2. Экспериментальное определение переходного процесса измерительного преобразователя при ступенчатом входном воздействии.

Переходный процесс – это процесс установления выходного воздействия динамической системы (элемента) при ступенчатом (скачкообразном) изменении входного воздействия. Анализ переходного процесса позволяет определить динамические характеристики динамической системы, в частности, измерительного преобразователя температуры.

Экспериментальное определение переходного процесса измерительного преобразователя выполним при перемещении последнего из среды с одной постоянной во времени температурой в среду с другой постоянной во времени температурой.

Переходный процесс будем исследовать при переносе измерительного преобразователя из холодной воды в горячую и наоборот. Результаты такого исследования сравним. При выполнении работы 2-мя бригадами экспериментаторов одна бригада выполняет исследование переходного процесса при нагреве, а вторая бригада – при охлаждении измерительного преобразователя.

Для повышения достоверности экспериментальных данных исследование переходного процесса выполним с тремя повторениями, руководствуясь сведениями, что повторение эксперимента снижает влияние на его результат случайных факторов, например, ошибок отсчета экспериментатора.

2.1. Экспериментальная установка.

Экспериментальная установка (см. рис.2.1) для определения переходной характеристики измерительного преобразователя состоит из двух емкостей с водой различной температуры: емкость (поз.1) с кипящей водой (температура 100°С) и емкость (поз.2) с водой, имеющей температуру, равную температуре в помещении. Объем воды в емкостях достаточен для того, чтобы считать, что размещение в нем тела измерительного преобразователя с отличной от воды температурой, не приведет к изменению температуры воды, способному оказать существенное влияние на результат эксперимента.

Измерительными приборами установки являются:

- термоэлектрический измерительный преобразователь температуры - термопара типа К (ТХА) с номинальной статической характеристикой по ГОСТ 3044-84 (поз.3 на рис.2.1);

- универсальный цифровой мультиметр - электронный прибор для измерения и отображения на цифровом дисплее численного значения электрической величины. Прибор оснащен встроенным измерителем температуры и возможностью использования термоэлектрического измерительного преобразователя типа ТХА (поз.4 на рис.2.1);

- секундомер электронный (поз.5 на рис.2.1).

Рис.2.1. Схема экспериментальной установки.

Термоэлектрический преобразователь– термопара типа К (хромель-алюмель). Принцип действия термопары основан на эффекте Зеебека, иначе термо-эдс. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур, коэффициент пропорциональности называют коэффициент термо-эдс. Номинальная статическая характеристика термопары хромель-алюмель по ГОСТ 6616-94.

ТХА - самая распространенная в промышленности и научных исследованиях термопара (см. рис.2.2). применяется для измерения температур в окислительных и восстановительных средах в диапазоне температур от -300 до 1100°С. Имеет практически линейную термоэлектрическую характеристику (характеристику преобразования) и чувствительность порядка 40мкВ/°С. Устойчива в условиях реакторного облучения. Недостатком термопары является нестабильность термо-эдс, не позволяющая выполнять измерения с высокой точностью.

Рис.2.2. Термопара хромель-алюмель с неизолированным спаем.

В соответствии с ГОСТ 6616-94 предел абсолютной допускаемой погрешности термометров с термопарами хромель-алюмель может составлять 4-10°С.

Электроды термопары – хромель и алюмель представляют собой сплавы на основе никеля с добавками легирующих металлов и неметаллов, улучшающих технологичность, жаростойкость, жаропрочность и облегчающих регулирование термо-эдс (C,Mn,Si,Mg,Zr,Nb,Co).

Экспериментальный термоэлектрический преобразователь представляет собой термопару ТХА, «горячий» спай которой размещен в торце медной трубки наружным диаметром 4мм. Торец трубки запаян оловом. Провода «холодного» разъема термопары присоединяются к входным клеммам измерительного прибора.

Универсальный цифровой мультиметрDT9208Aпозволяет выполнять измерения температуры с помощью термопары ТХА. Значение температуры визуализируется на цифровом дисплее с разрешающей способностью 1°С. Для учета отличия температуры «холодного» спая термопары от 0°С температуру «холодного» спая измеряет встроенный в прибор термопреобразователь сопротивления. Значение термоэдс термопары вычисляется по формуле:

E(t) =Eтп + Етс, (2.1)

где Етп – термо-эдс термопары, подсоединенной к прибору; Етс – термо-эдс, вычисленное по формуле (1.1) для температуры, показываемой термопреобразователем сопротивления.

Затем по известному значению E(t) по формуле (1.1) вычисляется температура «горячего» спая термопары. Все указанные преобразования термо-эдс в температуру выполняются в приборе специальной электронной схемой.

Цифровой секундомерзапускается и останавливается вручную нажатием кнопки «пуск-останов», позволяет регистрировать момент времени с разрешающей способностью 0,1с.