4. Описание лабораторной установки оборудования Поверка термопар может осуществляться двумя способами: - поверка по постоянным точкам

- поверка методом сравнения

Первый способ является более трудоемким и сложным и применяет­ся главным образом при градуировке платинородий - платиновых термо­пар. Для этой цели служат: индукционная печь, керамический тигель для плавки металла и охранный колпачок, в который опускается рабочий ко­нец термопары при погружении в тигель. Температура затвердевания ис­пользуемых металлов предварительно определяется по образцовым прибо­рам.

На рисунке 4.1 приведена схема установки для поверки термопар вторым способом. Образцовую 1 и поверяемую 2 термопары помещают в металлическом контейнере 3 в лабораторную электропечь, электрические нагреватели которой питаются от электросети через лабораторный авто­трансформатор (ЛАТР) 5. Свободные концы обеих термопар 10 с по-мо- щью компенсационных проводов 6 выносят в термостат 9, заполненный

Тающим льдом, что обеспечивает 0оС. Термопары подсоединяют к измери- Рисунок 4.1. - Схема установки для градуировки термопар методом сличения:

тельному прибору 8 (образцовый потенциометр лабораторного типа) с по­мощью медных соединительных проводов и многоточечного термопарного переключателя 7. В установку входит также мегомметр (или уравнове­шенный мост).

5. Техника безопасности

Так как в работе используются электропечь с нагревателем и элект- тронный потенциометр, питающиеся от сети переменного тока напряжени­ем 220 В. Поэтому при проведении работы следует соблюдать следующие правила безопасности:

• присоединение и разработка схемы поверки измерительного комплекта разрешается только при отключенном питании сети;

• включение питания нагревателя и электронного потенциометра разрешается только после проверки преподавателем или лаборантом пра­вильности подсоединения измерительного комплекта;

• при отказе в работе нагревателя печи или электронного потенцио­метра немедленно поставить в известность лаборанта или преподавателя;

• после установки термопары и включения питания сети запрещает­ся трогать клеммы, соединяющие термопару и потенциометр и всю подво­дящую проводку электропечи;

• подсоединение и отсоединение термопар с потенциометром разре­шается только при выключенном питании сети.

6. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРЕМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Подготовка к работе

Подготовить конспект лабораторной работы, в который должны вой­ти теоретическая часть, включая все схемы, протокол и таблицы для полу­ченных результатов.

Ознакомиться на лабораторном стенде с устройством термопар, ви­дами их соединения и со схемой поверки термопар.

2. Измерение сопротивления термопар

Сопротивление термопары измеряют с помощью уравновешенного моста постоянного тока или омметра. Измерения производят при одина­ковых температурах свободных и рабочего концов два раза с. изменением полярности присоединения. За значение величины сопротивления прини­мается среднеарифметическое двух отметок.

3. И с п ы т а н и е и з о л я ц и и т е р м о п а р

Термоэлектроды термопары должны быть изолированы фарфоровы­ми изоляторами и помещены в защитный чехол. Для изоляции рабочего конца термопары в защитный чехол вкладывают специальный фарфоро­вый вкладыш. Закорачивают клеммы термпары и соединяют их с одной клем-мой мегомметра. Другую клемму мегомметра соединяют с поверхно­стью металлической защитной трубки и вращением его рукоятки создают напряжение 500 В, при котором сопротивление изоляции должно быть не ме­нее 5 М Ом,

4. П р о в е д е н и е п о в е р к и т е р м о п а р

Рабочие концы образцовой термопары и, предназначенную для гра­дуировки, освободить от защитной арматуры, так чтобы их рабочие концы (спаи) оказались обнаженными и помещают в блок из жароупорной стали (для обеспечения равенства температуры), а блок загружают в электриче­скую печь, располагая его на середине печи. Температура свободных кон­цов проверяемой термопары должна быть постоянной, равной 0 °С, для чего места спаев термоэлектродов (или компенсационных проводов) с сое­динительными проводов помещают в сосуд Дьюара, наполненный тающим льдом.

При отсутствии сосуда свободные концоы термопары, помещают в специальную коробку, а температуру замеряют ртутно-стеклянным термо­метром. Если температура свободных концов to отлична от нуля, то вводит­ся поправка:

Eab(t, t0) = Eab (t, to) + Eab (t'0, t0), (3.2)

где: Eab (t'0, t0), представляет собой поправку, определяемую из градуиро­ванных данных используемого ТЭП по измеренному значению температу­ры to его свободных концов; Eab (t, t'o) - показания термометра.. Найденное значение прибавляют к E_AB (t, t'₀) если t'₀ > t₀, и отнимают от него при t'0 < t0.

Установка к работе готова при условии, если все соединения и по­лярности включены правильно, а переносные потенциометры с ручной на­водкой приведены в рабочее положение. Установить значение тока I = 1А, питающего печь, что необходимо для проведения настоящей работы. Ток нагревателя печи, который должен регулироваться так, чтобы скорость из­менения температуры в печи не превышала 0,2...0,4 °С/мин., и нагревают печь до 100 °С. Отметки термо-ЭДС производят через каждые 100 °С. При достижении необходимой температуры измеряют термо-ЭДС (м В) после­довательно отсчитывая термо-ЭДС всех термопар, начиная с образцовой, сначала в одном, затем в обратном порядке из которых находится среднее значение.

По градуировочным таблицам, приведенных в работах [4, 5] отсчи­тывают температуру, соответствующую измеренной термо-ЭДС.

6.5. И з у ч е н и е в л и я н и я т е м п е р а т у р ы с в о б о д н ы х

к о н ц о в н а п о к а з а н и я т е р м о п а р ы

Стабилизируют температуру в печи при значении, питающего печь

тока !=1А. После установления температуры включают обогрев свободных концов термопары и записывают показания в таблицу 6.1. Ошибки измере­ния определяют путем сравнения с измерением температуры свободных концов.

Таблица 6.1 - Результаты влияния температуры свободных концов ТЭТ на показания термоэлектрического термометра

Температура свободных концов	Измеренная температура			Действительная температура			Погрешность
°С	мВ	°С	мВ		°С	Абсолют­ная, А, °С		Относи­тельная, 5%
0						0		0

6.6 О б р а б о т к а р е з у л ь т а т о в п о в е р к и т е р м о п а р Результаты измерений записывают в протокол проверки и в таблицу 6.1. Оценку работоспособности поверяемой термопары проводят методом абсолютной и относительной погрешностями измерения.

Абсолютная погрешность А - это разности между измеренным X и истинным Хизм значениями измеряемой величины. Абсолютная погреш­ность выражается в единицах измеряемой величины

А= X - Хизм (6.1)

Поскольку истинное значение измеряемой величины определить не­возможно, вместо него в практике используют действительное значение измеряемой величины ХД, которое находят экспериментально по показани­ям образцовых средств измерений. Таким образом, абсолютную погреш­ность находят по формуле

А= Х - Хд (6.2)

Относительная погрешность 8 - это отношение абсолютной по­грешности измерения к истинному (действительному) значению измеряе­мой величины, выраженное в процентах:

5 = ± (А / ХизмУШ = ±(Д / Хд) -100 (6.4) П р и м е р. Определить абсолютную и относительную погрешности измерения температуры, если при действительном значении температуры среды 700 ^oC показание прибора равно 685 ^oC.

Из выражения (3) находим абсолютную погрешность измерения:

А = 685 - 700 = - 15 ^oC. Согласно выражению (4) относительная погрешность

5 = (-15 / 700)-100 ~ 2%.

Протокол проверки термопар

Поверяемая: тип ;температурный предел, °С от до

длина, мм диаметр, мм; сопротивление при 20°С, Ом

сопротивление изоляции, Ом;

Образцовая: тип ;температурный предел, °С от до

длина, мм диаметр, мм; сопротивление при 20°С, Ом

сопротивление изоляции, Ом

о

Образцовая термопара

Поверяемая

термопара

Погрешность

концов,Те-пература своб

Время дости­жения темпе­ратуры мин

мВ

°С

Сред­нее вре­мя, мин

Средняя темпера тура, °С

Время дости­жения темпе­ратуры мин

мВ

°С

Среднее время, мин

Средняя темпера- тура,°С

Абсо­лют- ная, А, °С

Отно­си- тель­ная, 5, %

3 К О о

100

200

300

400

500

600

600

500

400

300

200

100

6.7 И з м е р е н и е т е м п е р а т у р ы т е р м о п а р а м и, в к л ю- ч е н н ы х п о р а з н ы м с х е м а м и з м е р е н и я

1. Стабилизируют температуру в печи при значении, питающего печь, тока 1=1А и замеряют температуру обычными термопарами, согласно п. 6.6. Все термопары должны быть одного и того же типа ( хромель - алю- мелевыми) и находиться при одинаковых условиях эксперимента..

2. Собрать термобатарею из трех термопар и вставить рабочие концы в электропечь.

3. Термопары соединить параллельно, а рабочие концы вставить в две нагретые электропечи.

4. Термопары соединить дифференциально. Один конец рабочий ко­нец вставить в электропечь, а второй - оставить снаружи. Температуру вне печи измеряется жидкостным термометром.

Таблица 6.1 - Результаты измерения температуры при разном соединении термопар

Тип включения	Температура			Погрешность
	мВ	°С	Абсолют­ная, А, °С		Относи­тельная, 5%
Обычное измерение Последовательное
я печь (обычное изме­рение) я печь (обычное изме­рение) Параллельное
Обычное измерение Жидкостной термометр Дифференциальное
	—

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Студенты, выполняющие данную работу, обязаны представить к за­щите следующие материалы:

1. Краткое описание (на 3.. .7 с.) принципа действия термопар и виды их соединения.

2. Схема установки.

3. Все три таблицы измерения температуры с расчетом погрешно­стей.

1. График изменения температур показаний образцовой и поверяе­мой термопар во времени и проанализировать его.

2. Сделать выводы:

- о влиянии температуры свободных концов на точность измерения температуры;

• о пригодности поверяемой термопары к работе и влиянии измене­ния температуры свободных концов термопары на показания;

• о влиянии схем подключения термопар на показания.

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

8.1. Физическая сущность работы термопар.

2. Виды термопар.

3. Схемы соединения термопар и их применение.

4. Устройство термопар.

8.7. Как определяют относительную и абсолютную погрешности и с какой целью?

ЛИТЕРАТУРА

1. Мурин, Г. А. Теплотехнические измерения. / Г. А. Мурин. - М.: Энергия, 1968. - 584 с.

2. Фарзане, Н. Г. Технологические измерения и приборы. / Н. Г. Фар- зане, Л. В. Илясов, А. Ю. Азим-Заде - М.: Высшая школа, 1989. - 456 с.

3. Климовицкий, М. Д. Автоматический контроль и регулирование в черной металлургии: справочник. / М. Д. Климовицкий, А. П. Копелович. - М.: Металлургия, 1967. - 787 с.

4. Ласенко, В. В. Методы и способы измерения температуры в метал­лургии: учеб. пособие. / В. В. Ласенко, Ю. А. Бондарев - Волгоградский го­сударственный технический университет. - Волгоград, 2000 - 445 с.

5. Ласенко, В. В. Правила пользования контрольно-измерительными приборами: метод. указ. к лабораторным и курсовым работам / сост. В. В. Ласенко, Д. Г. Романенко - Волгоградский государственный технический университет. - Волгоград, 2001 - 34 с.

Валерий Викторович Ласенко