23209 (1)

Методическое указание составлено к.т.н., доцентом Юхиным Д.П.

Методическое указание одобрено и рекомендовано к печати кафедрой «Теплотехника и энергообеспечение предприятий» (протокол №от2013г.) и методической комиссией энергетического факультета (протокол № от 2013 г.).

Ответственный за выпуск:

зав. кафедрой,к.т.н., доцент Инсафуддинов С.З.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Перед выполнением лабораторной работы студент, должен изучить опи-

сание, рекомендуемую литературу, контрольные вопросы.

При выполнении работы студент обязан строго выполнять правила безо-

пасности.

Обработку данных следует проводить по мере получения результатов измерений, чтобы своевременно обнаружить измерения, искаженные нарушением стационарного теплового режима. Вычисления проводить с округлением до 3-х значных цифр.

Масштаб построения графиков выбирается так, чтобы зависимость была наглядной и занимала место не менее 100х80 мм и в виде равномерной циф-

ровой шкалы наносится на координатные оси в пределах изменения незави-

симой переменной, откладываемой по оси абсцисс и ее функции по оси ор-

динат. На осях указываются обозначения величин и размерности.

При оценке ошибки определения исследуемой величины абсолютные предельные погрешности измеряемых параметров принимаются 0,5 цены де-

ления шкалы измерительного прибора. Абсолютные погрешности длины и диаметров принимаются l=1мм и d=0,1 мм.

Отчет по выполненной работе должен содержать:

-название, цель и задачи работы;

-схему установки;

-таблицы;

-обработку данных с постановкой в формулы исходных цифровых величин по одному из опытов;

-результаты обработки всех опытов, занесенных в таблицы;

-графики исследуемых процессов;

-выводы по полученным зависимостям и сравнение их с литературными данными.

Лабораторная работа№1

«Изучение приборов и методов измерения параметров термодинамических систем»

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить конструкцию и принципы действия приборов для измерения температуры, давления, влажности воздуха, расхода и скорости движения вещества.

Оборудование: термометры, манометры, вакуумметры, анемометры,

психрометры, гигрометры, расходомеры.

2 ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ

Приборы и методы определения основных параметров при теплотехни-

ческих измерениях отличаются большим разнообразием и зависят от ряда поставленной задачи, от способа подвода и отвода теплоты к объектам изме-

рения, а также от других факторов.

При контроле над работой теплотехнического оборудования и для ве-

дения нормального технологического процесса при обработке различных продуктов растениеводства и животноводства, для создания оптимального микроклимата измеряются температура, давление, влажность, расход и ско-

рость движения вещества.

2.1 Измерение температуры

Температура есть мера интенсивности теплового движения молекул: ее численное значение однозначно связано с кинетической энергией молекул вещества.

Однако кинетическую энергию непосредственно практически измерить невозможно. Поэтому для измерения температуры используют различные косвенные методы, зависимость каких-либо свойств вещества от температу-

ры и по изменению этих свойств судят об изменении температуры.

К таким приборам относят: термометры расширения, манометрические термометры, термометры сопротивления, термоэлектрические термометры

(термопары), специальные термометры.

Стеклянные жидкостные термометры. Принцип действия стеклян-

ных жидкостных термометров основан на различии теплового расширения термометрической жидкости и стекла термометра. В качестве термометриче-

ской жидкости применяют ртуть (для измерения температуры от -35 до

+80°С) или этиловый спирт (от -80 до +80°С).

В схемах сигнализации и автоматического регулирования температуры применяют ртутные контактные термометры. Один электрический контакт термометра впаян в нижнюю точку капилляра и всегда соприкасается с рту-

тью, другие (обычно один или два) впаяны в капилляр на определенных от-

метках шкалы и соприкасается с ртутью только при соответствующих значе-

ниях температур измеряемой среды.

Если среда в аппарате или трубопроводе находится под избытком дав-

ления или вакуумом, то в местах измерения температуры устанавливают жидкостные термометры с защитным кожухом (гильзой). Для лучшего теп-

лообмена пространство между резервуаром термометра и гильзой заполняют машинным маслом (t до 150°С) или мелкими опилками из красной меди.

Гильзы устанавливают в каналах или отводах трубопровода навстречу потока. Глубина погружения гильз не менее 85 мм.

Дилатометрический термометр. Действие этих термометров основа-

но на использовании разности удлинений стержней, изготовленных из двух различных металлов, которые должны значительно отличаться один от дру-

гого коэффициентами линейных расширений а. Обычно применяют такие пары: латунь-сталь или латунь-инвар.

Рисунок 1 Дилатометрический термометр: 1 - стержень из инвара (или стали); 2 - трубка латунная; 3 - показывающий механизм

Принцип действия термометра показан на рисунке 1. Стержень из ин-

вара (стали) одним концом укреплен на дне латунной трубки , а другой его конец касается призмы показывающего механизма 3. В зависимости от тем-

пературы стержень, воздействует на показывающий механизм 3.

Манометрические термометры. Их применяют для дистанционного измерения температуры. Действие их основано на увеличении давления жид-

кости, газа или пара с повышением температуры. Манометрический термо-

метр рисунок 2 состоит из термобаллона 3, воспринимающего изменение температуры измеряемой среды, манометра 1, проградуированного в едини-

цах температуры (°С), и соединенной капиллярной трубки 3, длина которой в газовых термометрах допускается до 60 м.

Рисунок 2 Манометрический термометр: 1 - манометр; 2 - капиллярная трубка; 3 – термобаллон

В жидкостных манометрических термометрах рабочим веществом яв-

ляется ртуть, метиловый спирт и глицерин. Газовые термометры заполняют азотом, паровые легкокипящий жидкостью (фреонами, хлорэтилом, этило-

вым эфиром и т.д.).

Пределы температур, измеряемых манометрическими термометрами зависят от вида его рабочего тела и могут изменяться -160° до +600°С для азота.

Термометры сопротивления. Термометры сопротивления являются наиболее точными из всех термометров, так как методы измерения электри-

ческих сопротивлений достаточно разработаны и имеют высокую точность.

Они обладают высокой механической прочностью, значительной чувстви-

тельностью и могут быть использованы для измерения большого диапазона температур.

Рисунок 3 Термометр сопротивления: а - схема термометра; б – уста-

новка термометра; 1 - проволока; 2 - защитный кожух; 3 - каркас

Рисунок 4 Схема измерения сопротивления термометра потенциометрическим методом: П - потенциометр; RK - контрольное сопротивление; Rt, - термометр сопротивления

Термометр сопротивления рисунок 3 состоит из тонкой платиновой или медной проволоки 1, бифилярно намотанной на каркас слюды, керамики или пластмассы и защищенной герметическим кожухом 2 от механических по-

вреждений и агрессивного воздействия измеряемой среды.

Платиновые термометры сопротивления применяются для измерения температуры от -200 до +650°С, медные от -50 до +180°С.

В качестве измерительных приборов применяются потенциометры,

уравновешивающие мосты, логометры. Наиболее удобно потенциометриче-

ский метод (рисунок 4). Термометр сопротивления R, включают в цепь ис-

точника постоянного тока последовательно с контрольным сопротивлением

RK. Допустимая для термометра сила тока до 10 мА, поддерживается посто-

янной при помощи регулировочного сопротивления Rp. Последовательно из-

меряя потенциометром П падение напряжения Иt, и Ик определяют сопро-

тивлением термометра

Термоэлектрические термометры. Принцип действия термопар осно-

ван на термоэлектрическом эффекте, т.е. возникновением термодвижущей силы (термо-ЭДС) в замкнутом контуре из двух разнородных проводников,

когда их спаянные концы находятся в различных температурах. Наиболее распространены хромель-алюмелевые, хромель-копелевые, медьконстанто-

вые, железоконстантовые и платинородиевые термопары.

Если поддержать температуру одного спая термопары постоянным, то значение термо-ЭДС будет зависеть только от температуры другого (рабоче-

го) спая, который помещает в измеряемую среду.

Рисунок. 5 Схема термоэлектрического термометра: 1 - горячий спай; 2- тер-

моэлектроды; 3 - компенсационные проводы; 4 - свободные концы термопа-

ры; 5 - термостат; 6 - соединительные провода; 7 – гальванометр

Прямое измерение осуществляется гальванометром 7 (рисунок. 5),

имеющим двойную (милливольтную и градусную) или одинарную (градус-

ную) шкалу. Свободные концы 4 термопар удалены от места измерения тем-

пературы компенсационными проводами 3 и помещены в термостат 5.

Этот метод измерения прост, удобен, но обладает рядом недостатков.

Основной из которых — влияние сопротивления внешней среды (гальвано-

метра, проводов и самой термопары) на показание прибора.

Более точные измерения термо-ЭДС дают компенсационные методы с применением потенциометров.

Рисунок. 6 Схема измерения термоЭДС при помощи потенциометра: 1 - холодные спаи; 2 - горячий спай

Схема измерения при помощи потенциометра приведена на рисунке 6.

Термопара подключается к потенциометру через зажимы А. Разность потен-

циалов потенциометра, которая включается навстречу термо-ЭДС термопа-

ры, создается в потенциометре на участке Rx основной цепи прибора, кото-

рый состоит из гальванического элемента В, сопротивлений R1 и Ro и ком-

бинированного измерительного сопротивления R, по которому может пере-

мещаться контакт G. По основной цепи непрерывно идет рабочий ток J.

Для установления рабочего тока основной цепи служит вспомогатель-

ная цепь потенциометра, состоящий из сопротивления Ro, нормального галь-

ванического элемента НЭ, нуль-гальванометра НГ и переключателей К, и П.

Нульгальванометр НГ можно подключить либо к цепи термопар (положе-

ние II переключателя П), либо к вспомогательной цепи (положение I пере-

ключателя П).