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:

1 – термоэлектроды; 2 – спай термоэлектродов; 3 – защитный чехол; 4 – бусы изолирующие; 5 – головка термометра; 6 – колодка крепежная; 7 – зажимы; 8 – провода соединительные

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 термоэлектрических термометров