лабораторная работа. Цель лабораторной работы
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Цель лабораторной работы: изучить назначение, принцип действия и конструктивные особенности термоэлектрических преобразователей. Задачи: 1) изучить теоретический материал лабораторной работы; 2) провести измерительный эксперимент; 3) провести оценку результатов измерительного эксперимента. Теоретическая часть Измерения температуры с помощью термоэлектрического преобразователя базируется на эффекте возникновения разности потенциалов по обе стороны от границы контакта двух проводников (полупроводников), изготовленных из различных материалов, если места соединения (спаи) проводников имеют разные температуры. Механизм возникновения разности потенциалов по обе стороны от границы контактов проводников объясняется различием в плотностях электронного газа этих проводников (рис.1).  Рисунок 1 Проводник 1 имеет большую плотность электронного газа, чем проводник 2. В этом случае из проводника 1 будет осуществляться переход электронов в объем проводника 2. Проводник 2 приобретает отрицательный заряд, а проводник 1– положительный. Переход электронов из области 1 в область 2 будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле определенной напряженности не остановит процесс. Преобразователи термоэлектрические изготавливают следующих типов: ТВР – термопреобразователь вольфрам-рениевый; ТПР – термопреобразователь платинородиевый; ТПП – термопреобразователь платинородий-платиновый; ТХА – термопреобразователь хромель-алюмелевый; ТХК – термопреобразователь хромель-копелевый; ТМК – термопреобразователь медь-копелевый. Термопреобразователи различают: по способу контакта с измеряемой средой (погружаемые, поверхностные); по условиям эксплуатации (стационарные, переносные, разового применения, кратковременного применения); по защищенности от воздействия окружающей среды (обыкновенные, водозащищенные, защищенные от агрессивных сред, взрывозащищенные, защищенные от других механических воздействий); по герметичности к измеряемой среде (негерметичные, герметичные); по инерционности (малой, средней, большой или ненормированной инерционности); по устойчивости к механическим воздействиям (обыкновенные, виброустойчивые); по числу термопар, для измерения температуры в одной зоне (однопарные, двойные, тройные); по числу зон (однозонные, многозонные). Термоэлектрический преобразователь называется термопарой. Устройство промышленной термопары представлено на рисунке 2. Термоэлектроды 1 изолируются друг от друга керамическими бусами 2 или керамической трубкой; одним своим концом они свариваются, другим – присоединятся к зажимам головки 3, служащей для подключения внешних проводов. Термоэлектроды помещаются в защитный чехол 4 (трубку, закрытую с одной стороны). Чехол делается из жаропрочной стали, а при измерении очень больших температур – из керамики или кварца.  1 – термоэлектроды, 2 – керамические бусы, 3 – головка, 4 – защитный чехол Рисунок 2 - Термоэлектрический преобразователь Место соединения термоэлектродов называют горячим или рабочим спаем. Противоположные концы – холодным или свободным спаем. Ход работы 1. Изучили теоретический материал, относящийся к данной работе. 2. Изучили описание лабораторной работы. 3 Ознакомились с метрологическими характеристиками прибора КСП-4, заполнили таблицу 1 Таблица 1 - Основные метрологические характеристики самопишущего прибора КСП4
4.Провели измерение температуры воды, диаграмма нагревания термоэлектрического преобразователя путем записи регистрируемого сигнала ТХК во время её нагревания в воде изображена на рис. 3  Рисунок 3 - Диаграмма нагревания термоэлектрического преобразователя 5.На диаграмме процесса нагревания термопары было отмечено 10 точек, для каждой из которых определили пары адекватных значений (координаты температуры и времени), таблица 2. Таблица -2 Координаты точек, отмеченных на диаграмме
6.Используя данные таблицы 2 рассчитали температуру для каждой из выбранных точек на диаграмме. Данные занесены в таблицу 3 п  о градуировочной таблице для ТХК устанавливаем, 0,65<1<1.31 тогда температуру определим по формуле: Таблица 3 – Опытные и теоретические данные
7. Используя данные таблицы 3 построили динамическую характеристику термопреобразователя по результатам измерительного эксперимента. С учетом температуры свободных концов термопары пересчитано теоретическое значение выходного напряжения термопары. На диаграмме нагревания термоэлектрического преобразователя построена теоретическую кривую нагревания  Рисунок 3 – динамическая характеристика термопреобразователя и теоретическая кривая нагревания Проанализировав полученную запись, определили температуру нагрева концов термопары, которая составила 63,077 оС, а общее время нагревания составило 46 секунд. Вывод: В ходе лабораторной работы были изучены измерительные термоэлектрические преобразователи. По диаграмме нагревания термоэлектрического преобразователя путем записи регистрируемого сигнала ТХК во время её нагревания в воде, проведены расчеты и построена динамическая характеристика термопреобразователя, на диаграмме видно что нагревание со временем замедляется. По графику динамической характеристики определили температуру нагрева концов термопары, которая составила 63,077 оС, а общее время нагревания составило 46 секунд. С учетом температуры свободных концов термопары пересчитано теоретическое значение выходного напряжения термопары, таблица 3. Ответы на вопросы по лабораторной работе. К какому виду средств измерений относится термопара? Дайте определение данного вида средств измерений. Термопара относится к генераторным датчикам, в них осуществляется преобразование различных видов энергии в электрическую На чем основан принцип действия термопары, как средства измерений? Принцип действия термопары основан на зависимости термоЭДС от разности температуры их рабочих и свободных концов Какие вторичные измерительные приборы используются в схеме совместно с термопарами? Милливольтметры - приборы магнитоэлектрической системы, предназначенные для работы с термопарами. Электронные автоматические потенциометры. Автоматические потенциометры измеряют э. д. с. датчика температуры (термопары) методом компенсации термо-э. д. с. известным падением напряжения на сопротивлении. Как изменится положение указателя отсчетного устройства милливольтметра, если к нему подключить термопару и положить ее на стол рядом с измерительным прибором при температуре 25С? При температуре рабочего спая термопары = 25 оС, термоЭдс по градуировочной таблице термопары составляет 1,645мВ. Но так как принцип действия термопары основан на зависимости термоЭДС от разности температуры их рабочих и свободных концов. Это значит, что при температуре окружающей среды равной 25 С температура рабочего спая будет равна температуре свободных концов, а следовательно положение указателя отсчетного устройства не изменится Почему значение температуры горячей воды в стакане измеренное спиртовым термометром не совпадает с результатом измерений с помощью термопары? У измерительных приборов имеется класс точности, который может вносить свой вклад в конечные показания температуры. С учетом поправки термопара имеет более высокий класс точности, которому уступает спиртовой термометр Объясните, как определить временную координату (в секундах) для шестой точки на диаграмме. Шестая точка на диаграмме имеет координаты (2,9мВ ; 27,5мм) скорость протяжки диаграммной ленты по условиям эксперимента составляла 7200 мм/час, переводим в более удобные единицы измерения и получаем: 2 мм/с. Отсюда определяем временную координату в секундах: 27,5(мм)/2 (мм/с) = 13,75 (с) Объясните причину несовпадения значений температуры воды по данным измерительного и вычислительного экспериментов. Термоэдс возникает при разности температур свободных концов и рабочего спая. Свободные концы имеют температуру окружающей среды, в то время как рабочий спай эту температуру берет за ноль. То есть требуется температурная поправка равная температуре окружающей среды. Какие виды термопреобразователей вы можете назвать? Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления) Преобразователи термоэлектрические (термопары) Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом Оцените координаты точки на диаграмме (по указанию преподавателя)? К какому типу преобразователей относится термопара? Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое для измерения температуры в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики. Назовите основные недостатки термопары как средства измерения температуры? - необходимость контроля температуры холодных спаев. - возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов. - материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д. на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей. - зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала Назовите основные погрешности, свойственные термоэлектрическим преобразователям. Если температура нерабочих спаев не будет равна нулю, то это вызовет погрешности. Погрешность может появиться из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводимости. Погрешность, вызванная изменением электрических сопротивлений термопары |