2.3 Описание экспериментальной установки

В экспериментальную установку (рис. 2.1) входит жидкостной термостат 7. В него погружены платиновый термометр сопротивления 5, горячий спай термопары 8 и чувствительный элемент цифрового термометра 6. Холодные спаи термопары 9 размещены в сосуде Дьюара. Термометр сопротивления ПТС 10, включен последовательно с образцовым сопротивлением 2 и магазином сопротивлений R_м, марки МСР-63, в цепь источника напряжения 3. В качестве образцового резистора 2 использована катушка Р-321, имеющая сопротивление 10,000 Ом.

С помощью магазина сопротивлений измерительный ток в схеме устанавливается таким, чтобы чувствительный элемент термометра сопротивления не нагревался этим током. Для термометра ПТС-10 этот ток не должен превышать 10 мA.

Измерение падения напряжения на термометре сопротивления и катушке, а также термоЭДС термопары осуществляется цифровым вольтметром В7-78/1. Подключение датчиков к В7-78/1 производится с помощью переключателя 11.

На рис.2.2 показана конструкция платинового термометра сопротивления Стрелкова П. Г. На кварцевом каркасе, имеющем форму геликоида 1, навита спираль 2 из платиновой проволоки. Диаметр платиновой проволоки равен 0,05 мм.

Рис. 2.2. Схема платинового термометра сопротивления

Каркас со спиралью образуют чувствительный элемент термометра сопротивления диаметром 3  4 мм и длиной 50 мм. В верхней части каркаса закреплены приваренные к спирали две пары выводящих проводников 3 из платиновой проволоки диаметром 0,3 мм. Чувствительный элемент помещен в герметичный чехол, который изготовлен из плавленого кварца и заполнен газообразным гелием.

2.4. Задание

1. Провести градуировку термопары и поверку цифрового термометра с помощью платинового терморезистора. Количество стационарных режимов, а также число измерений в каждом режиме согласовать с преподавателем.

2. Рассчитать значения сопротивление резистора, R_T, и температуру T(R_T), пользуясь градуировочным уравнением для образцового термометра сопротивления в стационарных состояниях.

3. Построить функцию преобразования E(T) и градуировочную зависимость T(E).

4. Определить поправку Е для стандартной термопары, используя сравнение результатов градуировки термопары с табулированными данными Т_станд для стандартной термопары по соотношению

_станд =T - Т_станд ,

где Т - температура, измеренная термометром сопротивления в стационарном режиме, Т_станд. - соответствующее табулированное значение температуры для стандартной термопары.

2. Провести оценку погрешности, , температуры, которая измерена с помощью термопары 8, используя полученные результаты градуировки термопары. Оценить случайную составляющую, _случ, погрешности температуры, измеренной с помощью термопары.

2.5. Подготовка к работе и проведение эксперимента

Включить термостат и вывести его на заданный режим. Для этого с помощью контактного термометра термостата установить заданное значение температуры и включить нагреватель термостата. При достижении стационарного температурного режима провести измерения температуры. Результаты измерений занести в протокол.

Протокол наблюдений

№	, ч, мин	UТ, мВ	Uк, мВ	Е, мВ	Тстекл, ОС	Тцифр, ОС

6. . Обработка результатов измерений

С помощью данных, включенных в протокол, следует выполнить следующие действия.

1. Вычислить сопротивление R_T платинового термометра, используя (2.5).

2. Вычислить температуру, измеренную термометром сопротивления. Эта температура определяется градуировочным уравнением в форме

, (2.7)

где t’- вспомогательный параметр, называемый как «платиновая» температура, ^оС.

Величина t’ находится из решения уравнения в виде

t’ = (w-1) + , (2.8)

где w = R(T)/R₀, R(T) - сопротивление термометра при измеряемой температуре; R₀ = 10,0923 Ом  сопротивление термометра притемпературе 0^ОС; =3,914110^-3, =1,49187  эмпирические коэффициенты уравнения, характеризующие данный термометр сопротивления; 100, 419,58, 630,74  температуры (^оС): 1) кипения воды, 2) затвердевания цинка и 3) затвердевания сурьмы; эти значения получены при давлении равном одной физической атмосфере.

3. Методом наименьших квадратов получить: 1) функцию преобразования E(T) и 2) градуировочную зависимость T(E), используя (2.3, 2.4). Сравнить T(E) и соответствующие стандартные табличные величины T [1].

4. Оценить случайную погрешность измерения сопротивления терморезистора.

5. Оценить случайную погрешность измерения термоЭДС.

6. Оценить приборную погрешность температуры, измеренной платиновым терморезистором.

7. Оценить приборную погрешность измерения термоЭДС.

8. Построить графики T(E), E(T), E_станд(T) и _станд(T), а также графики локальных отклонений T_i(T) и E_i(T), используя соотношения

T_i = T_i -T_средн , E_i = Е_i -Е_средн . (2.9)