- •Введение
- •Общие сведения об измерениях, средствах измерений и погрешностях понятие об измерении
- •Понятия о средствах измерения
- •Основные понятия о метрологических характеристиках средств измерений основные определения
- •Оценка погрешностей при технических измерениях
- •Оценка и учет случайных погрешностей
- •Лабораторная работа № 1 изучение принципа действия и конструкции термоэлектрических термометров Общие сведения
- •Порядок выполнения работы:
- •Обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 2 поверка термоэлектрических термометров Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 3 изучение принципа действия, конструкции и поверки термометров сопротивления Общие сведения
- •Методика испытания термометра сопротивления
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 4 изучение принципа действия, устройства и поверки нормирующего преобразователя Общие сведения
- •Порядок выполнения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 5 изучение принципа действия и конструкции логометра Общие сведения
- •Методика поверки логометра и схема лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 6 изучение принципа действия, устройства и поверки деформационных и тензометрических манометров Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 7 определение коэффициента расхода диафрагмы Общие сведения
- •Порядок выполнения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 8 изучение конструкции и принципа действия электрохимических газоанализаторов на твердом электролите Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 9 изучение конструкции ипринципа действия термохимических газоанализаторов Общие сведения
- •Порядок выполнения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 10 изучение принципа действия дифференциально-трансформаторной системы передачи информации Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 11 определение динамических свойств датчиков температуры Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 12 изучение принципа действия токовой системы передачи информации Общие сведения
- •Порядок проведения работы
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 13 изучение принципа действия преобразователя теплового потока Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 14 измерение теплового потока через тепловую изоляцию трубопровода Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа №15 изучение принципа действия инфракрасного бесконтактного термометра Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Лабораторная работа № 16 изучение принципа действия и конструкции влагомера твердых и сыпучих тел Общие сведения
- •Порядок проведения работы и обработка полученных результатов
- •Оформление отчета
- •Литература
- •Приложения Термо – э. Д. С. Термоэлектрических термометров типа тпп стандартной градуировки пп при температуре свободных концов 0˚с.
- •Сведения об авторах
Лабораторная работа № 1 изучение принципа действия и конструкции термоэлектрических термометров Общие сведения
Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (далее – термо-э.д.с.) термоэлектрического преобразователя от температуры.
Сущность метода состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из n-го числа разнородных проводников с различной температурой мест их соединения (спаев), возникает термо-э.д.с. Эта термо-э.д.с. обусловлена неодинаковыми потенциалами в спаях. Термоэлектродвижущая сила при определенном сопротивлении цепи обуславливает протекание в ней тока, называемого термоэлектрическим (далее – термотоком).
В схему термоэлектрического комплекта входят: термопара, термоэлектродные провода, устройство для обеспечения постоянства температуры свободных концов, термометр холодных спаев, соединительные провода и вторичный прибор.
При монтаже цепи термоэлектрического термометра необходимо учитывать, что свободные концы термопары необходимо удалить от нагретых поверхностей трубопровода, котлоагрегата, печи и т.д. в зону, где может быть установлено устройство, обеспечивающее автоматическое введение поправки на температуру холодного спая. Продление электродов термометра осуществляют с помощью гибких удлиняющих проводов (термоэлектродных). Эти провода для ряда термометров могут быть изготовлены из тех же материалов, что и термоэлектроды термометра (для термопар группы неблагородных металлов). Однако при применении термометров из благородных металлов необходимо подобрать в качестве удлиняющих термоэлектродных проводов такие металлы, которые не являлись бы дефицитными и в интервале температур от 0 до 100 С развивали бы между собой такую же термо-э.д.с., как и термоэлектрические термометры, с которыми они комплектуются.
На термоэлектрические термометры различных градуировок составлены градуировочные таблицы, содержащие характеристику термометра из данного материала, т.е. статическую зависимость термо-э.д.с. от температуры. Статическая характеристика термометра может быть задана аналитически, графически или в виде таблицы. При этом чувствительность или крутизна линейной статической характеристики термометра определяется как отношение диапазона измерения выходного сигнала Е в милливольтах к диапазону измерения входного сигнала t в градусах:
Для нелинейной статической характеристики
Таблица 1.1 - Основные технические характеристики стандартных удлиняющих термоэлектродов
Термопара и ее тип |
Обозначение компенсационного провода |
Положительная жила |
Отрицательная жила |
Погрешность, t ˚С |
материал |
материал |
|||
ТПП |
П |
Медь |
Сплав ТП |
2,4 |
ТХА |
М |
Медь |
Константан |
5,5 |
ТХК |
ХК |
Хромель |
Копель |
6,95 |
ТВР |
М-МН |
Медь |
Медь-никель |
4,2 |
ТМК |
МК |
Медь |
Копель |
3,3 |
По типу термоэлектродных материалов термоэлектрические преобразователи подразделяются на две группы:
1 термоэлектрические термометры с металлическими термоэлектродами из благородных и неблагородных материалов;
2 термоэлектрические термометры с термоэлектродами из тугоплавких соединений или соединений графита с другими материалами.
Термоэлектрические термометры первой группы являются наиболее распространенными.
Платинородий - платиновые термоэлектрические термометры (далее ТПП) применяются для измерения температур в области 0...1600 С в окислительной и нейтральной среде. Они находятся в числе лучших термоэлектрических термометров по точности и воспроизводимости термо-э.д.с. Положительным термоэлектродом являются платинородий (90 % Pt и 10 % Ro), отрицательным - чистая платина. В зависимости от назначения платинородий - платиновые термометры разделяются на эталонные, образцовые, рабочие повышенной точности и технические. Эталонные термометры служат для воспроизведения международной температурной шкалы в интервале от 630,74 до 1064,43 С. Образцовые термометры служат для поверки рабочих термометров повышенной точности и технических термометров в диапазоне температур от 0 до 1600 С.
Платинородий - платинородиевые термометры (далее ТПР) получили распространение для измерения высоких температур, до 1800 С. Наибольшее распространение получил термометр ТПР с положительным электродом из платинородия (30 % родия) и отрицательным электродом (6 % родия). Они могут применяться в окислительной (воздушной) среде и нейтральной атмосфере.
Хромель-копелевые термометры (далее ТХК) широко применяются для измерения температуры различных сред. Для изготовления положительного термоэлектрода используется хромель (89 % Ni + 8,8 % Cr + 10 % Fe + 02 % Mn). Отрицательный термоэлектрод - копель (56 % Сu + 44 % Ni). Верхний температурный предел длительного применения термоэлектродов из копелевой проволоки в зависимости от диаметра лежит в пределах 500...600 С. Невысокий температурный предел объясняется тем, что копелевая проволока, содержащая медь, сравнительно быстро окисляется при высоких температурах и вследствие этого происходит изменение термо-э.д.с. термоэлектрода.
Хромель-алюмелевые термометры (далее ТХА) применяются для измерения температуры газовых сред, пара и жидкости. Положительным электродом является хромелевая проволока, отрицательная - алюмель (94 % Ni + 2 % Аl + 2,5 % Mn + 1 % Si + 0,5 % примеси). ТХА обладают лучшей сопротивляемостью окислению, чем другие термометры из неблагородных металлов. Верхний температурный предел – 1000 С длительно и 1300 С кратковременно.
Армированная термопара называется термоэлектрическим преобразователем. Собственно термопара является чувствительным элементом преобразователя.
Термоэлектрические термометры состоят из двух термоэлектродов, изолированных друг от друга и имеющих один общий спай (рабочий или “горячий”).
Термоэлектроды платиновых термопар диаметром около 0,5 мм легко свариваются в пламени электрической дуги или гремучего газа. Термоэлектроды термопар из неблагородных металлов выполняются из проводников диаметров 2 – 3 мм, рабочий спай этих термометров удобнее сваривать в пламени электрической дуги, либо спаивать ацетиленом или гремучим газом.
Таблица 1.2
Тип термопреобразователя |
Материал термоэлектродов |
Условное обозначение градуировки |
Верхний предел измеряемых температур,С |
Коэффициент преобразования, мВ/С∙103 |
|
длительно |
кратковременно |
||||
ТВР |
Вольфрам-рений-вольфрам-рений |
ВР |
1800 |
2500 |
11,8-11,4 |
ТПР |
Платино-родий-платино-родий |
ПР |
1600 |
1800 |
3,1-5,9 |
ТПП |
Платино-родий-платина |
ПП |
1300 |
1600 |
5,5-12,1 |
ТХА |
Хромель-алюмель |
ХА |
1000 |
1300 |
16,1-39 |
ТХК(L) |
Хромель-копель |
ХК(L) |
600 |
800 |
28.5-87.8 |
ТХК(L) |
Хромель-константановые |
ХК(Е) |
700 |
800 |
26,3-79,8 |
ТЖК |
Железо-константан |
ЖК |
700 |
900 |
23,1-62,0 |
ТМК |
Медь-константан |
МК |
700 |
900 |
16,4-61,7 |
Для электрической изоляции термоэлектродов, предназначенных для измерения температур до 1300 С, применяются одноканальные и двухканальные бусы или трубки из специального фарфора. Для термоэлектрических термометров, применяемых для измерения температур в области 1300...1900 С, используются бусы или трубки из окиси алюминия и керамические изоляторы. При применении термометров ТВР электроды изолируются кварцевой трубкой.
Конструктивная схема термоэлектрического термометра приведена на рисунке 1.1. Термоэлектроды – 1 помещены в электроизоляционные трубки – 2 и с помощью соединительных винтов – 3 присоединяются к эбонитовой или бакелитовой пластине головки термометра – 4 для присоединения внешних соединительных проводов – 5. С целью защиты термопар от механических повреждений и химических воздействий среды при высоких температурах изолированные термоэлектроды вместе с клемником помещаются в защитную арматуру – 6 (чехол). Последняя выполняется в виде трубки диаметром 15-20 мм с закрытым нижним концом; сверху на нее навинчивается алюминиевая головка с крышкой и боковым штуцером для вывода соединительных проводов.
Рисунок 1.1 – Конструктивная схема и внешний вид термоэлектрического термометра: 1 – термоэлектроды, 2 – электроизоляционные трубки,
3 – соединительные винты, 4 - головка термометра, 5 – соединительные провода, 6 – защитный чехол.
Защитные трубки термометров из неблагородных металлов (ХА, ХК и др.) при температурах до 600 С выполняются стальными (Ст.20) бесшовными. Для более высоких температур (900...1200 С) применяются защитные трубки из высокохромистой, хромникелевой стали и т.п. В случае установки термометров на трубопроводах или аппаратах, находящихся под значительным давлением, защитные трубки имеют неподвижный или подвижный штуцер с резьбой. При измерении высоких температур применяются металлические защитные трубки с водяным охлаждением.
Динамические свойства термоэлектрических термометров (инерционность) характеризуются показателем тепловой инерции, который часто называют постоянной времени термометра. Термоэлектрические термометры выполняются со следующими показателями тепловой инерции: до 5 с - малоинерционные, до 60 с - средней инерционности, до 180 с - большой инерционности. Для термометров со значениями тепловой инерции более 180 с инерционность не нормируется. Для уменьшения инерционности при конструировании термометра стремятся обеспечить наилучший тепловой контакт между рабочим спаем термометра и средой, а также уменьшить массу термометра.
Схема лабораторной установки
Схема лабораторной установки приведена на рисунке 1.2. На схеме приняты следующие обозначения: 1 – термопара ТХК; 2 – термоэлектродные (компенсационные) провода; 3 – стеклянный термометр термостата; 4 – термостат для холодных спаев; 5 – медные провода; 6 – прибор комбинированный цифровой для измерения термо-э.д.с.; 7 – сосуд с водой; 8 – электронагреватель.
Перед началом работы необходимо проверить наличие воды в сосуде – (не менее 2 3 объема).
Рисунок 1.2 Схема лабораторной установки: 1 – ТХК, 2 - термоэлектродные провода, 3 – термометр термостата, 4 – термостат для холодных спаев, 5 – медные провода, 6 – прибор для измерения термо – э.д.с., 7 - сосуд с водой, 8 – электронагреватель.