Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Введение
Цель работы заключается в знакомстве с методами измерения температуры тел, а также в получении практических навыков измерения с помощью измерительных преобразователей.
Задачами лабораторной работы являются:
изучение средств и методов измерения температуры;
измерение температуры с помощью термоэлектрического преобразователя;
измерение температуры с помощью термопреобразователя сопротивления.
Измерение температуры
Температура является одним из трех основных параметров, характеризующим состояние вещества. В промышленности измерение температуры занимает до 80 % объема всех измерений.
Температура определяет степень нагретости тела, она характеризует тепловое состояние вещества и пропорциональна средней кинетической энергии его молекул.
На практике измерение температуры непосредственно невозможно. Поэтому для измерения температуры используют различные явления, происходящие под воздействием тепла, например, расширение веществ, изменение электрического сопротивления, излучение нагретых тел. Однако количественная оценка возможна лишь при сопоставлении с некоторой эталонной температурой.
Классификация методов измерения температуры показана на рис. 1.
Измерение температуры любым из методов, приведенных на рис. 1, выполняется косвенно, т. е. значение измеряемой температуры определяется по результатам прямых измерений другой физической величины — давления, термоэлектродвижущей силы, электрического сопротивления и др. Наиболее распространенными дистанционными средствами измерения температуры являются термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления [8, 9].
Принцип действия термоэлектрических преобразователей основан на явлении генерации термоэлектродвижущей силы, возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же сети. Таким образом, при измерении температуры термоэлектрический преобразователь преобразует измеряемую температуру в ТЭДС (рис. 2, а). Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на зависимости сопротивления металлов от температуры (рис. 2, б). В этом случае температура может быть определена по величине сопротивления.
Описание лабораторной установки.
Лабораторная установка включает сухоблочный калибратор температуры типа КТ-650, эталонный калибратор ИКСУ-260L, образцы термопреобразователей.
Вид калибратора показан на рис. 3. На лицевой панели КТ-650 расположены двухрядный индикатор температуры и кнопки управления.
Индикатор температуры предназначен для отображения текущего значения температуры КТ-650 и задания температуры уставки. В верхнем ряду индицируется текущая температура основного термостатирующего блока. В нижнем ряду отображается температура уставки. После задания уставки высвечивается ее температура, при этом в левом углу нижней части изображен символ «=».
Для изменения уставки имеются пять кнопок: вход в режим/выход из режима редактирования температуры уставки, кнопки ►, ◄ передвижения по разрядам и кнопки ▲, ▼ изменения цифры соответствующего разряда. В целях безопасности предусмотрено выключение нагрева во время редактирования уставки. После выхода из режима редактирования в режим измерений индикатор гаснет на 1… 3 с.
На вертикальной части передней панели расположены два переключателя: «СЕТЬ» и «БЛОКИРОВКА».
Двухпозиционный переключатель «Блокировка» служит для включения системы блокировки цепей питания нагревателей. Блокировка предназначена для отключения питания в аварийной ситуации. Срабатывает при отклонении текущей температуры от заданной на ±15°С, например, при обрыве в цепи термопреобразователей. После возвращения температуры блокированного канала КТ-650 в зону установленных пределов питание нагревателей восстанавливается.
Для измерения значения выходного сигнала термопреобразователя используется калибратор-измеритель эталонный типа +ИКСУ-260L.
Калибратор-измеритель ИКСУ-260L следует подключать к термопреобразователю с помощью соответствующего кабеля. Назначения кабелей калибратора-измерителя ИКСУ-260L приведены в табл. 1.
Пределы допускаемой погрешности калибратора ИКСУ-260L при измерении температуры в комплекте с термопреобразователями приведены в табл. 2.
1 -разъем для измерительного входа; 2 -разъем для подключения реле; 3- разъем выхода эмуляции в виде сигнала сопротивления; 4 -разъем выхода эмуляции в виде сигнала напряжения; 5 -разъем для обмена данными с ПК по интерфейсу RS-232
Дисплей предназначен для индикации измеренного и/или воспроизводимого значения физической величины; отображения пунктов меню и названий конфигурационных параметров; отображения информации о текущем режиме [7, 10].
Порядок выполнения работы.
1. Поместить термопреобразователь в отверстие термостатирующего блока.
2. Подключить термопребразователь с помощью соответствующего кабеля к разъему «Измерение» измерителя-калибратора ИКСУ-260L.
3. Включить калибратор ИКСУ -260L, нажав кнопку 5 (рис. 4).
4. Нажать кнопку 8 для входа в Главное меню.
5. В Главном меню войти в режим «Измерения», выбрать «Сопротивление» для работы с термопреобразователями сопротивления или «Напряжение» для работы с термоэлектрическими преобразователями и нажать кнопку 7. Прибор перейдет в режим измерения сигнала от преобразователя.
6. Включить переключатель «Сеть» на передней панели калибратора.
7. С помощью кнопок для изменения установок на передней панели калибратора установить значение температуры t1, (табл. 3).
8. После установления температуры измерить выходное значение сопротивления/напряжения, занести измеренное значение в табл. 4. Повторить пп. 7-8 для других значений температуры (табл. 3).
Порядок обработки экспериментальных данных
1. Для термоэлектрических преобразователей ввести поправку на показания ТЭП (см. п. 1.1).
2. По таблицам НСХ по полученным значениям сопротивлений и/или ТЭДС определить значение температуры, полученные значения занести в табл. 4.
3. По данным табл. 4 построить график зависимости значений сопротивления/ТЭДС от расчетных значений температуры.
Порядок обработки экспериментальных данных
1. При градуировке термопар температуру холодного спая обычно поддерживают равной 0°С. Однако при технических и лабораторных измерениях температура холодного спая t’0 бывает постоянна, но не равна 0°С, что вызывает необходимость введения поправки. В этом случае значение термо-э.д.с. EAB>(t, t0), по которому определяется температура по градуировочной кривой (или таблице), находится из уравнения
Еав(t,t0)=EAB(t, t’0) ± EAB(t’0, t0) , (1)
где знак плюс соответствует случаю t’0>t0, а знак минус — случаю t’0t0=50 оС, то поправку прибавляют к измеренному прибором значению, если t<t0=50оС, то поправку отнимают от значения, показанного прибором, рассчитаем приведенное значение сопротивления:
1. t=50°C, R=59,862 Ом, Rпр = 119,717 Ом.
2. t=55°C, R=61,124 Ом, Rпр = 120,979 Ом.
3. t=60°C, R=62,323 Ом, Rпр = 122,178 Ом.
4. t=65°C, R=63,458 Ом, Rпр = 123,313 Ом.
5. t=70°C, R=64,04 Ом, Rпр = 123,895 Ом.
6. t=75°C, R=65,176 Ом, Rпр = 125,031 Ом.
7. t=80°C, R=66,6 Ом, Rпр = 126,455 Ом.
Построим график зависимости значений сопротивления/ТЭДС от значений температуры и приведем его на рис. 6, 7.
Выводы
Как видно из таблицы 4, зафиксировано 7 пар значений, при этом:
Tmin = 50°C;
Tmax = 80°C;
Rmin = 59,862 Ом;
Rmax = 66,6 Ом.
Расчетное значение температуры существенно отличается от значения температуры по калибратору.
В ходе выполнения лабораторной работы:
1) Были изучены средства и методы измерения температуры.
2) Было произведено измерение температуры посредством термоэлектрического преобразователя.
3) Было произведено измерение температуры посредством термопреобразователя сопротивления.
