Министерство образования РФ

Петрозаводский государственный университет

Ильин А.М., Приходченко Р.В.

Метрология

Методические указания по выполнению

лабораторных работ для студентов физико-технического

и горно-геологического факультетов

Петрозаводск 2013

Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании редакционно-издательского совета

Петрозаводского государственного университета

Составили: Ильин АМ., к.ф.-н., доц. КГД ГГФ ПетрГУ,

Приходченко Р.В., ст. преп. КЭиЭ ФТФ ПетрГУ

Лабораторная работа №1

КАЛИБРОВКА ТЕРМОМЕТРОВ

Цель работы: Ознакомиться с процедурой калибровки термометров, построить градуировочные кривые для рабочих приборов, определить наиболее подходящий термометр (или несколько) для измерения заданной температуры.

Введение в теорию. Измерения температуры относятся к числу наиболее часто встречающихся в науке и технике. Помимо традиционных в использовании жидкостных (в частности, ртутных) термометров, большое распространение получили устройства на основе измерений значений электрических параметров различных материалов от температуры.

Термометры сопротивления. Они состоят из чувствительного элемента в виде терморезистора, защитного чехла и соединительной головки. Чувствительный элемент металлического термометра выполняется в виде обмотки на каркасе из теплостойкого материала. Чувствительный элемент полупроводникового термометра - это шайба или бусинка из полупроводникового материала с двумя выводами – проводами. При использовании термометра сопротивления о температуре можно судить по изменению электрического сопротивления его чувствительного элемента, падению напряжения на нем при постоянном токе или значению тока при постоянном напряжении. Наибольшее распространение получила первая схема, когда изменение сопротивления служит мерой температуры. В этом случае терморезистор включают в одну из диагоналей моста последовательно с регулировочным резистором для компенсации сопротивления проводов. Показания гальванометра, включенного в диагональ моста, зависят также от напряжения питания моста, для поддержания постоянства которого в цепь питания включен регулировочный резистор. Температурный коэффициент сопротивления определяется _R = , как среднее изменение сопротивления при изменении температуры на 1К в диапазоне 0–1000 ⁰С где R = R₁₀₀ – R₀; R₀ – сопротивление при 0 ⁰С; R₁₀₀ – сопротивление при 100 ⁰С; t = 100 К. Существуют таблицы зависимости сопротивления различных материалов от температуры.

Термоэлектрические термометры. Состоят из термопары, защитного чехла, соединительной головки. Термопара – чувствительный элемент и состоит из двух термоэлектродов из различных материалов. Один (холодный) спай поддерживается при постоянной температуре (обычно 0 или 50⁰С). Термо – ЭДС, развиваемая термопарой, становится мерой температуры второго (горячего) спая. Значения термо – ЭДС зависят от материалов электродов, разности температур горячего и холодного спаев, которые также табулированы.

	Термометры сопротивления		Термоэлектрические
Тип	Металлические	Полупровод-никовые.	Стандартные	В тонком чехле
Пределы измерений	-200...+800	-150..+450	0..1600	0..2500
Погрешность %	0,5	(1..5)	0,5	0,5
Инерция	большая	малая	большая	малая
Преимущества	высокая точность, линейность	высокая чувствии-тельность.	дешевые, линейность	прочность, малая тепловая инерция, линейность.
Недостатки	Геом. размеры	стат. характ. нелинейна, разброс параметров.	Большая тепловая инерция	-
Обл. применения	энергетика, непрерывные технологии

Стандартизованы следующие термопары: медь–константан, хромоникелевый сплав–никель и т.д. Первый электрод положительный, второй – отрицательный. В стандартах нормируется только значение термо – ЭДС, но не химический состав материалов, и поэтому лучше пользоваться материалами с одного предприятия. Использование так называемых компенсационных проводов позволяет не термостатировать холодный спай, удалив его на значительное расстояние от объекта и применять более дешевые провода с лучшими механическими и электрическими свойствами. Компенсационные провода для разных термопар окрашивают в специальные цвета.

Оборудование: экспериментальный стенд, включающий в себя один эталонный и пять исследуемых термометров, нагревательный элемент.