выступающего столбика ртути.
Поправку на смещение положения нулевой точки определяем с помощью уравнения:
/5/
где t и t - температуры, соответствующие положению нулевой точки термометра по аттестату /после нагрева в термостате/ и после очередной проверки нуля в эксплуатации / t=0,1С и после t=-0,1С /,
Показания приборов и результаты вычислений необходимо занести в таблицу 1.
Построить температурный график нагрева воды.
Построить градуировочный график E=f(t).
Практические пределы применения наиболее распространенных устройств для промышленных измерений температур.
Термометрическое свойствоНаименование устройстваПределы длит. пр.нижнийверхнийТепловое расширениеЖидкостные стеклянные термометры-190600Изменение давленияМонометрические термометры-160600Изменение электрического сопротивленияЭлектрические термометры сопротивления.
Полупроводниковые термометры (термисторы, теморезисторы)-90180Термоэлектрические эффекты /термоЭ.Д.С./Термоэлектрические термометры
Термопары/стандартизированные
Термоэлектрические термометры
Термопары/специальные
13002500Тепловое
1 2
|
|
|
|
 |
НА САЙТЕ: |
|
Рефераты на CD →