228

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

"ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ"

Цель работы

По литературным данным изучить устройства, принцип работы и область применения приборов для измерения; температуры.

1. ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ ОБИЗМЕРЕНИИТЕМПЕРАТУРЫ

Температурой называется величина, определяющая тепловое состояние вещества и характеризующая степень его нагретости, В промышленности строительных материалов температура является одним из важнейших параметров, характеризующих ход технологического процесса. Технологический процесс производства большинства видов строительных материалов связан с потреблением значительных количеств тепла. В ряде случаев тепловые процессы, например, обжиг клинкера, обжиг и сушка керамических изделий, варка стекла, твердение асбестоцементных изделий, являются основной частью технологии производства и требуют тщательного контроля. При измерении температуры, применяют две температурные шкалы: термодинамическую с единицей температуры "Кельвин" (К) и международную практическую с единицей температуры градус Цельсия (° С).

Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина) построена в соответствии со вторым законом термодинамики. В термодинамической шкале Кельвина нижней точкой является точка абсолютного нуля, а единственной экспериментальной опорной точкой - тройная точка воды. Этой точке присвоено значение числовое 273,16 К. Тройная, точка воды - точка равновесия воды в твердой, жидкой, газообразной фазах - лежит выше точки таяния льда на 0,01 К, Термодинамическую температуру обозначают буквой Т в Кельвинах (К), Кельвин - единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Измерить температуру вещества непосредственным сравнением с единицей величины, как измеряют другие физические величины, например, длину, вес, объём, невозможно, так как для измерения температуры не существует образца. Поэтому для измерения температуры обычно используют изменения какого-либо физического свойства тела, зависящего от его температуры и легко поддающегося измерению. При измерении температуры тело, для которого хорошо изучены зависимость его физических свойств от температуры, приводится в соприкосновение с веществом, температуру которого необходимо измерить. В результате соприкосновения через некоторое время наступает тепловое равновесие, и физические свойства тела изменяются. По изменению физических свойств и определяют

4

температуру вещества. К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измерения температуры, относятся: объёмное расширение тел, изменения давления вещества в замкнутом объёме термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников и т.д. При использовании свойства нагретых тел излучать лучи измерение температуры, проводится без соприкосновения с обследуемым веществом, средой (бесконтактный способ).

2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

2.1.КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ

Для измерения температуры применяются термометры. Термометр - прибор, служащий для измерения температуры путем преобразования её в показания или сигнал, являющийся известной функцией температуры.

Часть термометра, преобразующая тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре называют чувствительным элементом термометра, а измерительную установку, состоящую из термометра, не имеющего собственной шкалы и вторичного прибора, преобразующего выходной сигнал термометра в численную величину - термокомплектом.

Приборы для измерения температур классифицируются на три группы (таб.2.1). Пирометры (третья группа) являются бесконтактными приборами.

Примечание: Защитные трубки, арматура и любые другие детали, участвующие в теплообмене между измеряемым объектом и чувствительным элементом термометра, всегда (даже когда возможна разборка) должны рассматриваться как составные части термометра, а не как самостоятельные вспомогательные приспособления.

5

2.2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ

Для измерения температуры контактным методом применяются приборы первых двух групп классификации (см.таб.2.1).В зависимости от физических свойств, явлений, положенных в основу метода и используемых материалов, различают следующие девять видов термометров:

1) термометр расширения – термометр, действие которого основано на использовании зависимости удельного объёма вещества от температуры;

2)газовый термометр постоянного давления - термометр, действие которого основано на использовании зависимости удельного объёма газа, находящегося под постоянным давлением, от температуры;

3)жидкостный термометр - термометр, действие которого основано на использовании теплового расширения жидкости, допускается использование терминов "ртутный термометр", "спиртовой термометр" и т.д.;

4)дилатометрический термометр – термометр, ,действие которого основано на тепловом расширении твердых тел;

5)манометрический термометр – тёрмометр действие которого основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объёме от температуры;

6)газовый термометр постоянного объёма - термометр, действие которого основано на использовании зависимости давления газе при постоянном объёме от температуры;

7)конденсационный термометр - термометр, действие которого основано на использовании зависимости давления насыщенных паров жидкости от температуры (термин "парожидкостный термометр" относится к недопустимым терминам);

8)термометр сопротивления - термометр, действие которого основано на использовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры;

9)термоэлектрический термометр - термометр, действие которого основано на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры.

Термин "термопара" ("термоэлектрический пирометр") относится: к недопустимым терминам. Термопара является только чувствительным элементом термоэлектрического термометра. Поэтому недопустимо называть термопарой прибор, имеющий защитный чехол, керамические изоляторы и т.д.

2.3.ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БЕСКОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ

К приборам для измерения температуры бесконтактным методом относятся пирометры.

6

Пирометры - это термометры, действие которых основано на использовании теплового излучения нагретых тел. В эту группу входят девять видов приборов:

I) яркостный пирометр - пирометр, действие которого основано на измерении яркости нагретого тела;

2)радиационный пирометр - пирометр, действие которого основано на измерении мощности излучения, нагретого тела;

3)цветовой пирометр (пирометр спектрального отношения) - пирометр, действие которого основано на измерении распределения энергии в спектре теплового излучения тела;

4)монохроматический пирометр - пирометр, использующий для измерения температуры излучения такой узкой спектральной области, что сигнал, получающийся на приемнике при визирований черного тела температуры Т через нейтральносерый поглотитель, будет равен сигналу, получающемуся при визировании без поглотителя черного тела температуры Т;

5)пирометр суммарного излучения - пирометр, использующий для измерения температуры излучения такой широкой спектральной области, что он не удовлетворяет условиям, предъявленным к монохроматическому пирометру;

6)ультрафиолетовый пирометр - пирометр, использующий излучение ультрафиолетовой области спектра;

7)оптический пирометр - пирометр, использующий излучение видимой области спектра;

8)инфракрасный пирометр - пирометр, использующий излучение инфракрасной области спектра;

9)радиопирометр - пирометр, использующий излучение микрорадиоволновой области спектра;

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА

По заданию преподавателя каждый студент по литературным источникам описывает устройство, принцип работы, способ пользования не менее пяти приборов для измерения температуры. В отчете должны быть помещены рисунки приборов и в случае необходимости схемы их подключения. При оформлении отчета следует руководствоваться нормативными документами.

При сдаче отчета необходимо знание принципа работы всех приборов для измерения температуры.

7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1)Общие сведения об измерении температуры.

2)Классификация приборов для измерения температуры.

3)Виды и принцип работы приборов для измерения температуры контактным способом.

4)Виды и принцип работы, пирометров.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 “ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ”

Цель работы

Изготовить термоэлектрические термометры, исследовать влияние температуры холодного спая термопары на показания милливольтметра, опробовать различные схемы включения термопар.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Термоэлектрические термометры - термометры, действие которых основано на использовании зависимости термо - э.д.с.(термоэлектродвижущей силы) термопары (чувствительный элемент, термометра)от температуры..

Термоэлектрический термометр включает в себя кроме термопары защитные трубки, арматуру и другие вспомогательные детали.

Термоэлектрические термометры получили самое широкое распространение. Ими можно измерять температуры в широком диапазоне температур с приемлемой точностью в условиях их промышленного примене-

ния (минус 50°С…2500°С)

Если составить цепь из двух последовательно соединенных разнородных проводников (термоэлектродов) А и Б, отличающихся друг от друга своими физическими свойствами и химическим составом, то в этой цепи возникает термо-э.д.с., как только в точках соприкосновения проводников обнаружится разность температуры.

Эта термо-э.д.с. (Е) будет тем больше, чем больше разность температуры между точками соприкосновения проводников (точки I и 2, рис .1.1) т.е.

где t1, t2-температуры в точках соединения проводников, °С.

8

Если температуру поддерживать постоянной, то величина термо-э.д.с, возникающей в цепи, будет зависеть только от температуры в точке 2 (t2 - температура рабочего горячего спая)

t1=сonst) то такой установкой (рис.1.2) можно в очень широких пределах производить измерение температуры. Эта установка носит название термокомплект термоэлектрического термометра. В качестве электроизмерительного прибора применяют милливольтметры и потенциометры которые подсоединяют к термоэлектрическому термометру обычно через удлинительные провода.

В тех случаях, когда требуется большая термо-э.д.с.(например, при измерении низких температур), применяют схему последовательного соединения термопар. Такое соединение называют термобатареей (рис.1.3). Прибор в этом случае будет фиксировать суммарную термо-э,д.с. термопар, соединенных в термобатарее.

Если необходимо измерить разность температур в двух точках одновременно, термопары в батарее включаются навстречу одна другой - дифференциальный термоэлектрический термометр (рис. 1.4). Он даёт разность термо-э.д.с.

Если необходимо, измерить среднюю температуру в нескольких точках одновременно, то применяют параллельное соединение термопар (рис.1.5). В этом случае прибор фиксирует среднюю термо-э.д.c.

9