Лабораторна робота № 3

Вивчення будови, принципу дії і повірка манометричних та термоелектричних термометрів

1. Мета роботи

Ознайомлення з будовою і принципом дії манометричних та термоелектричних термометрів та здійснення їх повірки. Набуття практичних навиків роботи з приладами.

2. Загальні теоретичні відомості

Манометричний термометр складається із термобалона 1, капілярної трубки 2 і манометричної частини 3 (рисунок 1.2). Вся система приладу заповнена робочою речовиною (газом, рідиною або конденсатом).

Термобалон приладу розміщений у зоні вимірювання температури. При нагріванні термобалона тиск всередині системи збільшується і сприймається манометричною трубкою, яка в свою чергу, через передавальний механізм діє на стрілку приладу.

Рисунок 3.1 – Будова манометричного термометра.

Початковий тиск в газових манометричних термометрах складає, як правило, 0,98 – 4,9 МПа, а рідинних 1,47 – 1,96 МПа.

Залежність тиску в системі газового манометричного термометра від температури визначається з виразу:

,

(1.4)

де - температурний коефіцієнт розширення газу;

t і t₀ – кінцева і початкова температури;

Р₀ – початковий тиск робочої речовини при температурі t₀.

Залежність тиску в системі рідинного манометричного термометра від температури визначається з виразу:

,

(1.5)

де - термічний коефіцієнт тиску, ⁰С^-1;

t – діапазон зміни температури;

 - коефіцієнт стиснення робочої рідини;

 - термічний коефіцієнт об’ємного розширення.

Рисунок 3.2 – Загальний вигляд лабораторної установки.

3. Порядок виконання роботи

   1. Включити термостат.

Принцип дії термоелектричних пірометрів оснований на ефекті виникнення електрорушійної сили в колі, зібраної з різнорідних провідників, якщо місця їх з’єднання мають різну температуру (рисунок 2.1).

Такі провідники називаються термопарами, а електрорушійна сила, яка виникає на холодних кінцях термопари - т. е. р. с.

Виникнення т.е.р.с. пояснюють дифузією вільних електронів з металу, де густина вільних електронів більша, в метал, де густина вільних електронів менша.

Електричне поле, яке виникне в місці спаю двох різнорідних металів, буде перешкоджати цій дифузії. Коли швидкість дифузійного переходу електронів стане рівною швидкості їх зворотнього переходу під впливом електричного поля, наступить стан, рухомої рівноваги. При такій рівновазі між металами виникає деяка різниця потенціалів:

Рисунок 2.1 - Рисунок 2.2 –

EAB(t,t0) = eAB(t)+eBA(t0),

(2.1)

E_AB(t,t₀) - сумарна т.е.р.с., яка визначається дією двох факторів.

E_AB(t), e_BA(t₀) - т.е.р.с., зумовлені контактною різницею потенціалів і різницею температур кінців провідників А і В.

При t=t₀,

EAB(t,t0) = eAB(t) - eBA(t0),

(2.2)

Підтримуючи температуру одного із спаїв постійною, дістанемо

EAB(t,t0) = f(t), t0 = const,

(2.3)

Т.е.р.с. термопари не змінюється від введення в її коло третього провідника, якщо кінці цього провідника мають однакову температуру (рисунок 2.2) це означає, що в коло термопари можна включати з’єднуючі провідники та вимірювальні прилади. Принципова схема термоелектричного пірометра показана на рисунку 2.4 при цьому термоелектродні провідники повинні мати ті ж термоелектричні властивості, що і з’єднюючі з їх допомогою електроди термопари, в противному випадку в місцях з’єднання провідників з електродами термопари може появитись т.е.р.с., яка може бути причиною систематичної похибки.

По ГОСТ - 3044 - 77 прийнято такі типи технічних термоелектричних перетворювачів (ТЕП) з металічними термоелектродами.

Платинородій (90% Pt + 10% Rh) платинові (тип ТПП). Нормальний режим роботи до 1000⁰С в міжнародній шкалі. Платина повинна бути настільки чистою, що виконуєтья умова:

R100 / R0 > 1,319,

(2.4)

де R₁₀₀, R₀ - опір провідника при температурі відповідно 100⁰ і 0⁰С.

ТПП надійно працюють в нейтральному і окислюючому середовищах, але швидко виходять з ладу у відновлюючому середовищі. ТЕП типу ТПП по жорсткості і постійності т.е.р.с. кращі з усіх, що випускаються.

ТПП поділяютья на еталонні, зразкові, робочі.

Платинородій (30% родія) - платинородієві (6% родія) ТЕП (ТИП, ТПР). Особливістю ТПР є те, що вони розвивають дуже малу т.е.р.с. (0,04мВ при 120⁰С і 0,002мВ при 20⁰С). Завдяки цьому відпадає необхідність у введенні поправки на температуру вільних провідників.

Хромель (89%Nі+9,8%C₂+0,2%P) - алюмелеві (94%Ni+2%Al+2,5%Mn +0,5%Fe+1%Si) ТЕП (тип ТХА). Границі вимірювання -50⁰1000⁰С. Великий вміст нікелю в сплаві забезпечує стійкість ТЕП проти окислення і корозії. Відновлююче середовище погано впливає на ТЕП типу ТХА.

Хромель - копелієві (56% Cu + 44% Ni) ТЕП (тип ТХК). Границі вимірювання -50⁰600⁰С. Із усіх стандартних ТЕП розвиває найбільшу т.е.р.с., що дає змогу виготовляти термоелектричні термометри з вузькою температурною шкалою.

Вольфрам - реній (5% ренія) - вольфрам - ренієвий (20% ренія) (тип ТВР) і вольфрам - реній (10% ренія) - вольфрам ренієвий (20% ренія) ТЕП використовується для вимірювання температур до 2300⁰С в нейтральному і відновлюючому середовищах, а також у вакуумі. Дані ТЕП використовують для вимірювання температури розплавлених металів.

Для вимірювання т.е.р.с. в комплектах термоелектричних термометрів використовують магнітоелектричні мілівольтметри і потенціометри.

Принцип дії магнітоелектричних мілівольтметрів оснований на взаємодії провідника, по якому тече струм, і магнітного поля постійного магніту.

Принцип потенціометричного методу вимірювання оснований на зрівноваженні (компенсації) т.е.р.с., яку вимірюють відомою різницею потенціалів, яка утворена додатковим джерелом струму.