«Расчетное задание»

Дисциплина: ЭМИ. 3 курс, группы ТФ-9,10,11,12,13 и 15

Часть № 1

Раздел "Методы измерения температуры"

Задача № 1

Вариант 1. Температура (Т = 400 °С) жидкости, текущей в трубопроводе, измеряется стеклянным ртутным термометром со следующими характеристиками: в капилляре термометра имеется азот над мениском ртути; внутри капилляра созданы некоторые условия, в том числе повышенное давление, Р. Опишите конструкцию этого термодатчика и нарисуйте схему заполнения азотом этого прибора. Оцените значение Р, которое необходимо поддерживать в капилляре с помощью азота, используемого в указанном термодатчике. Нарисуйте график зависимости давления насыщения, Р_s , ртути от температуры.

Вариант 2. Определите верхний предел температуры, Т, жидкости, находящейся с сосуде. Измерения Т выполняются ртутным стеклянным термометром при следующих граничных условиях: в капилляре термометра над мениском ртути имеется азот, при этом давление азота составляет Р = 0.6 МПа. Опишите конструкцию этого термодатчика и нарисуйте схему заполнения азотом этого прибора. Нарисуйте график зависимости давления насыщения, Р_s , ртути от температуры.

Задача № 2

Определить коэффициент, А, ослабления поглощающего стекла оптического пирометра, если известно, что температура, T₁ , абсолютно черного тела, измеренная по шкале данного пирометра без применения поглощающего стекла, уменьшилась до Т₂ при введении поглощающего стекла. От каких физических свойств стекла зависит коэффициент, А?

Вариант 1 для условий по температурам:

Т₁ = 1810 С, Т₂ = 820С.

Вариант 2 для условий по температурам:

Т₁ = 1900 С, Т₂ = 720С.

Задача № 3

Определить температуру, Т, рабочего вещества при условиях, когда с помощью термопары были получены следующие данные.

Вариант 1 граничных условий:

а) показание потенциометра, включенного в цепь хромель – копелевой (ХК) термопары, составляет Е_ХК (Т, 25.0 ^оС) = 32.3 мВ,

б) температур, Т ₀ , холодных спаев составляет Т ₀ = 25.0 ^оС.

Вариант 2 граничных условий:

а) показание потенциометра, включенного в цепь хромель – алюмелевой (ХА) термопары, составляет Е_ХА (Т, 37.0 ^оС) = 22.8 мВ;

б) температура холодных спаев составляет Т ₀ = 37.0 ^оС.

Задача № 4

Цепь термопарного датчика (рис. 1) составлена из рабочих термоэлектродов (A,B), удлинительных термоэлектродов (C, D) и медных проводов (E). Температура горячего спая равна Т₁, температура в месте подключения удлинительных электродов (контакты 2; 2’) равна Т₂, температура, Т₀ Т₃ холодных спаев (контакты 3; 3’) составляет Т₀ = Т₃ = 20^°оС (рис. 1.). Нарисовать эквивалентную электрическую схему термодатчика. Оценить показание, U, потенциометра в заданных условиях и двух комбинациях (а; б) удлинительных электродов.

При определении термоЭДС, Е_АВ(Т, 0°^оС), использовать стандартные функции преобразования (Е_АN (Т, 0°С), Е_ВN (Т, 0°^оС)), где N – нормальный электрод, который изготовлен из платины и включен как второй материал термопары.

Для расчета принять, что, например, для материалов (сплав «манганин» и сплав «константан») термоЭДС (Е_ХN (Т, 0°С) и Е_УN (Т, 0°С)) меняются линейно в интервале 0…100 ⁰С, здесь Х – манганин, У - константан). Оценить показание, U, потенциометра при втором условии, когда рабочие электроды A и B протянуты от точки 1 до точек 3 и 3’ без использования материалов C и D.

А 2 Т₂ С 3 Т₃ E

U

Т₁ 1

В

2’ Т₂ D 3’ Т₃ E

Рис. 1. Компоновка термопарного термодатчика

Вариант 1 термочувствительных материалов и температур.

A – хромель; B – копель; Т₁ = 600 ^оС; Т₂ = 100 ^оС, комбинации дополнительных проводов: а) C – манганин; D – константан; б) C – константан; D – манганин.

Вариант 2 термочувствительных материалов и температур.

A – платинородий; B – платина; Т₁ = 1000°^оС; Т₂ = 100 ^оС, комбинации дополнительных проводов: а) C – манганин; D – константан; б) C – константан; D – манганин.

Задача № 5

Спроектировать средство измерения (СИ), содержащее термодатчик и автоматический регистрирующий прибор. Выбрать термочувствительные материалы для термодатчика и соответствующий автоматический регистрирующий прибор.

Учесть, что диапазон работы проектируемого СИ должен составлять 100 – 750 ^оС. Нарисовать электрическую схему СИ.

Привести расчетное уравнение, которое связывает выходной параметр, Е_АВ, термодатчика в виде термопары и параметры электрической схемы регистрирующего прибора.

Привести расчетное уравнение, которое связывает выходной параметр, R_T, терморезистора и параметры электрической схемы регистрирующего прибора.

Указать характеристики погрешности проектируемого СИ. Описать метод измерения температуры.

Вариант 1: термодатчиком является термопара.

Вариант 2: термодатчиком является терморезистор.

Граничные условия по выбору варианта

Вариант 1 Задания N1 делается студентами Подгруппы 1 (№ 1…10).

Вариант 2 Задания N1 делается студентами Подгруппы 2 (№ 10…20).