В чем заключается градуировка термопары

В чем заключается градуировка термопары

Для получения надежных результатов измерений температуры с помощью термопар необходима не только предварительная градуировка термопар перед работой, но и периодическая проверка этой градуировки в процессе их использования.

Градуировка термопар производится в специальных учреждениях или непосредственно в лабораторных условиях. Она состоит в сличении показаний изготовленной термопары с показаниями эталонной (термометра сопротивления). При низких температурах могут быть использованы образцовые ртутные термометры.

Для градуировки термопар из сплавов «хромель — алюмель» проводятся эксперименты. Во время опыта измеряется обыкновенная вода с температурой от 0 до 100 градусов. В стеклянную емкость с водой помещаются термопара спаянным концом и стеклянный ртутный термометр. Свободные концы подключаются на клеммы аналагово-цифрового преобразователя, в котором происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой, вывод которого на экран монитора показаний термопар через специально разработанную программу под термопары. Экспериментально нашли значения ЭДС для 5 точек при 0, 20, 40, 60, 80, 100 0С. Используя результаты построили графики (на рис. 2.3 и 2.4) зависимости термоЭДС от температуры. Опыт проводился два раза, так требовалось сделать градуировку для двух комплектов термопар (рисунок 3.1 и рисунок 3.2).

Рисунок 3.1- График зависимости термоЭДС от температуры жидкости

Рисунок 3.2 — График зависимости термоЭДС от температуры жидкости

На рисунке 3.1 и 3.2 показана функциональная зависимость, предназначенная для градуировки хромель-алюмелевых термопар. Экспериментальные данные по напряжению и соответствующей ей температуре сформированы в таблице 3.5 и 3.6.

Таблица 3.5 — Данные градуировки термопар (0,1,2,3,4)

Таблица 3.6 — Данные градуировки термопар (5,6,7)

Аппроксимацией функции получены уравнения (3.1) перевода из мВ в t, °С по экспериментальным данным из таблицы 3.5 и 3.6.

t = 24,51E + 20,912 (3.1)

t = 25,063*E + 18,797 (3.2)

где Е — напряжение, мВ.

В данной работе для перехода от термоЭДС к температуре приняли 10С = 0,04 мВ

Инструкция по проведению опытов

Лабораторная работа выполняется группой студентов в количестве 10-14 человек под руководством преподавателя. В начале занятия студенты опрашиваются преподавателем по теории соответствующей лабораторной работы и порядке её выполнения, которые коротко изложены в настоящих методических указаниях. По окончании эксперимента результаты наблюдений, оформленные в виде таблиц, предъявляются преподавателю.

При выполнении очередной работы студенты должны представить преподавателю отчет по предыдущей работе.

Отчет по каждой лабораторной работе, в который входит как текстовая так и графическая части, должен грамотно оформляться на стандартных листах белой бумаги А4 (210х297 мм), сброшюрованных с титульным листом (см. образец) в соответствии с ГОСТ 19600-74 и на твердых носителях информации. В печатном варианте отчет должен быть отпечатан либо через один, либо полтора межстрочных интервала, одновременное использование двух вариантов не допускается. Нумерация страниц оформляется по центру внизу страницы. По всем четырем сторонам листа следует оставить поля: размер левого поля 30 мм, правого 15 мм, верхнего и нижнего полей не менее 20 мм. Текстовые документы оформляют в виде сброшюрованной пояснительной записки. В сквозную нумерацию страниц включаются приложения и список литературы, а также исполненные на отдельных листах рисунки, графики, диаграммы, таблицы и компьютерные распечатки формата А4.

В отчете должны быть отражены следующие пункты:

1) цель работы и задачи исследований;

2) краткое изложение теории по сути исследований;

3)принципиальная схема лабораторной установки или ее участка с краткими пояснениями о ее функционировании;

4)таблицы с результатами наблюдений и методология последующей математической их обработки;

5)графическая иллюстрация главных положений по результатам расчетно-экспериментальных исследований;

6)основные выводы, непосредственно вытекающие из результатов работы.

Над каждым столбцом в таблице необходимо указать, какие величины приведены в таблице и в каких единицах.

Графический материал, приведенный в отчете, должен удовлетворять следующим требованиям:

-графики выполняются в электронном виде и распечатываются на отдельных листах бумаги;

-графики должны быть занумерованы и иметь названия;

-если на одном графике приводятся результаты нескольких экспериментов, отличающихся условиями их проведения или опытными образцами, то для отметки экспериментальных точек следует пользоваться различными значками;

-графики должны сопровождаться объяснениями обозначений нанесенных точек;

— на осях графика следует указывать название или символ величины и единицы ее измерения, при этом, если измеряемые величины отличаются на много порядков от 1, то целесообразно представить их в форме с десятичным множителем (например, P*10-5 Па и т. д.);

-если на графике для сравнения с экспериментом приводится теоретическая кривая, то расчетные точки, используемые для ее построения, не должны быть видны на графике;

— кривые должны быть проведены плавно, через возможно большее число точек.

Графики должны быть наглядными, удобными и легко читаемыми. Это во многом зависит от удачной разметки осей графика, т. е. от правильного выбора масштаба и диапазона (интервала), в котором представляется исследуемая величина. Масштаб должен быть простым. Лучше всего, когда одному сантиметру (1 см) оси соответствует единица измеренной величины или ее значение, кратное 10. Возможен также масштаб, кратный 2 или 5.

Выбор начального и конечного значения шкалы на осях производится из условий более полного использования всего поля графика.

Основы термоэлектричества

Метод измерения температуры термопарами основан на явлении Зеебека: в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых различныхпроводников, возникает электрический ток, если в местах контактов поддерживается различная температура. Схема, иллюстрирующая принцип работы термопары (эффект Зеебека) представлена на рис. 1

Рисунок 1. Термопарасхема: A, B – различные проводники, T и T+dT – температуры спаев

Упрощенно возникновение ТЭДС в металлах и сплавах можно объяснить, опираясь на теорию электронного газа П. Друде. В модели, предложенной П. Друде, металл рассматривается как решетка атомов, на внешних орбиталях которых находятся валентные электроны, слабо связанные электромагнитными силами с ядром атома. Валентные электроны можно считать свободными частицами, так как они легко могут переходить от одного атома к другому. Эти электроны в металлах называют электронами проводимости. Система свободных электронов при отсутствии внешних воздействий находится в равновесии. Средняя скорость электронов равновесной системы равна нулю, хотя каждый из электронов обладает конечной энергией и скоростью, пропорциональной локальной температуре металла.

При изменении температуры вдоль проводника система электронов отклоняется от равновесного состояния. Средняя скорость электронов в области горячего конца проводника становится отличной от нуля, а вектор скорости направлен в сторону области с более низкой температурой. Поскольку электроны являются носителями заряда, наличие такой скорости приведет к возникновению электрического тока. Но электрическая цепь разомкнута, и поэтому электрический ток существует лишь до тех пор, пока в более холодной области не накопится заряд, достаточный для создания замедляющего электрического поля. Это поле противодействует дальнейшему накоплению заряда и в точности компенсирует влияние градиента температуры на среднюю скорость электронов. Когда достигается новое равновесное состояние, электрический ток в цепи исчезает.

Таким образом, при наличии градиента температуры в проводнике возникает электрическое поле, направленное навстречу градиенту температуры. Различие в числе электронов на концах проводника и ток в цепи существуют до тех пор, пока есть градиент температуры. Соответственно градиент потенциала электрического поля, собственно и являющийся ТЭДС, не может возникнуть без температурного градиента. Это основной механизм возникновения ТЭДС который называетсядиффузионной составляющей ТЭДС. Она доминирует в чистых металлах при температурах выше температуры Дебая и является основной составляющей ТЭДС, возникающей во всем температурном диапазоне применения для сплавов, содержащих несколько процентов легирующих элементов.

Величина ТЭДС E_A(T), возникающей на однородном участке проводника A, определяется как:

, (1)

где S_A(T) – локальная чувствительность участка проводника.
Из выражения (1) следует, что:

. (2)

Формула (2) выражает абсолютный коэффициент Зеебека локального участка – физическую характеристику любого электропроводящего материала, которая не зависит от наличия других материалов в цепи.

Зависимость ТЭДС от температуры для термопары, состоящей из изотропных термоэлектродов, представляется в интегральном виде:

. (3)

Коэффициент Зеебека пары проводников АВ S_AB представляет собой разность коэффициентов Зеебека материала А и материала В:

. (4)

Коэффициент Зеебека S_AB, характеризующий изменение E_AB в зависимости от температуры, называют также коэффициентом ТЭДС, дифференциальной ТЭДС или чувствительностью термопары. Для большинства пар металлов и сплавов S_AB имеет порядок 10–5–10–4 В/К.

На практике электроды термопар на разных участках своей длины имеют неодинаковый коэффициент ТЭДС. Это проявление неоднородности физических свойств реальных материалов и сплавов, обусловленной колебаниями их состава и структуры, получило название термоэлектрической неоднородности (ТЭН). Исходная ТЭН термоэлектродной проволоки возникает при ее изготовлении, развивается в процессе изготовления термопар и представляет собой, как правило, небольшие колебания ТЭДС. У отработавших некоторое время термопар ТЭН термоэлектродов является результатом наложения исходных неоднородностей и неоднородностей, развивающихся в процессе эксплуатации вследствие ряда причин: изменения состава сплава за счет избирательного окисления, испарения или связывания в соединения отдельных элементов сплава; поглощения элементов извне при взаимодействии с изолирующими материалами и окружающей средой; рекристаллизации, роста зерна; превращений в твердом состоянии (упорядочения, распада твердого раствора). Неоднородность может возникнуть в любое время в процессе использования термопары.

Любой неоднородный термоэлектрод можно рассмотреть, как цепь нескольких локально однородных участков произвольной длины и с заданными температурами на концах. В этом случае напряжение, возникающее на концах термопары, – это сумма ТЭДС от всех участков с различной температурой на концах (см. формулу 3). На участках с постоянной температурой ТЭДС не генерируется.

(5)

Применение методики поверки, изложенной в ГОСТ 8.338-2002, при периодической поверке ранее эксплуатировавшихся, а значит неизбежно приобретших термоэлектрическую неоднородность термоэлектрических преобразователей, зачастую приводит к заведомо ложным результатам. Так реально поверка по ГОСТ 8.338-2002 производится при глубине погружения 250-300 мм и её результаты будут действительны только для этой глубины погружения, при этом термопары в условиях эксплуатации помещаются в печь на 500мм и более. Участок основного градиента температур, как правило, приходится на часть термопары, расположенную в зоне футеровки печи. Что иллюстрирует рисунок 2. Следовательно, участок длиной 250-300 мм расположен в зоне практически равномерной температуры и генерируемая на нём величина термо-э.д.с. значительно меньше, чем на участке основного градиента.

Можно утверждать, что термопара, помещенная в печь на большую глубину, чем при поверке, будет давать показания ближе к истинным, а результат поверки нельзя учитывать в качестве поправки к её показаниям. Тем более нельзя применять ранее использовавшуюся термопару на глубине погружения меньшей той, при которой проводилась поверка.

Градуировка термопары

Согласно ГОСТ 8.585 и МЭК 60574 градуировки термопар имеют буквенные коду K,J,N, T, S, R, B в зависимости от химического состава термоэлектродов. В следующей таблице приведены обозначения градуировок термопар, диапазон в котором нормирована НСХ каждого типа градуировки термопар и цветовая маркировка удлинительных проводов термопар.

Эскиз провода

НСХ нормирована в диапазоне температур

Цветовая маркировка
по МЭК 60584:3-2007

Градуировка термоэлемента

Работа выхода электрона из металла. Контактная разность потенциалов между соприкасающимися металлическими проводниками, причины возникновения. Явление термоэлектричества (эффект Зеебека). Термопара, ее чувствительность, применение и градуировка.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	28.11.2012
Размер файла	98,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 208

Работа выхода электрона из металла

Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном тепловом движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большой кинетической энергией, могут вырваться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу как против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникающего в металле в результате их вылета, так и против сил отталкивания со стороны ранее вылетавших электронов, образующих вблизи поверхности проводника электронное «облако». Между электронным газом в металле и электронным «облаком » существует динамическое равновесие.

Работу, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в безвоздушное пространство, называют работой выхода. Работа выхода совершается электронами за счет уменьшения их кинетической энергии. Поэтому понятно, что медленно движущиеся электроны вырваться из металла не могут.

Недостаток электронов в металлическом проводнике: и их избыток в окружающем пространстве, образовавшиеся в результате вылета части электронов из металла, проявляются только в очень тонком слое по обе стороны от поверхности проводника. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям в металле. В первом приближении можно считать, что поверхность металла представляет собой двойной и электрический слой, подобный весьма тонкому конденсатору. Разность потенциалов между обкладками такого конденсатора зависит от работы А выхода электрона из металла:

где е — абсолютная величина заряда электрона.

Электрон, вылетая за пределы металла, должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя.

Характеризующую это поле разность потенциалов принято называть поверхностным скачком потенциала, или контактной разностью потенциалов между металлом и окружающей средой.

Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности; загрязнения, следы влаги и пр. изменяют ее величину. Для чистых металлов работа выхода колеблется в пределах нескольких электрон-вольт.

Контактная разность потенциалов. Законы Вольта

Возникновение контактной разности потенциалов между соприкасающимися металлическими проводниками было открыто в конце 18 века итальянским физиком А. Вольта. ОН экспериментально установил следующие два закона (Законы Вольта):

При соединении двух проводников, изготовленных из
различных металлов, между ними возникает контактная разность
потенциалов, которая зависит только от их химического состава
и температуры.

Разность потенциалов между концами цепи, состоящей из последовательно соединенных металлических проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников. Она равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

Классическая электронная теория проводимости металлов позволила объяснить законы Вольта и найти выражение для контактной разности потенциалов.

Рассмотрим контакт различных металлов I и 2 (рис. I). Обозначим работу выхода электронов из первого металла через А1, а из второго — через А2 . Наиболее быстрые электроны при хаотическом тепловом движении будут переходить через поверхность контакта из первого металла во второй и из второго — в первый. Однако, если А1 ? А2 , то электронам при прочих равных условиях, труднее выйти из первого металла, чем из второго. Очевидно, что в результате взаимных переходов электронов в первом металле появится избыток, а во втором — недостаток. Таким образом, возникает контактная разность потенциалов между металлами.

Найдем работу (А12), которую нужно совершить для переноса электрона из металла I в металл 2.

Из потенциальности электростатического поля следует, что сумма работ, совершаемых при перенесении электрона вдоль замкнутого пути авсda, равна нулю, т.е. рис.1

При этом учитывалось, что работа на пути сd равна нулю, Следовательно,

Контактная разность потенциалов между двумя соприкасающимися металлами, возникающая из-за различной величины работ выхода электронов из этих металлов равна:

Знак «минус» в этой формуле стоит потому, что при А1> А2 < т.е. первый металл заряжается отрицательно, а второй — положительно. В формуле (3), как и во всех последующих формулах этой главы, е обозначает абсолютную величину заряда.

Вторая причина появления контактной разности: потенциалов между металлами I и 2 связана с представлением об электронном газе в металлах, как об идеальном газе. Давление идеального газа, как известно равно:

где n0 — число молекул (в нашем случае — число электронов) в единице объема, К — постоянная Больцмана. Таким образом, если даже температуры обоих металлов одинаковы, но n01? n02, то д а в л е н и е электронного газа в этих металлах различны. Если, например, P1>P2, то под действием перепада давлений P1-P2 электроны будут переходить из первого металла во второй в большем количестве, чем из второго в первый. Это будет происходить до тех пор, пока электрическое поле, возникающее вследствие преимущественного диффузионного перехода электронов, не компенсирует своим противодействием влияния перепада давления. Контактная разность потенциалов , которая возникает на границе двух металлов в результате диффузионного перехода электронов, выражается формулой:

Из формул (3) и (4) следует, что полная контактная разность потенциалов =-между двумя металлами равна:

Формула (5) является математическим выражением первого закона Вольта. Так как она показывает, что — зависит только от температуры и

химической природы контактирующих металлов.

Для доказательства второго закона Вольта рассмотрим, например,

цепь, состоящую четырех последовательно соединенных металлических проводников (рис.2). Предположим, что температура во всех проводниках одинакова.

Разность потенциалов между концами цепи равна алгебраической сумме скачков потенциалов во всех контактах:

Пользуясь уравнением (5) найдем:

или -=-+т.е. действительно не зависит от природы промежуточных проводников.

Оценим порядок величины обоих членов, входящих в формулу (5). Так как работа А1 и А2 у различных металлов лежит в пределах нескольких электронвольт, то ?1в. Если считать, что n0 приблизительно равно числу атомов металла, заключенных в единице объема, то отношение лежит в пределах единицы и ?1. Поэтому второй член в формуле (5 ) по порядку величины равен:

Следовательно, при комнатной температуре ?0,03В, т.е. «

Опыт показывает, что практически не зависит от температуры, в то время как возрастает прямо пропорционально абсолютной температуре (если пренебречь более слабой зависимостью от температуры).

Явление термоэлектричества (эффект Зеебека)

Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из двух металлических проводников I и 2 (рис.3).

Электродвижущая сила, приложенная в этой цепи, равна алгебраической сумме всех скачков потенциала:

Если температура обоих спаев одинакова, т.е. Та= Тб=Т, то на основании уравнения (5) имеем:

В замкнутой цепи, образованной из нескольких металлических проводников, все спаи которой находятся при одинаковой температуре, невозможно возникновение электродвижущей силы за счет одних только контактных скачков потенциала.

Иначе обстоит дело, если температура спаев а и б различна, например, Та >Т б. Тогда по уравнению (5)

где =. Величина является постоянной, характеризующей свойства контакта данных двух металлов.

В этом случае в замкнутой цепа появляется так называемая терм о электродвижущая сила, прямо пропорциональная разности температур обоих спаев. Благодаря возникшей термоэлектродвижущей силе в такой цепи возникает ток, направление которого при n01 < n02 указано стрелками на (рис.3). Для поддержания постоянного тока необходимо обеспечивать постоянство разности температур спаев, т.е. к более нагретому спаю нужно непрерывно подводить тепло, а от холодного — непрерывно его отводить. В данном случае происходит преобразование внутренней энергии системы в электрическую, которое находится в полном соответствии со вторым законом термодинамики: для осуществления этого преобразования энергии используются два источника тепла (нагреватель и холодильник). Коэффициент полезного действия замкнутого цикла описывающего подобное преобразование внутренней энергии в электрическую, невелик и составляет 0,1%. Весьма мала и термоэлектродвижущая сила, не превышающая нескольких милливольт при разности температур спаев) (Та-Тб), равной 100°С»

Термопара» Термоэлектрические явления в металлах в настоящее время широко используются главным образом для измерения температуры. Для этой цели применяются термоэлементы или термопары , представляющие собой две проволоки, изготовленные из различных металлов или сплавов, с известным значением коэффициента, в уравнении (6). Концы этих проволок сварены (рис. 4). Один спай помещен в среду, температуру которой T1 нужно, измерить а второй — в среду с известной постоянной температурой T2 (например, в сосуд Дьюара с тающим льдом). Термопары имеют ряд преимуществ перед обычными термометрами: они позволяют измерять температуру в широком интервале от десятков до тысяч градусов абсолютной шкалы. Термопары обладают большой чувствительностью и поэтому дают возможность измерять очень малые разности температур (до 10-6градуса). Так, термопары железо — константан применяются для измерения температур до 500°С и имеют чувствительность * 5,3 10-5 В/град» Термопары платина — платинородий (90% платины и 10% родия) имеют чувствительность 6 10-6 В/град и применяются для измерения температур от самых низких до тысяч градусов.

С помощью термопары можно не только измерять температуру, но и следить за ее изменением во времени. Возможность установить гальванометр на значительном расстоянии от термопары; позволяет с успехом применять термопары в контрольных и автоматических устройствах (терморегуляторы и т.п.).

Для увеличения чувствительности термопар применяются их последовательные соединения, называемые термобатареями или, термостолбиками.

Эффект Пельтье. При пропускании электрического тока через цепь, состоящую из двух различных спаянных металлов, происходит не только их нагревание: в следствии выделения джоулевой теплоты, но и добавочное выделение теплоты в одном из спаев, в то время как другой спай охлаждаемся (рис. 5). Если направление электрического тока совпадает с направлением термоэлектрического, возникающего при условии Та>Тб (рис.3), то происходит нагревание спая б и охлаждение спая а. При изменении направления электрического тока на обратное спай б охлаждается, а спай а нагревается. Это явление было открыто Пельтье в 1834 г. и называется ЭФФЕКТОМ ПЕЛЬТЬЕ

Явление Пельтье так же, как и появление термоэлектрической ЭДС, связано с возникновением контактной разности потенциалов на границе двух металлов. Предположим, что металл I спая зарядится отрицательно, а металл 2 этого спая — положительно. Тогда при направлении тока, указанном на рис. 5, электроны в спае движутся в направлении 1 2 испытывают под действием электрического поля контакта дополнительное ускорение. Кинетическая энергия электронов возрастает за счет внутренней энергии спая. Поэтому внутренняя энергия спая уменьшается, и его температура понижается. В спае б происходит обратное явление — проходящее через него в направлении 2 1 электроны замедляются электрическим полем контакта. При этом они отдают часть своей энергий, спаю б, температура которого повышается. Очевидно, что при изменении направления тока на противоположное спай будет нагреваться, а спай б — охлаждаться.

Явление Пельтье; можно использовать для устройства холодильной машины. Однако экономичность такой машины, основанной на эффекте Пельтье в металлах, очень мала. Значительно, более экономичным являются полупроводниковые холодильные устройства.

Применение термопары для определения температуры возможно в случае, если известна зависимость возникающей в ней термоэлектродвижущей силы (термоэдс) Ет от разности температур ее контактов (спаев). Термоэдс связана с величиной термотока Jт согласно закону Ома формулой:

где r- внутреннее сопротивление самого термоэлемента, а

R0- сопротивление цепи, на которую замкнут этот термоэлемент.

Согласно равенству (6) ET = * T,

поэтому*T=JT*R, =-чувствительность термоэлемента, численно термо ЭДС при разности температур спаев в один градус.

если R=r+R0 есть величина постоянная.

G- зеркальный гальванометр

Rш- постоянное сопротивление (на переднюю панель установки не выведено)- шунт гальванометра;

а,б — спаи термопары: А — сосуд Дьюара, наполненный водой при комнатной температуре: В — колба, наполняемая водой, нагретой до точки кипения; К — выключатель

Установление экспериментальным путем зависимости ET и следовательно? JT от разности температур спаев термоэлемента называется градуировкой термопары.

Градуировка термопары сводится к следующему: поддерживая один спай термопары во время эксперимента при одной и той же температуре, другой спай приводят в соприкосновение со средой, температуру которой можно изменить; записывают обнаруженный чувствительным гальванометром термоток -Jт , соответствующий разности температур спаев термопары .Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс значения , а по оси ординат — соответствующие им значения Jт .

Градуировку термопары можно производить с помощью установки (рис.6)

Измерения следует проводить в следующем порядке.

Нагреть на электроплитке воду в колбе до температуры кипения. Электроплитка включается в сеть с напряжением 220 в.

Держатель термоэлементов и проводов термопары поднять, насколько возможно, освободив удерживающий винт. Поставить колбу с нагретой водой под правый спай. Осторожно отпустить держатель, чтобы спаи с термометрами оказались погруженными в воду.

Правый спай — в нагретую воду в колбе;

Левый спай — в воду при комнатной температуре в сосуд Дьюара.

Включить осветительное устройство зеркального гальванометра в сеть с напряжением 220 вольт.

Определить по термометру температуру левого (холодного) спая термопары t00с, которая в процессе эксперимента неизменна.

Включить выключатель К.

6. Определить 5-6 показаний светового указателя гальванометра n (в делениях шкалы), соответcтвующих различным температурам правого (остывающего горячего) спая t (примерно через каждые 10°). Для более быстрого понижения температуры горячего спая горячую воду в колбе следует разбавлять холодной. Результаты измерений занести в таблицу 2.

7.Закончив измерения, выключить осветительное устройство зеркального гальванометра.

8. На основании опытных данных построить градуировочный график, выражающий зависимость n=f(), т.е. откладывая по оси абсцисс значения разности температур спаев , а по оси ординат — соответствующие им показания гальванометра n, пропорциональные термотоку.

Градуировки термопар

Гр. ХК; Гр. ХА; Гр. ПП; Гр. ПР _30/6 ; Гр. ВР _5/20.

Положительным является электрод, материал которого стоит первым в градуировке, отрицательным — второй.

Компенсационные провода

Применение компенсационных проводов позволяет как бы удлиннить термопару и перенести ее свободные концы на вход вторичного прибора. Их изготавливают из материалов, которые развивают ту же термо э.д.с., что и сама термопара.

Например, для ТХК применяют хромель-копелевые провода, а для ТХА один провод — медный, а другой — константановый (60% Cu + 40% Ni).

Автоматический электронный потенциометр КСП-4

КСП — 4 предназначен для измерения, записи и сигнализации температуры, работает в комплекте с термопарами. Монтируется на щите управления в операторной.

Рис. Принципиальная схема потенциометра КСП-4

Устройство:

ИМ – измерительный мост;

ИПС – источник питания стабилизированный;

РД – реверсивный двигатель;

СД – синхронный двигатель;

РУ – регистрирующее устройство;

ЭУ – электронный усилитель;

Rр – реохорд (калиброванное манганиновое сопротивление);

Rш – шунт реохорда (служит для ограничения тока, протекающего через реохорд);

R – резистор для подгонки сопротивления реохорда к расчётному значению;

Rд – переменный резистор ( для регулирования рабочего тока ИПСа);

Rн — резистор для подгонки начала шкалы;

Rп – резистор для подгонки конца шкалы;

ПК – преобразующий каскад;

УН – усилитель напряжения;

УМ – усилитель мощности;

Rк – медное сопротивление (устраняет погрешность от изменения температуры окружающей среды).

Rф1, Cф1–Г- образные фильтры, предназначены для устранения помех, возникающих в цепи

Rд – переменный резистор ( для регулирования рабочего тока ИПСа)

Принцип действия основан на потенциометрическом (компенсационном) методе измерения. Он заключается в уравновешивании неизвестной, измеряемой термо э.д.с. термопары известным падением напряжения в измерительной диагонали моста.

Работа

Измеряемая т.э.д.с. термопары сравнивается с напряжением в диагонали bd мостовой схемы. В диагональ aс подключен ИПС. При работе потенциометра разность т.э.д.с. термопары и напряжения, снимаемого с диагонали bd мостовой схемы, подается на вход усилителя. Если измеряемая т.э.д.с. равна этому напряжению, то сигнал на входе усилителя равен нулю. При этом схема находится в равновесии.

При изменении температуры в объекте изменяется т.э.д.с. на концах термопары, равновесие системы нарушается, и на вход усилителя подается напряжение разбаланса постоянного тока. Оно преобразуется в ПК в переменное напряжение, усиливается по напряжению и мощности и приводит в действие РД, который перемещает двигатель до тех пор, пока схема не уравновесится. СРД связаны также стрелка и перо. Синхронный двигатель вращает диаграммную бумагу.

На шкале потенциометра обязательно указывается градуировка термопары, предназначенной для работы в комплекте с этим прибором (Гр. ХК; Гр. ХА; Гр. ПП). К многоточечному потенциометру с помощью компенсационных проводов может быть подключено до 12 однотипных термопар.

Типы потенциометров:

КСП – 1; КСП – 2 –малогабаритные потенциометры с ленточной диаграммой;

КСП – 3 – с ленточной диаграммой;

КСП – 4и – со складывающейся диаграммой, в искробезопасном исполнении.

В последнее время в цехах ОАО «НКНХ» для измерения температуры широко применяются следующие вторичные приборы:

Ш-711 – групповой многоканальный измерительный преобразователь, работает с сигналами термопар и термометров сопротивления, а также с унифицированными сигналами тока 0-5; 0-20; 5-20мА и напряжения 0-10В постоянного тока. Возможно подключение до 60 датчиков.

Милливольтметр

Милливольтметры служат для измерения температуры, работают в комплекте с термопарами. Термопары монтируются по месту на аппаратах и в трубопроводах. Милливольтметры монтируются на щите управления в операторной.

ЭДС термопары зависит от разности температур горячего и холодного спаев термопары. Горячий спай находится в измеряемой среде. Холодный спай находится с наружной стороны аппарата, под влиянием температуры окружающего воздуха. Если зимой температура холодного спая доходит до -40 0 С, летом до +40 0 С, то показания милливольтметра зимой и летом будут отличаться на 80 0 С. Чтобы устранить влияние температуры холодного спая на показания милливольтметра, термопара к милливольтметру подключается при помощи компенсационных проводов. Компенсационные провода изготавливают из такого же материала, что и термопара, поэтому холодный спай термопары переносится на заднюю стенку, к клемме милливольтметра. Так как милливольтметр находится в операторной, температура холодного спая изменяется не более, чем на 15 0 С. Остаточное изменение температуры холодного спая устраняется при помощи компенсатора. Компенсатор – это полупроводниковый резистор, с обратным сопротивлением.

Если к милливольтметру подключается несколько термопар, то все термопары должны быть одной градуировки, совпадать с градуировкой милливольтметра. В данном случае термопары подключаются через переключатель.

По внешнему виду милливольтметры и логометры ничем не отличаются. Они определяются по градуировкам: гр.21, гр.22, гр.23, гр.24, 10П, 50П, 100П, 50М, 100М относятся к логометрам. Гр. ХА, гр. ХК, гр. ПП, гр. ПР, гр. ВР относятся к милливольтметрам. Градуировка наносится на шкале прибора.

Устройство

Устройство милливольтметра такое же, как у логометра, отличается тем, что милливольтметр состоит из одной рамки, а логометр из двух рамок.

При увеличении температуры ЭДС термопары возрастает и подводится по двум спиральным пружинам 3 к рамке Р1. При этом ток через рамку возрастает и возрастает магнитное поле рамки. За счёт взаимодействия магнитного поля рамки и магнитного поля постоянного магнита 4 возникает вращающий момент рамки, стрелка 1 поворачивается в сторону максимума. При уменьшении температуры ЭДС термопары уменьшается, ток через рамку и магнитное поле рамки уменьшается. За счёт спиральной пружины стрелка поворачивается в сторону нуля. В некоторых случаях для увеличения чувствительности милливольтметра рамку подключают в мостовую схему.

Компенсатор 7 работает следующим образом: допустим, что температура холодного спая уменьшилась, при этом ЭДС термопары возросла бы. Если не было бы компенсатора, показание милливольтметра возросло бы. При уменьшении температуры сопротивление компенсатора возрастает, что препятствует возрастанию тока через рамку, показание милливольтметра остаётся без изменений. Другой пример: при повышении температуры холодного спая ЭДС. термопары уменьшается, показание милливольтметра уменьшилось бы, при этом сопротивление компенсатора уменьшается и не даёт уменьшения тока через рамку, показание милливольтметра также остаётся без изменения. Чтобы не было перекомпенсации, для уменьшения влияния компенсатора подключен шунтовый резистор 8. Добавочный резистор 6 служит для настройки максимума и для изменения предела измерения милливольтметра.

На передней части милливольтметра имеется корректор нуля, который действует на спиральную пружину. На задней стенке имеется арретир, который служит для фиксации стрелки прибора при транспортировке.