Реферат: Изучение способов измерения температуры
Лабораторная работа.
«Изучение способов измерения температуры»
Цельработы: углубить знания по курсу общей теплотехники и получить навыкиэкспериментального определения температуры тел.
Вработе необходимо:
1.Измерить температуру нагревательной поверхности, окружающей среды и воды вколбе с помощью ртутного термометра, хромель-копелиевых термопар, милливольтметраи потенциометра.
Теоретические основы.
Температурахарактеризует тепловое состояние тела и измеряется в градусах. Температура телаизменяется пропорционально средней кинетической энергии поступательногодвижения молекул. Численное значение температуры зависит от выбраннойтемпературной шкалы.
Втехнике температура измеряется по Международной стоградусной шкале /шкалаЦельсия/ и обозначается через t, />С. В этойшкале при нормальном давлении /760 мм рт. ст./ состоянию тающего льдасоответствует температура 0 />С, а точкекипения воды — 100/>С. Для измерениятемпературы используется также термодинамическая шкала температур /шкалаабсолютных температур, или шкала Кельвина/. Нуль абсолютной шкалы температурсоответствует значению t=-273,15 />С.
Абсолютнаятемпература тела
Т, К=t, />С/>+273,15 /1/
ВСША и Англии для измерения температуры применяют шкалу Фаренгейта. На этойшкале /t/>,F/ температура таяния льда и температура кипения водыобозначены соответственно через 32/> и 212/> для перевода показаний этойшкалы в />С и обратно служатсоотношения:
t/>С=/>(t/>,F-32); t/>F=/>(t/>С+32) /2/
Параметромсостояния является абсолютная температура.
Температуруизмеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойстважидкостей, газов и твердых тел. В табл. 2 приведены наиболее распространенныеустройства для измерения температуры и практические пределы их применения.
Ртутныестеклянные термометры основаны на свойстве тел изменять свой объем взависимости от температуры. В качестве термометрического тела чаще всегоприменяют ртуть и спирт.
Приточных измерениях температуры при помощи ртутных термометров к их показаниямвводятся следующие поправки:
/1/основная /инструментальная/ поправка />t
/2/поправка на температуру выступающего столбика ртути />t/>/>
/3/поправка на смещение положения нулевой точки />t/>
Вобщем случае определение действительной температуры среды по показаниямртутного термометра t' производится согласно равенству:
t= t'+/>t+/>t/>+/>t/>. /3/
Притемпературах выше 150-200 />С ртутныетермометры применяются редко.
Внастоящее время для измерения температуры получили широкое применение термопары/термоэлектрические преобразователи/.
Термоэлектрическийметод измерения температуры основан на использовании зависимоститермоэлектродвижущей силы от температуры.
Термопарапредставляет собой 2 разнородных проводника, составляющих общую электрическуюцепь /рис. 1/. Если температуры мест соединений (спаёв) проводников t/> и t/> неодинаковы, то возникает термо-Э.Д.С. и по цепипротекает ток. Величина термо-Э.Д.С. тем больше чем больше разность температур.
/>/>
рис. 1. Схема измерения показаний термопары с помощьюмилливольтметра
газ
2
1
/>/>/>/>рис. 2. Схема измерения разности температур газа припомощи дифференциальной термопары.
Вкачестве материалов для термопар используется проволока диаметром от 0,1 до 0,2мм. Наиболее распространены следующие пары металлических проволок:
1. Платина и платинородий / 90% Pt и10% Pr /. Этатермопара является эталонным прибором.
2. Хромель /90% Ni и 10% Cr / и алюмель /95% Ni и 5% Al/. На каждые 100 />СтермоЭ.Д.С. этой термопары составляет около 4 мВ.
3. Хромель и копель /56% Cn и 44% Ni/. На каждые100 />С термоЭ.Д.С этой термопарыприходится около 7 мВ.
4. Медь и константан /60% Cn и 40% Ni/. На каждые100 />С термоЭ.Д.С этой термопарыприходится около 4,3 мВ.
Приизмерении температуры один спай цепи термопары, так называемый холодный спай,находится при 0 />С (в тающем льде всосуде Дюара), а другой – горячий в среде, температуру которой надо измерить.
Таккак термоЭ.Д.С. термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего ихолодного), то термопары часто применяются для измерения разности температур вдвух точках – так называемая дифференциальная термопара (рис. 2). В этомслучае в схеме отсутствует холодный спай и термоЭ.Д.С. с некоторой известнойЭ.Д.С. вспомогательного источника тока.
Описание экспериментальной установки и методикапроведения измерений.
Экспериментальнаяустановка состоит из горизонтальной поверхности нагрева с эл. нагревателем,устройств для измерения температуры (ртутный термометр), хромель-копелиевыетермопары, потенциометр, милливольтметр.
Потребляемаямощность электрического нагревателя измеряется ваттметром. Регулированиемощности осуществляется при помощи лабораторного автотрансформатора. ИзмерениеЭ.Д.С. термопар производится с помощью потенциометра постоянного тока.
Атмосферноедавление измеряется барометром, а относительная влажность воздуха –психрометром.
Методика проведения опытов и обработка
результатов измерений.
Приознакомлении с экспериментальной установкой необходимо проверить правильностьвключения измерительных приборов и установить стрелки приборов на нуль.
Порядок выполнения работ следующий:
1. Включить нагреватель и посленаступления стационарного режима работы установки измерить температуруповерхности нагревателя с помощью милливольтметра и потенциометра.
2. Поставить колбу с водой нанагревательную поверхность и довести воду до кипения, измеряя при этомтемпературу с помощью
3. Действительную температуру воздухав лаборатории при измерении ртутным термометром определяем по формуле /3/.
4. Основная поправка />t=0,5 /указываетсяв аттестате термометра/.
Поправкуна температуру выступающего столбика ртути рассчитываем по уравнению
/>t/>= n/>) /4/
где n – число градусов в выступающем ртутном столбике;
/> -коэффициент видимого расширения ртути в стекле
/> 1//>С
t’ – температура,показываемая термометром, />С
t/> - средняя температура выступающего столбика ртути.
Поправкуна смещение положения нулевой точки определяем с помощью уравнения:
/> /5/
где t/> и t/> - температуры, соответствующие положению нулевойточки термометра по аттестату /после нагрева в термостате/ и после очереднойпроверки нуля в эксплуатации / t/>=0,1/>С и послеt/>=-0,1/>С /,
Показания приборов и результаты вычислений необходимозанести в таблицу 1.
Построить температурный график нагрева воды.
Построить градуировочный график E=f(t).
Практические пределы применения наиболеераспространенных устройств для промышленных измерений температур.
Термометрическое свойство Наименование устройства Пределы длит. пр. нижний верхний Тепловое расширение Жидкостные стеклянные термометры -190 600 Изменение давления Монометрические термометры -160 600 Изменение электрического сопротивленияЭлектрические термометры сопротивления.
Полупроводниковые термометры (термисторы, теморезисторы)
-90 180 Термоэлектрические эффекты /термоЭ.Д.С./Термоэлектрические термометры
Термопары/стандартизированные
Термоэлектрические термометры
Термопары/специальные
1300 2500 Тепловое излучениеОптические тпирометры
Радиационные пирометры
Фотоэлектрические пирометры
Цветовые пирометры
700
20
600
1400
6000
3000
4000
2800
Контрольные вопросы:
1. Что называется температурой?
2. Как получены температурные шкалы?(Цельсия, Кельвина, Фаренгейта).
3. Соотношение между температурнымишкалами.
4. Как определить действительнуютемпературу.
5. Что такое термопара?
6. Виды приборов для измерениятемпературы и принцип их действия
ЛИТЕРАТУРА:
1. Лариков Н.Н. «Теплотехника».
2. Термо- и влагометрия пищевыхпродуктов. Справочник под ред. И.А. Рогова М., 1988 г.