6. Контрольные вопросы

1. Принцип действия термоэлектрических преобразователей.

2. Назовите основные методы измерений.

3. Методы измерения термо-э.д.с. термопары, преимущества компенсационного метода измерения перед прямым.

4. Принцип действия милливольтметра, погрешности измерений.

5. Принцип действия потенциометра.

6. Что такое систематическая погрешность, причины ее появления в эксперименте, способы исключения?

7. Классификация погрешностей по способу выражения.

Работу принял преподаватель ­­­__________________________________________________

Лабораторная работа № 7 Определение и расчет составляющих погрешности при измерении температуры с помощью термометров сопротивления

1. Цель работы

Изучить устройство металлических термометров сопротивления, методы измерения температуры с их помощью. Ознакомиться с конструкцией, электрической схемой и схемой подключения логометра. Научиться рассчитывать составляющие погрешности.

II. Введение

Принцип действия электрического термометра основан на свой­стве его чувствительного элемента, выполненного из металла или полупроводника, изменять свое сопротивление в зависимости от температуры. Изменение электрического сопротивления данного материала при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления α,⁰С^-1:

^, (1)

где t – температура материала, ⁰С; R₀ и R_t – сопротивления соответственно при 0 ⁰С и температуре t, Ом.

Сопротивление термометра может быть измерено при помощи по­тенциометра, электрического моста или логометра. Существуют эталонные, образцовые и технические термометры сопротивления. Эталонные термометры применяют для метрологических измерений температуры. Образцовые термометры служат для точных измерений тем­пературы и для поверки рабочих измерителей температуры. Чувствительные элементы эталонных и образцовых термометров изготовляют из платины. Технические термометры применяют для измерения температуры в производственных условиях. Чувствительные элементы технических тер­мометров выполняют из чистых металлов и полупроводников. Металлические термометры изготавливают из платины (ТСП) или из меди (ТСМ), полупроводниковые (ТСПП) – из германия, окиси меди и марганца, окиси титана и магния и др.

Пределы измерения технических ТС: ТСП: -260…+750°С,ТСМ:-50…+180°С; ТСПП: -272…+120°С. Конструктивное исполнение ТС показано на рисунке 7.1.

Взаимозаменяемость технических термометров сопротивления (кроме полупроводниковых) одинаковой градуировки обеспечивается тем, что они имеют практически одинаковое сопротивление при 0°С (R₀) и изготовляются из чистых металлов. Качество металла характеризуется отношением сопротивления чувствительного элемента при 100°С к сопротивлению при 0°С, то есть величиной R₁₀₀/R₀.

Для измерения температуры в комплекте с термометрами сопротивления применяют уравновешенные и неуравновешенные мосты и логометры.

Логометры - приборы магнитоэлектрической системы, используются для измерения, записи и регулирования или сигнализации температуры. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. При этом необходимо иметь в виду, что температурная их шкала действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных линий.

Принцип действия логометра основан на измерении отношения токов в двух электрических цепях. В одну из них включен термометр сопротивления, а в другую постоянное сопротивление.

а) и б) - платиновые; в) - медный

1 - чувствительный элемент; 2 - выводы; 3 - каркас; 4 - защитный чехол; 5 - трубка;

6 - серебряная лента; 7 - вкладыш; 8- фарфоровая изоляция

Рисунок 7.1- Технические термометры сопротивления

Схема (см. рисунок 7.2) магнитоэлектрического логометра состоит из двух рамок, жестко скрепленных друг с другом и со стрелкой прибора, и помещенных в воздушном зазоре между полюсными наконечниками постоянного магнита с сердечником.

Этот зазор сделан неравномерным, поэтому значение магнитной индукции в разных точках зазора будет различным. Воздушный зазор уменьшается от центра к краям полюсных наконечников, соответственно к краям уменьшается магнитная индукция.

Обе рамки питаются от одного источника тока Е и включены так, что их вращающиеся моменты направлены навстречу друг другу. Подвиж­ная система будет находиться в равновесии, когда

М₁=М_{2 ,} (2)

М₁=-B₁·R₁·n₁·l₁·J₁, (3)

М₂=B₂·R₂·n₂·l₂·J_{2 ,} (4)

где n₁ = n₂ - число витков в рамках; R₁ и R₂ - радиус рамок; l₁ = l₂ - длина рамок.

B₁·J₁ =B₂·J₂, J₁/ J₂= B₂/ B₁=F(φ), (5)

где φ - угол поворота стрелки.

R1, R2, R3 и R4 - постоянные сопротивления; R5 - сопротивление из медной проволоки;Е - источник питания; P1 и P2 - подвижная система (рамки); R_t – термосопротивление

Рисунок - 7.2. Логометр

1 - колодка логометра; 2 - термосопротивление; 3 - источник питания; 4 - магазин сопротивлений.

Рисунок 7.3- Электрическая схема соединения приборов

Сопротивление резисторов R₃=R₂; R₄ - выполнено из меди, по­зволяет уменьшить влияние температуры на показания прибора; R₆ и R₅ устанавливают диапазон измерения. R_k - контрольное сопротивление. Величина сопротивления R_л указывается на циферблате логометра.

Изменение напряжения питания логометра (до +20%) приводит к одинаковому относительному изменению тока в рамках и не вызывает отклонения подвижной системой прибора. Электрическая схема соединения приборов показана на рисунке 7.3.