лабы тса

Лабораторная работа №1

Приборы для измерения температуры Цель работы: Изучение приборов для измерения температуры, понятие

класса точности прибора, сравнение показаний приборов различного типа. Теоретические основы

1. Устройство биметаллического термометра показано на рисунке 1.1.

Рисунок 1 - Биметаллический термометр Биметаллический термометр состоит из защитной оболочки 1, фланца

крепления 2, стрелки 3, шкалы с подшипником 4, корпуса 5, троса 6 для передачи вращения, биметаллической спирали 7. При изменении температуры

2

биметаллическая спираль закручивается или раскручивается, нижний конец спирали закреплен к оболочке 1, поэтому верхний конец спирали поворачивается на угол, пропорциональный изменению температуры. Через трос 6 угол поворота передается на стрелку 3, показывающую текущую температуру.

2.Устройство терморезистивного преобразователя (термометра сопротивления) показано на рисунке 1.2.

Рисунок 2 - Устройство терморезистивного преобразователя

Терморезистивный преобразователь состоит из корпуса 4 с фланцем крепления, проводов 5, термосопротивления 2 и 3, теплопроводящего электроизолятора 1. Термосопротивление состоит из катушки 3 с намотанной на нее металлической проволокой 2.

При изменении температуры корпуса 4, тепловой поток через

электроизолятор 1 проходит к проволоке 2, ее температура меняется и, как

3

следствие, меняется электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление катушки пропорционально ее температуре.

К терморезистивному преобразователю присоединяется вторичный электронный прибор, измеряющий сопротивление преобразователя переводящий его в значения температуры.

Экспериментальная часть Экспериментальное исследование заключается в сравнении показаний

двух терморезистивных преобразователей и биметаллического термометра,

установленных в емкости для нагрева жидкости.

Последовательность выполнения лабораторной работы:

1. Проверить, что измеритель-регулятор, подключенный неподвижному преобразователю ДТ2, настроен на температуру отключения не более 50°С,

при необходимости перенастроить. Заполнить емкость нагрева рабочей жидкостью (водой) так, чтобы преобразователь ДТ2 находился в воде минимум на 5 см. Для заполнения емкости включить насос и открыть кран ВН2. После наполнения емкости закрыть кран ВН2, выключить насос.

2.Дождаться установления стабильных показаний ДТ1, ДТ2 И

биметаллического термометра. Занести показания в таблицу 1.1.

3.Включить процесс нагрева. Нагреть жидкость в емкости на 3-5°С,

температуру контролировать по ДТ2.

4.Дождаться установления стабильных показаний ДТ1, ДТ2 И

биметаллического термометра. Занести показания в таблицу 1.1.

5.Повторить пункты 3, 4 до достижения температуры 50°С.

6.Слить воду из емкости открыв краны ВН2 и ВНЗ.

7.Вычислить средние значения температур, абсолютную относительную погрешность измерения для ДТ1, ДТ2 и биметаллического термометра для каждой температуры. Результаты занести в таблицу 1.1.

8.Сравнить вычисленные погрешности с классом точности приборов

(см. инструкции на приборы).

4

9. Сделать выводы об оптимальных диапазонах измерения приборов.

Настройка температуры отключения на измерителе-регуляторе

производится следующим образом:

1.Нажать кратковременно кнопку "ПРОГ".

2.Скорректировать значение, появившееся на экране прибора, кнопками

“Вверх” и “Вниз” для установления желаемого значения температуры, но не более 50°С.

3. Нажать кратковременно кнопку "ПРОГ”. На экране появится значение ширины коридора поддержания температуры, т.е. нагреватель будет включаться при температуре ниже величины разности температуры,

установленной в пункте 2, и ширины коридора, а отключаться при температуре выше величины суммы температуры, установленной в пункте 2,

иширины коридора.

4.Установить значение, появившееся на экране прибора, кнопкам

“Вверх” или “Вниз” для установления желаемого значения коридора

температуры, но не менее 1°С и не более 5°С.

5

Таблица 1 - Данные измерений ДТ1, ДТ2, БТ и погрешности

В стенде использовался датчик ТРМ1-Щ2.У.Р - измеритель-регулятор одноканальный, который показывал температуру ДТ1 и ДТ2. Класс точности данных приборов 0.5. Также используется биметаллический термометр, класс точности которого 2.5.

Вывод: в ходе лабораторной работы я работал с установкой ИПДРТ-01,

в которой я с помощью насоса заливал в бак воду и мерял её температуру, с последующим подогревом воды. С определённым шагом до 50 0С, после которой установка автоматически выключала нагрев. Также я изучил приборы для измерения температуры такие как: ТРМ1-Щ2.У.Р - измеритель-регулятор одноканальный и биметаллический термометр. Также нашёл их класс точности. После этого посчитал среднее значение температур, абсолютную и относительную погрешность. Сравнив точность и относительную погрешность для каждого датчика и термометра в каждом измерении, можно сказать, что наши измерительные приборы не соответствуют указанному классу точности.

6

Лабораторная работа №2 Способы измерения температуры

Цель работы: Изучение контактных и бесконтактных способов измерения температуры

Общие сведения Температура вещества является мерой внутренней энергии вещества.

Носителями внутренней энергии вещества являются атомы, молекулы, энергия которых и определяет температуру вещества в любом состоянии (твердом, жидком или газообразном). Температура часто является одним из основных параметров в различных уравнениях и законах, описывающих состояние и поведение физических систем, поэтому вопрос измерения температуры очень актуален. Естественно, что для калибровки и поверки средств измерения температуры необходимы эталоны, базирующиеся на каких-либо стабильных физических свойствах. Наиболее удобными являются процессы, при которых изменяется агрегатное состояние вещества, таянье льда, кипение воды, плавление металла. Эти процессы происходят при постоянной температуре, пока все вещество не перейдет из одного состояния в другое.

Самые распространенные калибраторы температуры — это тройная точка воды (тающий лед) и точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

В области более высоких температур используют температуры плавления/кристаллизации различных металлов. Подобные калибраторы довольно сложны, и используются преимущественно для поверки и калибровки образцовых приборов.

Температуру измеряют в градусах. Наиболее применимы три шкалы: Кельвина, Цельсия и Фаренгейта.

По шкале Кельвина температура измеряется от 0 К и выше. Температура 0 К, абсолютный ноль, состояние соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела, а один к равен 1/273,16

7

разности между тройной точкой воды (состояние при котором лед, вода и водяной пар находятся в равновесии) и абсолютным нулем.

По шкале Цельсия за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100°С

принимают точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

По шкале Фаренгейта за 0 принята точка таянья смеси льда и соли

(примерно минус 17,8 °С), а за 100 градусов принята температура тела человека 37°С.

Шкала Кельвина используется в термодинамике, шкала Цельсия в быту и технике, а шкала Фаренгейта популярна в Англии и США. Основная сложность при измерении температуры состоит в том, что температуру нельзя измерить непосредственно как например скорость движения чего либо, или величину тока в цепи.

Приборы для измерения температуры называются термометрами. В

зависимости от метода измерения термометры разделяют на контактные и неконтактные. Отличительной особенностью контактных термометров является наличие теплового контакта между датчиком термометра и средой,

температура которой измеряется, иными словами датчик термометра имеет температуру измеряемой среды. Действие измеряемой температуры на датчик

(чувствительный элемент) изменяет его свойства (объем, сопротивление,

величину термо ЭДС) которые измеряются и их значение ставится в соответствие с температурой.

В основе неконтактных измерений температуры лежит измерение теплового или оптического излучения объекта, температуру которого необходимо измерить.

Среди контактных термометров наиболее известны:

Волюметрические в которых измеряется изменение объема жидкости или газа с изменением температуры;

Дилатометрические в которых измеряется изменение длины различных материалов при изменении температуры. Чувствительными элементами

8

являются стержни или пластинки с различными температурными

коэффициентами теплового расширения;

Термопары в которых измеряется величина термоЭДС возникающей на спаях разнородных проводников при наличии разности температур спаев;

Термометры сопротивления в которых измеряется величина сопротивления проводника изменяющегося с изменением температуры.

Среди неконтактных способов наиболее известны:

Радиометрические измеряющие собственное тепловое излучение тел.

Для невысоких температур это излучение в инфракрасном диапазоне длин волн;

Пирометрические для измерения температуры самосветящихся объектов. При этом используется принцип сравнения яркости объекта со стандартом яркости (яркостный пирометр и яркостная температура), либо сравнение цвета объекта с цветом стандарта (цветовой пирометр и цветовая температура).

Классическим примером волюметрических термометров являются жидкостно-стеклянные термометры.

Рисунок 3 - Жидкостно стеклянный термометр

Он представляет собой сосуд с рабочей жидкостью частично

заполняющей капилляр. При нагреве расширяющаяся жидкость заполняет

9

капилляр. Отсчет показаний производится визуально по шкале. Достижима погрешность ±0,2°С. Чувствительность волюметрических термометров прямо пропорциональна объему рабочей жидкости, коэффициенту объемного расширения и обратно пропорциональна площади сечения капилляра.

В качестве рабочих жидкостей используются ртуть, этиловый спирт,

пентан. Диапазон измеряемых температур может находиться в пределах от температуры плавления до температуры кипения рабочей жидкости.

Недостатком этих термометров является невозможность автоматического снятия показаний. Находят применение электро-контактные ртутные термометры с, впаянными в капилляр контактами для замыкания или размыкания цепей сигнализации или управления.

В основе дилатомических термометров лежат стержни или пластинки с различным коэффициентом линейного расширения. Чувствительность таких приборов прямо пропорциональна длине чувствительных элементов и разности коэффициентов линейного расширения. Одним из вариантов дилатомического термометра является биметаллический термометр.

Рисунок 4 - Варианты исполнения дилатомических чувствительных элементов

Широкое применение в технике нашли термореле с биметаллическим чувствительным элементом Рисунок 5.

10