3. Методика выполнения работы и описание экспериментальной установки

Работа выполняется с проволочным термометром сопротивления (датчиком), предназначенного для измерения темпе­ратуры неагрессивных слабоперемешиваемых газов. Нагрев датчика производится в термостате. Макетирование рассчитанной мостовой схемы выполняется с помощью четырех магазинов сопротивлений, ук­репленных на общем щите; в качестве резистора, шунтирующего рамку измерительного прибора, используется магазин сопротивле­ний. Регистратором служит микроамперметр. Для защиты от пере­грузок рамка прибора шунтирована двумя кремниевыми диодами.

Исходными данными для расчета являются:

1. Минимальное и максимальное значения температуры, на которые должна быть проградуирована шкала микро­амперметра.

1. Сопротивление датчика при температуре 20°С .

2. .Чувствительность датчика , Ом/°С.

2. Допускаемая мощность рассеивания на сопротивлениях мостовой цепи =0,05 Вт.

3. Допускаемая плотность тока через датчик = 0,25 А/мм .

4. Диаметр провода, которым намотан датчик =0,05 мм.

5. Величина подстроечного резистора =5 Ом.

Расчет элементов мостовой схемы ведется исходя из задан­ных параметров преобразователя в соответствии с изложенной выше методикой. Определяются:

1. Сопротивление датчика при температурах и по формулам:

; .

2. Тип симметрии мостовой схемы:

= и = .

2. Ток через датчик:

.

2. Напряжение питания моста: .

3. Величины резисторов:

= = .

6. Величина резистора: .

7. Величина шунтирующего резистора:

,

где - ток полного отклонения;

- сопротивление рамки микроамперметра;

,

.

6. Сопротивления датчика при 3...5 значениях температур в интервале ... необходимые для градуировки схемы:

.

4. Порядок выполнения работы

1. Рассчитать элементы мостовой схемы и величину напряжения питания в соответствии с заданием.

2. На лабораторном стенде установить полученные значения сопротивлений плеч моста и шунтирующего резистора. Вместо дат­чика подсоединить к стенду магазин сопротивлений, установив на нем значение, соответствующее величине .

3. Подать на стенд напряжение питания величиной .

4. При необходимости произвести регулировку нуля, изменяя величину резистора .

5. Установив на магазине сопротивлений значение ,проверить, отклоняется ли стрелка микроамперметра на всю шка­лу. При необходимости произвести подстройку, меняя величину

6. Произвести градуировку собранной схемы в интервале ... с помощью магазина сопротивлений, иммитирующего датчик.

7. Отключив напряжение питания, подсоединить к стенду тер­мометр сопротивления вместо магазина сопротивлений.

8. Снять реальную градуировочную характеристику, изменяя температуру датчика в интервале ... .

5. Содержание отчета

В отчет должны быть включены:

1. Результаты расчета мостовой схемы.

2. Расчетная градуировочная характеристика, снятая с помощью магазина сопротивлений.

3. Реальная градуировочная характеристика.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

1. Цель и содержание работы

Работа предназначена для ознакомления студентов с различ­ными типами термопар и методом их градуировки. В работу входит:

1. Снятие градуировочной характеристики термопар.

1. Оценка погрешности измерения температур за счет нестабильности температуры нерабочего спая .

2. Принцип действия термопар. Основные соотношения

В основе построения термоэлектрических преобразователей лежит явление термоэлектричества, открытое в начале прошлого века русским академиком Эпинусом. Оно заключается в следующем: если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис.1), причем температуру ; одного места соединения сделать отличной от температуры другого, то в цепи появляется ЭДС, вызываемая термоэлектродвижущей силой (термоЭДС) и являющаяся разностью функций температур мест соединения проводников: . Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем, или иначе, термопарой; проводники, составляющие термопару - термоэлектродами, а места их соединения – спаями. .

Термопара может быть применена для измерения температуры. Если один спай термопары, называемый рабочим спаем, поместить в среду с температурой , подлежащей измерению, а температу­ру другого - нерабочего спая поддерживать постоянной, то:

при = const.

Последняя взаимосвязь и положена в основу измерения температур при помощи термопар. Таким образом, естественной входной вели­чиной термопары является температура ее рабочего спая, вы­ходной величиной - термоЭДС, которую термопара развивает при строго постоянной температуре нерабочего спая.

Приборы, представляющие собой сочетание термопары и указателя, используемые для измерения температуры, называются тер­мометрами, или термоэлектрическими пирометрами. Включить ука­затель в цепь термопары можно как по наиболее часто применяе­мой схеме (рис.2, здесь два нерабочих спая), так и по схеме (рис.3). Для того, чтобы включение в цепь термопары указателя (т.е. треть­его проводника) не изменило значение термоЭДС, места соединения указателя с термоэлектродами должны иметь одинаковую темпера­туру.

Термоэлектроды термопары, помещенные в защитную трубу, обычно выполняются жесткими, а соединения их с последующими ча­стями измерительной цепи для удобства монтажа осуществляются гибкими проводами с надлежащей изоляцией. Соединительные прово­да А₁В₁ и А₂B₂ (рис.4), идущие от зажимов головки термопары до места соединения с термопарой с нерабочим спаем (до места соединения с проводами указателя) называются удлинительными термоэлектродами. Удлинительные термоэлектроды для термопар из неблагородных металлов и других материалов выполняются из тех же материалов, что и термоэлектроды термопар. Для термопар из благородных металлов

Рис. 1. Схема термопары

Рис. 2. Рис. 3.

Рис. 2. Включение указателя в разрыв холодного спая

Рис. 3. Включение указателя в разрыв одного из электродов

Рис. 4. Схема термопары с удлинительными термоэлектродами

удлинительные термоэлектроды изготовляют из неблагородных металлов и других материалов. Чтобы при вклю­чении удлинительных термоэлектродов из материалов, отличных от материалов основных термоэлектродов, не изменялась термоЭДС термопары, необходимо выполнить два условия:

1. Удлинительные термоэлектроды должны быть термоэлектри­чески идентичными с основной термопарой в диапазоне рабочих температур нерабочего спая и места соединения термоэлектродов в головке термопары, т.е. удлинительные термоэлектроды в ука­занном интервале температур должны иметь такую же термоЭДС как и электроды главной термопары.

2. Места присоединения удлинительных термоэлектродов к ос­новным термоэлектродам в головке термопары должны иметь одина­ковую температуру.

Большое значение при измерении температуры с помощью тер­мопар имеет их инерционность, определяемая как время, за кото­рое показания термопары при переносе из среды с нормальной тем­пературой (15-20°С) в среду с температурой +100°С достигает 97 - 98°С.

Для уменьшения инерционности стремятся обеспечить наилучший тепловой контакт между рабочим спаем термопары и средой, температуру которой подлежит измерить.