5. Розрахувати і побудувати афх, ачх і фчх для ланки обробки сигналів по їх передавальній функції:

, де К=2; Т₁=3с; Т₂=6с.

№2

1. Здійснити порівняльну оцінку різних типів термометрів розширення.

9.2. Термометри розширення

Принцип дії термометрів розширення базується на зміні об’єму рідини або лінійних розмірів твердих тіл при зміні температури. Вони відносяться до контактних термометрів, в яких передача тепла до чутливого елементу забезпечується теплопровідністю і конвекцією. Поділяються на рідинні, дилатометричні, біметалеві та манометричні.

9.2.1. Рідинні термометри

В цих термометрах вимірюється відносне розширення рідини в порівнянні з об’ємом резервуара. Основна частина термометричної рідини розташовується в кулеподібному або циліндричному резервуарі (рис. 9.1). Резервуар з’єднаний з довгим і вузьким скляним капіляром. На верхньому кінці капіляру знаходиться розширювальна (переливна) камера, яка використовується для збирання термометричної рідини, якщо термометр нагрівається вище його верхньої границі вимірювання. Розширення розраховується за формулою

, (9.5)

де V₀ V_t – об’єми термометричної рідини при температурах відповідно 0⁰С і t⁰С,

β – об’ємний коефіцієнт температурного розширення.

У стрижневих (палочних) термометрах (рис.9.1,а) шкалу наносять безпосередньо на зовнішній поверхні товстостінного капіляра. Шкалу термометра можна нанести на скляній пластині, розміщеній позаду капіляра і разом з ним розташованій в захисній скляній трубці (рис.9.1,б).

Для заповнення термометрів можуть використовуватись практично будь-які рідини - змочувані і незмочуванні: ізопентан, етиловий спирт, ртуть, толуол.

Термометром Бекмана (рис.9.1,в) вимірюють різницю температур. Для фіксації максимальної і мінімальної температури застосовують термометр, конструкція якого подана на рис.9.1,г. В цьому термометрі основна термометрична рідина – етиловий спитр – зміщує вгору або вниз тонкий стовпчик ртуті в капілярі.

На рис.9.1,д подана конструкція найпростішого скляного контактного термометра, який дозволяє сигналізувати про небезпечні робочі режими. В даному термометрі в капіляр впаяні контактні штифти. При цьому точка перемикання фіксується і не може бути згодом змінена. Змінну точку перемикання отримують з допомогою контактного дроту, закріпленого на мікрометричному гвинті, що обертається при допомозі магніту. Простір над ртуттю заповнюють захисним газом.

Похибки вимірювання рідинними термометрами залежать від неоднаковості діаметра капіляра, неточності нанесення шкали, капілярних сил на поверхні рідини, неповного занурення термометра у вимірюване середовище. Границі допустимих похибок залежать від діапазону вимірювання (для змочуваних рідин нижня границя вимірювання –200ºС, для незмочуваних рідин верхня границя +625ºС) та від ціни поділки.

Недоліками рідинних термометрів є значна теплова інерція і неможливість передачі показів на віддаль.

9.2.2. Дилатометричні та біметалеві термометри.

В них використовується властивість твердого тіла змінювати свої лінійні розміри при зміні температури. Якщо температурний інтервал невеликий, то залежність довжини твердого тіла від температури може бути подана лінійною залежністю

(9.6)

де l_t, l₀ – довжина твердого тіла відповідно при температурах t і 0ºС;

α – середній коефіцієнт лінійного розширення твердого тіла.

На рис.9.2 зображений трубчатий дилатометричний термометр. Він складається з трубки 1, виготовленої з металу з великим коефіцієнтом лінійного розширення (латунь, мідь, алюміній, сталь) і стрижня 2, виготовленого з матеріалу з малим коефіцієнтом лінійного розширення (кварц, інвар).

Стрижень 2 опирається на пробку 3. Трубка 1 вкручена в головку 4, в якій розміщений важільний передавальний механізм 5-8. Ніпель 12 призначений для закріплення термометра в стінці посудини, всередині якої необхідно виміряти температуру. При підвищенні температури трубка 1 видовжується значно більше, ніж стрижень 2, внаслідок чого штовхач 13 переміщується вниз. Це переміщення системою важелів передається стрілці 10, яка вказує на шкалі 11 температуру.

На рис.9.3 показаний вид біметалевого термометра з дугоподібною пластиною, яка виготовлена з двох пластин 1 і 2 із металів з різними коефіцієнтами лінійного розширення, приварених одна до другої по всій довжині. При підвищенні температури пластинка розгинається. Деформація пластинки при допомозі тяги 3, зубчатого сектора 4 і зубчатого колеса 5 передається стрілці 6. В якості чутливого елемента застосовують також плоскі і гвинтові спіралі. Діапазон вимірювання біметалевими термометрами становмть від –150 до 700ºС, при похибці (1…1.5)%.

Рисунок 9.3 - Схема біметалевого термометра з дугоподібною пластиною.