I. Цели работы. 124

II. Теоретическое введение. 124

III. Экспериментальная часть. 135

3.1. Описание лабораторной установки. 135

3.2. Техника безопасности при выполнении работы. 137

3.3. Порядок выполнения работы. 137

3.4. Обработка результатов эксперимента. 138

IV. Требования к отчету по работе. 139

V. Контрольные вопросы. 140

VI. Список литературы. 142

Приложение 6.1. 143

ИНСТРУКЦИЯ 143

По эксплуатации ионизационно-термопарного вакуумметра ВИТ-2. 143

1. ТЕРМОПАРНЫЙ ВАКУУММЕТР. 144

1.1. Работа с датчиком ПМТ-4М. 144

1.2. Работа с датчиком ПМТ-2. 144

2. ИОНИЗАЦИОННЫЙ ВАКУУММЕТР. 145

Лабораторная работа № 7. 147

КОМПРЕССИОННЫЙ МАНОМЕТР 147

I. Цели работы. 147

II. Теоретическое введение. 147

III. Экспериментальная часть. 152

3.1. Описание лабораторной установки. 152

3.2. Методика измерения. 153

3.3. Техника безопасности при выполнении работы. 154

3.4. Порядок выполнения работы. 155

3.5. Обработка результатов измерений. 156

IV. Требования к отчету по работе. 156

V. Контрольные вопросы. 157

VI. Список литературы. 159

Приложение 7.1. Градуировочная кривая «Давление – ТЭДС» для термопарного манометрического преобразователя ПМТ-4М. 160

Лабораторная работа № 8. 162

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ 162

I. Цели работы. 162

II. Теоретическое введение. 162

2.1. Механические (форвакуумные) насосы с масляным уплотнением. 162

2.2. Пароструйные насосы. 165

III. Описание установки. 169

IV. Порядок проведения работы. 170

V. Обработка результатов эксперимента. 170

VI. Вопросы для защиты работы. 171

VII. Список литературы. 173

Лабораторная работа № 9. 174

УСТРОЙСТВО И РАБОТА ВЫСОКОВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ 174

I. Цели работы. 174

II. Теоретическое введение. 174

III. Описание установки. 176

IV. Порядок проведения работы. 177

V. Обработка результатов эксперимента. 178

VI. Контрольные вопросы. 178

VII. Список литературы. 180

Лабораторная работа № 1.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМОМЕТРАМИ

И УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ ПЕЧИ

I. Цели работы.

1. Изучить устройство и принцип работы термопар и термометров сопротивлений.

2. Определить характеристики термопар и термометров сопротивлений.

3. Получить практические навыки измерения температуры термометрами и управления работой печи электрической системой.

II. Теоретическое введение.

Температура – одна из макроскопических характеристик макросистемы. Численно она пропорциональна средней кинетической энергии молекул в веществе, приходящейся на одну степень свободы. Понятие температуры не имеет смысла для систем, состоящих из нескольких молекул.

Каждому равновесному состоянию тела можно поставить в соответствие некоторый параметр, характеризующий температуру этого тела, причём, чем больше температура, тем больше значение этого параметра. Величина указанного параметра называется значением температуры.

Более 40 % общего числа всех измерений, производимых в мире, составляют измерения температуры. Поэтому качество температурного контроля обуславливает успех процесса производства. Однако измерить температуру непосредственно нельзя, ее значение определяют по каким-то другим физическим параметрам тела, которые изменяются однозначно в зависимости от температуры. Такими параметрами, зависящими от температуры, являются, например, объем, длина, электрическое сопротивление, термоэлектродвижущая сила, энергетическая яркость излучения и др. Причем эти свойства должны быть просто и удобно воспроизводимы.

Для определения значения температуры какого-либо тела необходимо выбрать эталон температуры, то есть тело, которое при определённых условиях, равновесных и достаточно легко воспроизводимых, имело бы определённое значение температуры. Это значение температуры является реперной точкой соответствующей шкалы температур – упорядоченной последовательности значений температуры, позволяющей количественно определять температуру того или иного тела. Температурная шкала позволяет косвенным образом определять температуру тела путем прямого измерения какого-либо его физического параметра, зависящего от температуры. Существуют различные температурные шкалы: Кельвина, Цельсия, Фаренгейта. Все эти шкалы построены на измерении какого-либо термодинамического свойства вещества между двумя выбранными реперными точками. Как правило, это точки фазового равновесия чистых веществ. Изменение термометрического свойства в этом интервале аппроксимируется линейной зависимостью от температуры. В России допускается применение двух температурных шкал: абсолютной термодинамической в Кельвинах (К) и международной практической в градусах Цельсия (°С). Абсолютную температуру обозначают буквой Т, а температуру по шкале Цельсия – t.

Т = t + Т₀; t = Т – Т₀, где Т₀ = 273,15 К, (1.1)

В Англии, США и некоторых европейских странах до сих пор употребляется шкала Фаренгейта и термометры на ее основе. Реперными точками для такой шкалы служат равновесия в смесях некоторых солей – NaCl, NH₄Cl, льда и точка кипения воды. Нормальная температура человеческого тела по Фаренгейту считается равной 98,5° F (37 °С).

Связь между температурами, выраженными в градусах Цельсия и Фаренгейта, имеет вид:

(1.2)

Диапазон температур можно разделить на ряд характерных поддиапазонов (в Кельвинах):

1. Сверхнизкие температуры – 0-4,2 К;

2. Низкие – 4,2-273 К;

3. Средние – 273-1300 К;

4. Высокие – 1300-5000 К;

5. Сверхвысокие – от 5000 К и выше.

Наиболее часто измеряемые температуры лежат в области низких, средних и высоких температур.

Широкий диапазон подлежащих измерению температур, разнообразие условий и объектов исследования обусловили многочисленность методов и средств измерений температуры.

Температура может измеряться контактным и бесконтактным способом.

Для измерения температуры контактным методом применяют термометры:

• Сопротивления (использующие зависимость электрического сопротивления вещества от его температуры);

• Термоэлектрические (основанные на измерении возникающей термоэлектродвижущей силы в месте контакта двух разнородных проводников);

• Расширения (измеряющие температуру по тепловому расширению жидкостей или твердых тел);

• Манометрические (использующие зависимость давления газа или насыщенных паров жидкости от температуры).

Для измерения температуры бесконтактным методом используют пирометры:

• Яркостные (измеряющие температуру по яркости накаленного тела в заданном узком диапазоне длин волн);

• Радиационные (измеряющие температуру по тепловому действию суммарного излучения нагретого тела во всем диапазоне длин волн);

• Цветовые (принцип действия которых основан на измерении отношения энергий, излучаемых телом в разных спектральных диапазонах).

Рассмотрим некоторые контактные методы измерения температуры с помощью различных термодатчиков.