Обработать результаты измерений

1. Определить погрешность прибора по формуле

,

где х – градуировочная величина термоЭДС (берётся из подготовительной таблицы);

Х – показание потенциометра, мВ.

Примечание. При отличии температуры окружающей среды от 20°С более чем на  5 °С возникает дополнительная погрешность и необходимо вводить поправку в показания прибора.

2. Определить вариацию прибора по формуле

,

где – показания прибора при обратном ходе;

– показания прибора при прямом ходе.

3. Определить предел допустимой погрешности, мВ,

,

где  значение верхнего предела шкалы, мВ;

 значение нижнего предела шкалы, мВ;

k  класс точности милливольтметра, .

4. Произвести анализ результатов измерений и дать заключение о годности пробора.

Примечание. Прибор годен, если значения максимальной погрешности и вариации меньше или равны пределу допускаемой погрешности.

Контрольные вопросы

1. Опишите принцип действия пирометрического милливольтметра.

2. Какие преимущества имеет компенсационный метод измерения термоЭДС?

3. Расскажите о назначении и основных технических характеристиках переносного вольтметра В7-38.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Градуировка термоэлектрического термометра

Цель работы: произвести градуировку термоэлектрического термометра по образцовому термометру. Сделать вывод о соответствии градуировки, полученной во время лабораторной работы, стандартной градуировке термоэлектрического термометра.

Перечень используемого оборудования и приборов: вольтметр, амперметр, реостат регулировочный, электропечь, термометрический термометр, милливольтметры.

Краткая теория

Применение термоэлектрических термометров для измерения температуры основано на зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры. Термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС) возникает в цепи, составленной из двух разнородных проводников при неравенстве температур в местах соединения этих проводников. Современная физика объясняет термоэлектрические явления следующим образом. С одной стороны, вследствие различия уровней Ферми у различных металлов при их соприкосновении возникает контактная разность потенциалов. С другой стороны, концентрация свободных электронов в металле зависит от температуры. При наличии разности температур в проводнике возникает диффузия электронов, приводящая к образованию электрического поля. Таким образом, термоэлектродвижущая сила слагается из суммы скачков потенциала в контактах (спаях) термопары и суммы изменений потенциала, вызванных диффузией электронов, и зависит от рода проводников и их температуры.

Два любых разнородных проводника могут образовать термоэлектрический термометр. Как же выбрать, какие из проводников могут быть использованы для изготовления термоэлектрических термометров и из каких проводников целесообразнее всего изготавливать термоэлектрические термометры? К материалам, используемым для изготовления термоэлектрических термометров, предъявляется целый ряд требований: жаростойкость, жаропрочность, химическая стойкость, воспроизводимость, стабильность, однозначность и линейность градуировочной характеристики и ряд других. Среди них есть обязательные и желательные требования. К числу обязательных требований относятся стабильность градуировочной характеристики и (для стандартных термометров) воспроизводимость в необходимых количествах материалов, обладающих вполне определенными термоэлектрическими свойствами. Все остальные требования являются желательными. Например, могут быть очень жаропрочные материалы, воспроизводимые с однозначной и линейной градуировочной характеристикой и высоким коэффициентом преобразования. Но если градуировочная характеристика этих материалов нестабильна, то измерять таким термометром нельзя. С другой стороны, материалы, имеющие низкий коэффициент преобразования, нелинейную градуировочную характеристику, но имеющие стабильную характеристику, используются для термоэлектрических термометров (табл. 2.1).

Таблица 2.1.

Стандартные термоэлектрические термометры

Тип термопары термоэлектрического термометра	Обозначение новое (старое)	Рабочий диапазон длительного режима работы, °С	Максимальная температура кратковременного режима работы, °С
Медь-копелевая	–	–200 ÷ +100	–
Медь-медноникелевая	T	–200 ÷ +400	–
Железо-медноникелсвая	J	–200 ÷ +700	900
Хромель-копелевая	(ХК)	–50 ÷ +600	800
Никельхром-медноникелевая	Е	–100 ÷ +700	900
Никельхром-ннкельалюминиевая (Хромель-алюмелевая)	К (ХА)	–200 ÷ +1000	1300
Платинородий (10 %)-платиновая	S (ПП)	0 ÷ +1300	1600
Платинородий (30 %)-платинородевая (6 %)	В (ПР)	300 ÷ 1600	1800
Вольфрамренин (5 %)-вольфрам-рениевая (20 %)	(ВР)	0 ÷ 2200	2500

Рис. 2.1. Устройство термоэлектрического термометра

Для удобства применения термоэлектрический термометр специальным образом армируется. При этом преследуются следующие цели: электрическая изоляция термоэлектродов; защита термоэлектродов от вредного воздействия измеряемой и окружающей сред; защита термоэлектродов и зажимов выводов термоэлектродов от загрязнений и механических повреждений; придание термоэлектрическому термометру необходимой механической прочности; обеспечение удобства монтажа на технологическом оборудовании и удобства подключения соединительных проводов. На рис. 2.1 показано устройство термоэлектрического термометра. Термоэлектроды 1 расположены так, что их спай 2 касается защитного чехла 3. На термоэлектроды надеты изоляционные бусы 4. На конце защитного чехла крепится головка термометра 5. В головке расположена колодка 6 с зажимами 7 для термоэлектродов и соединительных проводов 8.

Рабочий спай термоэлектрического термометра чаще всего изготавливается путем сварки, в отдельных случаях применяют пайку, а для вольфрамрениевых термометров – скрутку. В отдельных конструкциях термоэлектроды приваривают к защитному чехлу.

Электрическая изоляция термоэлектродов выполняется из материалов, сохраняющих свои изоляционные свойства при соответствующих температурах и не загрязняющими термоэлектроды. Наибольшее распространение при температурах до 1300°С получили фарфоровые одно- и двухканальные трубки и бусы, для более высоких температур применяются бусы из окиси алюминия и из других изоляционных материалов.

Для защиты термоэлектродов от воздействия измеряемой среды их помещают в защитный чехол из газонепроницаемых материалов, выдерживающих необходимые высокие температуры и давления среды. Защитные чехлы изготавливают чаще всего из различных марок стали для температур до 1000 °С. При более высоких температурах применяются специальные чехлы из тугоплавких соединений. Эти чехлы изготавливаются из диборида циркония с молибденом для измерения температуры стали, чугуна и восстановительной газовой среды до 2200 °С. Для измерения расплавленного стекла и окислительной газовой среды до 1700 °С применяются чехлы из дисилицида молибдена. Большинство конструкций защитной арматуры термоэлектрических термометров в настоящее время унифицированы. Они отличаются в основном конструкцией защитных чехлов, рассчитанных на различные давления, и конструкцией штуцеров. Головка к защитным чехлам для многих модификаций одна и та же. Внешний вид некоторых серийно изготавливаемых термоэлектрических термометров представлен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Внешний вид некоторых термоэлектрических термометров