- •Измерение температуры с помощью терморезистора и термопары.
- •2.1. Цель работы
- •2.2. Введение
- •2.3 Описание экспериментальной установки
- •2.4. Задание
- •2.5. Подготовка к работе и проведение эксперимента
- •. Обработка результатов измерений
- •2.7. Отчет о работе
- •2.7. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Измерение давления с помощью поршневого и пружинного манометров
- •Цель работы
- •3.2. Введение
- •3.3. Описание стенда и манометров
- •3.4 Задание
- •3.5 Проведение эксперимента
- •3.6 Обработка результатов измерений
- •3.7. Отчет по работе
- •3.8. Контрольные вопросы
УДК
536.218
У 831
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Е. Е. Устюжанин, В. В. Буринский, В.И. Мирошниченко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Лабораторные работы № 2 и 3
Методическое пособие
по курсу
«Экспериментальные методы исследования »
для студентов, обучающихся по направлению “Техническая физика”
Москва Издательство МЭИ 2009
УДК
536.218
У-831
УДК 536.218.021.001.20(076.5)(062)
Утверждено учебным управлением МЭИ
Подготовлено на кафедре инженерной теплофизики
Рецензент: доц. Ковалев С.И.
Устюжанин Е.Е., Буринский В.В., Мирошниченко В.И.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЛАБОРАТОРЫЕ РАБОТЫ № 2 и 3. Методическое пособие по курсу «Экспериментальные методы исследования» / Под редакцией В.В. Махрова.- М.: Изд-во МЭИ, 2008.-14 с.
Рассматриваются методики измерения физических свойств вещества - температуры и давления. Изучаются средства измерения для определения : 1) температуры твердого тела, жидкости и газа, 2) давления в жидкости и газе. Дается описание экспериментальных установок и методов обработки результатов эксперимента.
Работа предназначена для студентов, обучающихся по направлению «Техническая физика» Института тепловой и атомной энергетики Московского энергетического института (ТУ).
Продолжительность каждой работы – 4 часа.
Московский энергетический институт, 2008
Лабораторная работа №2
Измерение температуры с помощью терморезистора и термопары.
2.1. Цель работы
Работа направлена: 1) на изучение методов измерения температуры с помощью терморезистора, термопары и цифрового термометра, 2) на освоение работы экспериментального стенда, 3) на выполнение градуировки термопары с помощью термометра сопротивления и 4) на поверку цифрового термометра.
2.2. Введение
Из курса физики известно, что электрическое сопротивление проводника R однозначно зависит от температуры T
R=R0(1 + (T - T0) + ...), (2.1)
где R0 - сопротивление проводника при температуре T0, выбранной за начало отсчета, температурный коэффициент электрического сопротивления.
На рис. 2.1 показан термометр сопротивления терморезистор 5, изготовленный из платиновой проволоки и включенный в цепь последовательно с катушкой 2, источником напряжения 3 и магазином сопротивлений 4.
Метод измерения температуры, T, вещества с помощью терморезистора состоит в том, что приводят термодатчик в состояние теплового равновесия с веществом, измеряют сопротивление резистора, R, и вычисляют температуру вещества по расчетному уравнению T(R).
На схеме (рис. 2.1) терморезистор 5 находится в контакте с водой. Блоки установки (катушка 2, источник напряжения 3 и магазин сопротивлений 4) позволяют оператору осуществить режимные и измерительные действия для получения первичных данных (R) для вычисления температуры по расчетному уравнению T(R).
Из курса физики известно, что термоэлектрическая сила (термоЭДС), которая возникает в замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В, зависит от разности температур между спаями, T=T-T0. ТермоЭДС, E, используется как первичный параметр для определения температуры вещества.
На рис. 2.1 показана термопара, у которой горячий спай 8 расположен в термостате и находится в тепловом равновесии с водой, температуру которой необходимо измерить. Холодные спаи 9 размещены в сосуде Дьюара при
Рис.2.1. Схема установки
температуре тающего льда равной 273,15 K. Между термоЭДС и разностью температур спаев существует однозначная связь, называемая эффектом Зеебека, в виде
E=SABT, (2.2)
где SAB коэффициент Зеебека, T
Метод измерения температуры, T, вещества с помощью термопары состоит в том, что приводят горячий спай термопары в состояние теплового равновесия с веществом, помещают холодные спаи в тающий лед, измеряют термоЭДС, Е, и вычисляют температуру вещества по расчетному уравнению T(E).
Для определения температуры по измеренным значениям E можно применять уравнение (2.2), если известно значение SAB. Наряду с этой зависимостью используется расчетное уравнение T(E) или градуировочная зависимость в форме полинома
T=b0 + b1E + b2E 2+…. (2.3)
Входящие в него коэффициенты (b0,b1,b2...) находятся с помощью статистической обработки результатов градуировочных опытов или градуировки.
В метрологии применяется зависимость E(T), называемая функцией преобразования. Она выбирается в виде полинома
E=a0 +a1T+a2 T2+..., (2.4)
где a0, a1, a2,... коэффициенты, определяемые с помощью статистической обработки результатов градуировки.
В лабораторной работе необходимо осуществить два метрологических эксперимента: 1) градуировка термопары и 2) поверка цифрового термометра.
В этих экспериментах в качестве эталона используется образцовый платиновый термометр сопротивления ПТС-10.
Во время градуировки термопары приводят в состояние теплового равновесия термометр сопротивления 5 и термопару 8. В итоге эти термодатчики находятся при одинаковой температуре. В заданном стационарном режиме измеряют термоЭДС E и сопротивление резистора R.
Во время поверки цифрового термометра 6 обеспечивают такое режимное условие, когда терморезистор 5 и цифровой термометр находятся в состоянии теплового равновесия. В заданном стационарном i - режиме измеряют Тцифр i по дисплею цифрового термометра и определяют сопротивление резистора Ri.
Измерение электрического сопротивления термометра осуществляют с помощью измерения: 1) напряжения Uт на резисторе 9 и 2) напряжения Uк на образцовой катушке 2. Величина сопротивления находят по соотношению
R= RкUт/Uк . (2.5)
Градуировка термопары предусматривает серию измерений (Еi,Uтi,Uкi) в нескольких стационарных i - режимах. По указанным первичным данным вычисляют значения (Тi) и находят расчетное уравнение T(E), или градуировочную зависимость термопары.
Путем аппроксимации опытных Еi,Тi – данных находят функцию преобразования E(T) для термопары.
В результате градуировки цифрового термометра вычисляют поправку цифр для цифрового термометра по формуле
цифр =T - Тцифр , (2.6)
где Т - температура, измеренная термометром сопротивления.
Значения цифр сравнивают с паспортными данными цифрового термометра.
Указанные метрологические эксперименты - поверка и градуировка проводятся на экспериментальной установке.