Добавил:

whtswrngwu Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (бывш. СПбГПУ)

Предмет:

Метрология

Файл:

лаба 1.3.docx

Скачиваний:

Добавлен:

23.11.2024

Размер:

3.42 Mб

Скачать

☆

1 / 21 2 > Следующая >>>

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Институт Энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

Лабораторная работа № 1.3

«Исследование характеристик термоэлектрических преобразователей и термометров сопротивления»

Студенты гр. 3231401/20001: Школьников А.С.

Сирош С.А.

Преподаватель: Павлов А.В.

Санкт-Петербург

2022

Введение.

Цель работы

Исследовать статистическую и динамическую характеристики термоэлектрических преобразователей и термометров сопротивления. Выявить зависимости термоЭДС и сопротивления т температуры.

Теория

В ходе лабораторной работы были использованы термопары, принцип действия которых основан на эффекте Зеебека: возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии разности температур между спаями.

В промышленности термопары чаще всего используют для измерения температур в диапазоне 600 – 1500 °С. Промышленная термопара состоит из двух тугоплавких металлов или сплавов. Горячий спай помещается в место измерения температуры, а холодный спай находится в той же зоне, что и измерительный прибор. На рисунке 1 представлена конструкция термопары: в жесткой защитной гильзе 1 стандартного термоэлектрического термометра расположены термоэлектроды 3 с надетыми на них изоляционными бусами 4. Спай 2 касается дна защитной гильзы или может быть изолирован от него с помощью керамического наконечника. К термоэлектродам в головке 8 винтами 6 на розетке 5 подсоединяются удлинительные провода 7. Защитная гильза вводится в объект измерения и крепится на нем с помощью штуцера 9.

Рисунок 1 – Конструкция термопары

Экспериментальная установка

Питание к стенду (см. рисунок 2) подводится через тумблер 1, при этом автоматически включается индикатор 2. Включение калибратора температуры (мини-печи) 3 производится с помощью кнопки «Пуск» на блоке управления 4. Температуру мини-печи регистрирует измеритель-регулятор 5.

а)

б)

Рисунок 2 - Экспериментальная установка:

а – общий вид; б – принципиальная схема: 1 – тумблер «Питание стенда»; 2 – индикатор наличия напряжения; 3 – калибратор температуры (мини-печь); 4 – блок управления мини-печью; 5 – измеритель-регулятор ТРМ 210

Результаты эксперимента

Таблица 1

Статическая характеристика зондов по ЭДС

Датчик	t, °C	Е, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	k, мВ/°C
ДТПK	40	0,550	1,708	0,04270
ДТПK	60	1,404	2,562	0,04270
ДТПL	40	0,887	2,835	0,07085
ДТПL	60	2,304	4,251	0,07085

Рисунок 3 – График зависимости термоЭДС датчика ДТПK от температуры

Рисунок 4 – график зависимости термоЭДС датчика ДТПL от температуры

Таблица 2

Статическая характеристика зондов по сопротивлению

Датчик	t, °C	R, Ом	Значение R, Ом, приведенное к	k, Ом/°C
ДТС 50М	40	59,04	57,56	0,1890
ДТС 50М	60	62,82	61,34	0,1890
ДТС Pt100	40	116,44	114,62	0,3655
ДТС Pt100	60	123,75	121,93	0,3655

Рисунок 5 – График зависимости сопротивления для датчика ДТС 50М от температуры

Рисунок 6 – График зависимости сопротивления для датчика ДТС Pt100 от температуры

Таблица 3

Динамическая характеристика зондов по ЭДС

Датчик	τ, с	E, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	Δ τ, с
ДТПK	0	1,404	2,562	310
	20	1,32	2,478
	40	1,235	2,393
	60	1,16	2,318
	80	1,09	2,248
	100	1,02	2,178
	120	0,955	2,113
	140	0,898	2,056
	160	0,843	2,001
	180	0,79	1,948
	200	0,74	1,898
	220	0,695	1,853
	240	0,649	1,807
	260	0,607	1,765
	280	0,568	1,726
	300	0,533	1,691
	320	0,5	1,658
	340	0,47	1,628
	360	0,44	1,598
	380	0,415	1,573
	400	0,39	1,548
	420	0,368	1,526
	440	0,346	1,504

Продолжение Таблицы 3

Датчик	τ, с	E, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	Δ τ, с
ДТПК	460	0,325	1,483	310
	480	0,304	1,462
	500	0,286	1,444
	520	0,272	1,43
	540	0,255	1,413
	560	0,24	1,398
	580	0,225	1,383
	600	0,213	1,371
	620	0,202	1,36
	640	0,19	1,348
	660	0,18	1,338
	680	0,171	1,329
	700	0,162	1,32
	720	0,154	1,312
	740	0,145	1,303
	760	0,138	1,296
	780	0,13	1,288
	800	0,12	1,278
	820	0,114	1,272
	840	0,108	1,266
	860	0,1	1,258

Продолжение Таблицы 3

Датчик	τ, с	E, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	Δ τ, с
ДТПК	880	0,098	1,256	310
	900	0,086	1,244
	920	0,078	1,236
	940	0,069	1,227
	960	0,06	1,218

Рисунок 7 - График зависимости изменения термоЭДС во времени среды для ДТПK

Таблица 3

Датчик	τ, с	E, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	Δ τ, с
ДТПL	0	2,3	4,247	340
	20	2,14	4,087
	40	1,908	3,855
	60	1,848	3,795
	80	1,73	3,677
	100	1,625	3,572
	120	1,52	3,467
	140	1,42	3,367
	160	1,337	3,284
	180	1,26	3,207
	200	1,17	3,117
	220	1,117	3,064
	240	1,05	2,997
	260	0,99	2,937
	280	0,935	2,882
	300	0,88	2,827
	320	0,832	2,779
	340	0,785	2,732
	360	0,742	2,689
	380	0,706	2,653
	400	0,67	2,617
	420	0,636	2,583

Продолжение таблицы 3

Датчик	τ, с	E, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	Δ τ, с
ДТПL	440	0,605	2,552	340
	460	0,575	2,522
	480	0,545	2,492
	500	0,517	2,464
	520	0,49	2,437
	540	0,467	2,414
	560	0,445	2,392
	580	0,425	2,372
	600	0,4	2,347
	620	0,386	2,333
	640	0,366	2,313
	660	0,345	2,292
	680	0,331	2,278
	700	0,316	2,263
	720	0,302	2,249
	740	0,29	2,237
	760	0,277	2,224
	780	0,266	2,213
	800	0,253	2,2
	820	0,242	2,189
	840	0,232	2,179
	860	0,222	2,169
	880	0,212	2,159
	900	0,205	2,152

Продолжение таблицы 3

Датчик	τ, с	E, мВ	Значение E, мВ, приведенное к	Δ τ, с
ДТПL	920	0,195	2,142	340
	940	0,187	2,134
	960	0,179	2,126
	980	0,172	2,119
	1000	0,165	2,112
	1020	0,158	2,105
	1040	0,153	2,1
	1060	0,147	2,094
	1080	0,141	2,088
	1100	0,135	2,082
	1120	0,13	2,077
	1140	0,125	2,072
	1160	0,12	2,067
	1180	0,112	2,059
	1200	0,106	2,053
	1220	0,099	2,046
	1240	0,094	2,041
	1260	0,089	2,036
	1280	0,084	2,031

Рисунок 8 - График зависимости изменения термоЭДС во времени среды для ДТПL

Таблица 4

Динамическая характеристика зондов по сопротивлению

Датчик	τ, с	R, Ом	Значение R, Ом, приведенное к	Δ τ, с
ДТС 50М	0	62,82	61,34	300
	20	62,33	60,85
	40	61,90	60,42
	60	61,49	60,01
	80	61,11	59,63
	100	60,78	59,3
	120	60,47	58,99
	140	60,18	58,7

Продолжение Таблицы 4

Датчик	τ, с	R, Ом	Значение R, Ом, приведенное к	Δ τ, с
ДТС 50М	160	59,93	58,45	300
	180	59,70	58,22
	200	59,48	58
	220	59,28	57,8
	240	59,11	57,63
	260	58,93	57,45
	280	58,77	57,29
	300	58,63	57,15
	320	58,49	57,01
	340	58,37	56,89
	360	58,24	56,76
	380	58,12	56,64
	400	58,02	56,54
	420	57,93	56,45
	440	57,84	56,36
	460	57,75	56,27
	480	57,67	56,19
	500	57,59	56,11
	520	57,53	56,05
	540	57,47	55,99
	560	57,38	55,9
	580	57,30	55,82
	600	57,25	55,77

Продолжение Таблицы 4

Датчик	τ, с	R, Ом	Значение R, Ом, приведенное к	Δ τ, с
ДТС 50М	620	57,19	55,71	300
	640	57,13	55,65
	660	57,08	55,6
	680	57,03	55,55
	700	56,99	55,51
	720	56,95	55,47
	740	56,91	55,43
	760	56,88	55,4
	780	56,85	55,37

Рисунок 9 - Зависимость изменения сопротивления во времени среды для ДТС 50М

Продолжение Таблицы 4

Датчик	τ, с	R, Ом	Значение R, Ом, приведенное к	Δ τ, с
ДТС PT100	0	123,73	121,91	320
	20	122,56	120,74
	40	121,80	119,98
	60	121,07	119,25
	80	120,40	118,58
	100	119,80	117,98
	120	119,28	117,46
	140	118,77	116,95
	160	118,32	116,5
	180	117,88	116,06
	200	117,49	115,67
	220	117,12	115,3
	240	116,77	114,95
	260	116,44	114,62
	280	116,15	114,33
	300	115,87	114,05
	320	115,59	113,77
	340	115,34	113,52
	360	115,20	113,38
	380	114,88	113,06
	400	114,68	112,86
	420	114,49	112,67
	440	114,32	112,5
	460	114,15	112,33

Продолжение Таблицы 4

Датчик	τ, с	R, Ом	Значение R, Ом, приведенное к	Δ τ, с
ДТС PT100	480	113,99	112,17	320
	500	113,84	112,02
	520	113,70	111,88
	540	113,56	111,74
	560	113,44	111,62
	580	113,32	111,5
	600	113,20	111,38
	620	113,10	111,28
	640	113,00	111,18
	660	112,91	111,09
	680	112,83	111,01
	700	112,75	110,93
	720	112,67	110,85
	740	112,60	110,78
	760	112,53	110,71
	780	112,66	110,84

Рисунок 10 - Зависимость изменения сопротивления во времени среды для ДТС Pt100

Обработка результатов

Определение коэффициентов термоЭдс и для термопар и термический коэффициент для термометров сопротивления.

Исходя из результатов измерений термоЭДС и сопротивления нами была получена зависимость этих величин от температуры, что представлено в графиках на рисунках 3 – 6. С помощью них определяются коэффициенты термоЭДС и для термопар и термический коэффициент для термометров сопротивления по формуле:

(1)

(2)

где – разница термоЭДС для различных значений температуры, В; – изменение сопротивления при различных значения температуры, Ом; – изменение температуры, °С. Таким образом, произведем расчет термоЭДС для датчиков ДТПK и ДТПL по формуле (1):

ДТПК:

ДТПL:

Расчет термического коэффициента для датчиков ДТС 50М и ДТС Pt100 производится по формуле (2):

ДТС 50М:

ДТС Pt100:

Определение номинальной статической характеристики преобразования (нсх).

При температуре холодного спая не равной = 0°С экспериментальные значения термоЭДС требуют вносить поправку, которая определяется по формуле:

(3)

где – поправка, которая должна быть внесена в показания прибора при ; - значение термоЭДС термопары при температуре свободных концов , равной градуировочной; - значение термоЭДС термопары при действительной температуре свободных концов .

При известных значениях при поправку определяют по градуировочной кривой. Тангенсы угла наклона номинальной и реальной характеристики совпадают, поэтому график НСХ строится путем параллельного переноса графика реальных данных.

Используя формулу (3) определяются значение сопротивления и термоЭДС приведенные к для динамической характеристики зондов.

Определение постоянной времени.

Постоянная времени определяется как проекция касательной к графику термоЭДС и сопротивления от времени

Расчеты термоЭДС и сопротивления для разных моментов времени.

Данные расчеты производятся по формулам:

(4)

(5)

где – термоЭДС термопары, мВ; – температурный коэффициент; – скачок температуры, °С; – постоянная времени, с; – время, с; – сопротивление, Ом.

Произведем расчеты по формуле (4) для зондов термоЭДС ДТПK и ДТПL и по формуле (5) для зондов сопротивления ДТС 50М и ДТС Pt100 для трех моментов времени и полученные результаты занесем в таблицу 5.

Таблица 5

Расчет термоЭДС и сопротивления для трех моментов времени

Момент времени , с	(ДТПK), мВ	(ДТПL), мВ	(ДТС 50М), Ом	(ДТС Pt100), Ом
100	0,62	1,055	2,708	5,348
200	0,447	0,786	1,94	3,912
300	0,324	0,586	1,39	2,862

1 / 21 2 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Метрология

#
23.11.20243.42 Mб5лаба 1.3.docx
#
23.11.20241.01 Mб3лаба 1.4.docx
#
23.11.20241.11 Mб0лаба 1.5.docx
#
23.11.202493.45 Кб5лаба 2.1.docx
#
23.11.202453.49 Кб2лаба 2.2.docx
#
23.11.202486.67 Кб4лаба 3.1.docx

Обработка результатов

Определение коэффициентов термоЭдс и для термопар и термический коэффициент для термометров сопротивления.

Определение номинальной статической характеристики преобразования (нсх).