V. Методика експерименту та опис приладів

Схема під’єднання диференціальної термопари до вимірювального приладу представлена на рис.10.7. Два провідника АВ і АСДВ із різних матеріалів мають спільні точки А і В, де вони зварені один з одним. До точок С і Д може підключатись мілівольтметр. По характеру застосовуваних матеріалів термопари діляться на дві групи:

1. Термопари із благородних металів і їх сплавів.

2. Термопари із неблагородних металів і їх сплавів.

Рис. 10.7.

Схема з’єднання

диференціальної термопари

В сучасній практиці при виготовленні термопар в якості від’ємних термопроводів найбільш застосовними є такі метали, як платина, вісмут, вольфрам; сплави алюмель, константан, копель та інші, в якості додатних - залізо, мідь, срібло, сурма, сплави золото-паладій, платинородій, хромель, ніхром та ін. Найбільш поширеними термопарами є: мідь-константанова і хромель-алюмелєва.

Мідь-константанова термопара відноситься до числа високочутливих термопар. Використовується вона в основному для вимірювання температур від -200 ^оС до 350 ^оС. Застосовувати термопару при температурах вище 350 ^оС в атмосфері повітря не рекомендується через швидке окислення міді.

Хромель-алюмелєва термопара відноситься до числа найбільш застосовних термопар. В порівнянні з іншими термопарами із неблагородних металів вона володіє великою стійкістю до окислення і придатна для вимірювання температур від -200 ^оС до 1100 ^оС. Чутливість термопари складає 40 мкВ/град. Зміна термо-е.р.с. з температурою проходить лінійно.

Дротини, з яких готуються термопари, можуть бути різного діаметру. Найбільше поширення отримали термопари з діаметром дроту 0,51 мм. Обумовлено це тим, що із збільшенням маси матеріалу збільшується теплова інерція термопар, а також теплообмін по дротах і відповідно збільшується похибка вимірювань.

Для вимірювання температури за допомогою термопари її приєднують до вимірного пристрою (мілівольтметру або потенціометру). Один спай термопари занурюється в дьюар з льодом, що плавиться (0 ^оС), а другий в середовище, температуру якого потрібно визначити. Якщо в якості вимірювального пристрою вибрали мілівольтметр, знімають його покази (U), а термо-е.р.с. визначається по формулі:

, (10.18)

де r_тп – опір термопари; r_пр – опір з’єднувальних проводів; r_mv - опір мілівольтметра. Щоб за відомою термо-е.р.с. визначити температуру треба спочатку термопару проградуювати, тобто поставити у відповідність величину термо-е.р.с. із значеннями різниці температур холодного і гарячого спаїв.

Градуювання термопари може бути зроблено двома способами в залежності від методу визначення температури робочого спаю термопари: градуювання шляхом порівняння з еталонними приладами (термометр опору, термопари та ін.), або градуювання по реперних речовинах. Перелік реперних речовин з показом характеру фазового переходу приведено в табл.1. Серед цих речовин є агресивні, тобто такі, які вступають у взаємодію з матеріалом термопари, і які хімічно не діють на матеріал термопари. В останньому випадку робочий спай термопари може бути занурений безпосередньо у речовину, внаслідок чого забезпечується хороший термоконтакт між термопарою і досліджуваною речовиною, що обумовлює високу швидкість сприйняття температури термопарою.

Термопари, що застосовуються при вивченні металів і їх сплавів, а також речовин, що діють агресивно на матеріал термопар (як вуглець на платину), занурюються в захисні ковпачки із кварцу, фарфору і речовин хімічно інертних до досліджуваного об’єкту. Застосування захисних пристосувань особливо необхідне при градуюванні по температурах тверднення металів для захисту термопар від взаємодії з розплавленими металами.

Рис. 10.8. Схема установки для

градуювання термопари

Перед тим, як приступити до градуювання термопари, необхідно з’ясувати, в яких температурних інтервалах вона буде використовуватися. Далі з допомогою таблиці вибрати реперні речовини і приступити до градуювання. Схему робочої установки наведено на рис.10.8.

На штативі 1 в затискачі 2, який може пересуватися вверх і вниз, закріплюють термопару, один спай якої занурюють в дюар з льодом, що плавиться, а другий опускають в кварцовий або графітовий тигель 4, встановлений на електроплитку (якщо потрібні високі температури, t>300 ^оС, то – в електропіч). В тигель кладуть реперні матеріали почергово і доводять їх до розплавленого стану, потім плитку виключають. В момент затвердіння розплавленого металу записують покази мілівольтметра. Треба пам’ятати, що при твердненні металу його температура деякий час залишається постійною, отже незмінними будуть і покази мілівольтметра. За відомими температурами плавлення реперних речовин і відповідними їм значеннями напруги, за формулою (10.18) визначають величину термо-е.р.с. та будують графік градуювання термопари.

Якщо потрібно проградуювати термопару за температур нижче 0 ^оС, в якості реперних речовин вибирають рідини (див. табл.10.1). Ці рідини наливають в пробірки, які потім опускають в дьюар з рідким азотом. Після затвердіння рідин, пробірки виймають з дьюара і почергово розміщують в них другий спай термопари. В момент плавлення фіксують значення термо-е.р.с.