14

УДК

536.218

У 831

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Е. Е. Устюжанин, В. В. Буринский

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторные работы № 2 и 3

Методическое пособие

по курсу

«Экспериментальные методы исследования »

для студентов, обучающихся по направлению “Техническая физика”

Москва Издательство МЭИ 2000

УДК

536

У-831

УДК 536.218.021.001.20(076.5)(062)

Утверждено учебным управлением МЭИ

Подготовлено на кафедре инженерной теплофизики

Устюжанин Е. Е., Буринский В. В.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЛАБОРАТОРЫЕ РАБОТЫ № 2 и 3. Методическое пособие по курсу «Экспериментальная теплофизика» / Под редакцией В.В. Махрова.- М.: Изд-во МЭИ, 2000.-17 с.

Рассматриваются методики измерения физических свойств вещества - температуры и давления. Изучаются датчики для определения температуры твердого тела, жидкости и газа, а также датчики для определения давления в жидкости и газе. Дается описание экспериментальных установок и методов обработки результатов эксперимента.

Работа предназначена для студентов, обучающихся по направлению «Техническая физика» энергофизического факультета Московского энергетического института.

Продолжительность каждой работы – 4 часа.

 Московский энергетический институт, 2006

Лабораторная работа №2

Измерение температуры с помощью терморезистора.

2.1. Цель работы

Работа направлена 1) на изучение методов измерения температуры с помощью терморезистора, термопары и цифрового термометра, 2) на освоение работы экспериментального стенда, 3) на выполнение градуировки термопары с помощью термометра сопротивления и 4) на поверку цифрового термометра.

2.2. Введение

Из курса физики известно, что электрическое сопротивление проводника R однозначно зависит от температуры T

R=R₀(1 + (T - T₀) + ...), (2.1)

где R₀ - сопротивление проводника при температуре T₀, выбранной за начало отсчета, температурный коэффициент электрического сопротивления.

На рис. 2.1 показан термометр сопротивления  резистор 5, изготовленный из платиновой проволоки и включенный в цепь последовательно с катушкой 2, источником напряжения 3 и магазином сопротивлений 4.

Метод измерения температуры, T, вещества с помощью терморезистора состоит в том, что приводят в состояние теплового равновесия термодатчик и вещество, температуру которого следует найти, измеряют сопротивление резистора, R, и вычисляют температуру вещества по расчетному уравнению T(R).

Рис.2.1. Схема установки

Из курса физики известно, что термоэлектрическая сила (термоЭДС), которая возникает в замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В, зависит от разности температур между спаями, T=T-T₀. ТермоЭДС, E, используется как первичный параметр для определения температуры вещества.

На рис. 2.1 показана термопара, у которой горячий спай 8 расположен в термостате и находится в тепловом равновесии с водой, температуру которой необходимо измерить. Холодные спаи 9 размещены в сосуде Дьюара при температуре тающего льда равной 273,15 K. Между термоЭДС и разностью температур спаев существует однозначная связь, называемая эффектом Зеебека,

E=S_ABT, (2.2)

где S_AB  относительный коэффициент Зеебека.

В метрологии функция E(T) называется градуировочной зависимостью. Она выбрана в виде полинома

E=a₀ +a₁T+a₂ T²+..., (2.3)

где a₀, a₁, a₂,...  коэффициенты, определяемые из градуировочных опытов.

Для определения температуры по измеренным значениям E можно применять (2.3), а также расчетное уравнение T(E) в форме полинома

T=b_{0 +} b₁E + b₂E ²... (2.4)

Входящие в него эмпирические коэффициенты b₀, b₁, b₂,... находятся по данным градуировочных опытов.

В лабораторной работе осуществляются градуировка термопары и поверка цифрового термометра. В качестве эталона используется образцовый платиновый термометр сопротивления ПТС-10. Во время градуировки и поверки термометр сопротивления и термодатчики находятся в состоянии теплового равновесия, то есть при одинаковой температуре. В заданном стационарном режиме измеряют термоЭДС E, сопротивление резистора R и показание цифрового термометра Т_цифр. Измерение электрического сопротивления термометра осуществляют измерением напряжения на резисторе 5 и напряжения на образцовой катушке 2. Величина сопротивления находится по соотношению

R= R_кU_т/U_к . (2.5)

По результатам измерений в нескольких стационарных режимах находят градуировочную зависимость E(T), расчетное уравнение T(E) и поправку (T) для цифрового термометра. Последняя определяется формулой

(Т)=T - Т_цифр , (2.6)

где Т - температура, измеренная термометром сопротивления.

Поверка и градуировка проводятся на экспериментальном стенде.