4.2. Содержание и порядок выполнения работы

В работе предлагается исследовать показатели тепловой инерционности термопары и термометра сопротивления в различных условиях их эксплуатации. В первом опыте надлежит измерить значения показателя инерционности датчиков, погружаемых непосредственно в горячую воду, а затем свободно охлаждающихся в спокойной воздушной среде комнатной температуры. Температуры горячей воды и открытой воздушной среды регистрируются в опыте вспомогательными термопарами. Во втором опыте датчики подвергаются той же процедуре, но на их рабочие концы предварительно надеваются дополнительные армирующие керамические или полимерные трубочки. В третьем опыте исследуются две термопары: одна – в штатном оформлении, а вторая – армирована на рабочем конце дополнительной полимерной (или керамической) трубочкой. Рабочие концы этих термопар монтируются в отверстиях дюралевого стерженька. Одна из них размещается в отверстии диаметром ~2,0 мм, а вторая (армированная дополнительной полимерной трубкой) размещается в отверстии диаметром ~3,5 мм. Стерженек вместе с термопарами размещается внутри ампулы-пробирки, которая затем опускается в горячую воду. Температура воды во всех опытах регистрируется вспомогательной термопарой. В этом опыте тепловая инерционность датчика должна наглядно проявиться в виде запаздывания показаний дополнительно армированной термопары относительно другой, неармированной.

Во всех опытах при обработке экспериментальных температурных кривых удается воспользоваться приведенными выше расчетными формулами и оценить показатели тепловой инерционности датчиков.

Порядок проведения указанных опытов сводится к выполнению следующих операций.

Опыт № 1

1. Получить у лаборанта или преподавателя лабораторный стенд, соединительный кабель и несколько температурных датчиков (две термопары и термометр сопротивления).

2. Установить лабораторный стенд на свое рабочее место.

3. Вставить одну из вилок RJ-45 соединительного кабеля в разъем “Ethernet” контроллера. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия до щелчка.

4. Вставить вторую вилку RJ-45 соединительного кабеля в компьютерную розетку RJ-45, находящуюся на стене рядом с электрической розеткой. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, (без усилия), до щелчка.

5. Подключить датчики (три термопары и один термометр сопротивления) к соответствующим гнездам блока “холодных спаев” лабораторного стенда. Их рабочие концы вставить в имеющиеся четыре отверстия массивного металлического стакана, постоянно находящегося в правом сосуде-термостате стенда при комнатной температуре. Напоминаем, что термопары подключаются к разъемам 1 – 4, а термометры сопротивления – к разъемам 5 или 6.

6. Вставить вилку сетевого шнура контроллера в электрическую розетку.

7. Залить в левый сосуд-термостат нагретую до 60…70 С воду (из имеющегося в лаборатории электрического чайника) и закрыть его крышкой. Вставить в одно из отверстий крышки вспомогательную термопару, вынув ее из отверстия стакана в правом сосуде-термостате. Эта термопара, находясь длительное время в воде, будет в стационарных условиях регистрировать ее температуру.

8. Включить питание контроллера. После включения питания на дисплее контроллера высветится меню “Исходные параметры”. По умолчанию в памяти контроллера установлен номер работы “1”, поэтому его в данной работе следует исправить на номер выполняемой работы.

9. Нажать командную строку “ДАЛЕЕ”. На дисплее появится “Главное меню”. В подменю «Эксперимент» следует задать параметры опыта: номер опыта; интервал между измерениями – 1 секунда; число шагов – 250. Следует помнить, что номер опыта в работе при каждом последующем эксперименте изменяется автоматически.

10. Начать опыт, для чего нажать “ВВОД” в меню “Эксперимент” и без промедления вставить в сосуд с горячей водой (через соответствующие трубочки) исследуемую термопару и термометр сопротивления. Для этого их следует вынуть из металлического стакана и опустить через трубочки на такую глубину, чтобы их рабочие концы заведомо погрузились в воду на ~30 мм.

11. Установить визуальное наблюдение за изменением номера текущих замеров показаний датчиков (по экрану контроллера). После 70…80-го замера быстро вынуть датчики из сосуда и до конца опыта продолжать держать их неподвижно в открытой воздушной среде так, чтобы концы каждого датчика оставались по возможности неподвижными и свободно омывались воздухом, не касаясь твердых предметов.

12. По окончании опыта вставить исследуемые датчики в соответствующие отверстия металлического стакана, чтобы они приняли комнатную температуру, ожидая при ней начала следующего опыта.

13. Нажать у контроллера крестик в правом верхнем углу меню “Эксперимент”, после чего на экране появится “Главное меню”

14. Передать экспериментальные данные проведенного опыта в базовый компьютер. Для этого следует нажать строку главного меню “Передача данных”.

Внимание! Контроллер сохраняет в памяти данные только одного опыта, поэтому не забывайте передавать данные на базовый компьютер после каждого опыта.

После завершения передачи данных контроллер готов к проведению следующего опыта.

Опыт № 2

15. Вынуть рабочие концы исследуемых датчиков из правого сосуда, надеть на них полимерные трубочки и снова опустить в центральное гнездо стакана.

16. Высветить на дисплее меню "Исходные параметры". Нажать командную строку “ДАЛЕЕ”. На дисплее появится “Главное меню”. В подменю «Эксперимент» следует задать параметры опыта: номер опыта; интервал между измерениями – 2 секунды; число шагов – 250.

17. Провести опыт, повторив операции 10 – 14 предыдущего опыта.

Опыт №3

18. В качестве тепловой ячейки следует воспользоваться тонкостенной металлической пробиркой и дюралевым стерженьком. При подготовке ячейки к опыту надлежит вставить рабочие концы исследуемых термопар в отверстия стерженька. Одну термопару предлагается вставить непосредственно в отверстие диаметром ~2,0 мм, а вторую армировать дополнительной трубочкой и вставить в отверстие диаметром ~3,5 мм. Металлическую пробирку можно предварительно опустить через центральное отверстие крышки в сосуд с горячей водой (без стерженька и термопар). Температура воды регистрируется, как и прежде, вспомогательной термопарой.

19. Высветить на дисплее меню "Исходные параметры". Нажать командную строку “ДАЛЕЕ”. На дисплее появится “Главное меню”. В подменю «Эксперимент» следует задать параметры опыта: номер опыта; интервал между измерениями – 1 секунда; число шагов – 250.

20. Начать опыт, для чего нажать “ВВОД” в меню “Эксперимент” и быстро опустить стерженек с термопарами внутрь пробирки (до дна).

21. По окончанию опыта выполнить операции 13, 14 по передаче данных в базовый компьютер.

22. Вынуть стерженек с термопарами из пробирки, убрать ее из сосуда и вылить из него воду. Привести стенд в исходное состояние для передачи лаборанту.

23. Отключить соединительный кабель от разъема “Ethernet” на контроллере и от компьютерной розетки.

24. Сдать лаборанту или преподавателю лабораторный стенд, соединительный кабель, температурные датчики (термопары и термометр сопротивления) и детали тепловой ячейки.

25. Произвести аналитическую обработку полученных экспериментальных данных, действуя согласно разделу 4.3.

В данной лабораторной работе предусмотрена возможность проведения опытов с термопарой в двойной тепловой изоляции, а также при охлаждении термопары в жидком азоте и ее последующем нагреве в дюралевом ядре. Эти опыты проводятся по индивидуальному заданию преподавателя.