лаб.практикум СУХТП. Московский государственный университет прикладной биотехнологии
 Скачать 4.63 Mb.
|
|
4. Порядок выполнения работы
а) проверить правильность погружения термобаллонов в измеряемую среду; б) проверить подключение электроэнергии к нагревателю термостата.
5. Контрольные вопросы
3.3. Лабораторная работа 3 ПОВЕРКА ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ 1. Цель работы
2. Устройство и принцип действия термометра сопротивления Термометры сопротивления применяют для измерения температуры в пределах от -200 до +650 °С. Принцип действия термометра сопротивления основан на измерении электрического сопротивления проводников или полупроводников с измерением температуры. При увеличении температуры сопротивление ряда чистых металлов возрастает, а сопротивление полупроводников снижается. Конструктивное исполнение термометра сопротивления показано на рис. 7. Чувствительный элемент термометра сопротивления (см. рисунок 7а) представляется собой тонкую проволоку 3, намотанную бифилярно на специальный слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас 1. Позицией 2 отмечена серебряная лента, позицией 4 – подводящие серебряные провода. Диаметр проволоки 3 может составлять 0,05-0,07 мм. Для изготовления термометров сопротивления наиболее пригодны по своим физико-химическим свойствам платина и медь. Электрическое сопротивление проволоки при температуре 0 °С строго определенное. Измеряя прибором сопротивление чувствительного элемента термометра сопротивления, можно определить его температуру. Чувствительность термометров сопротивления зависит от температурного коэффициента сопротивления материала, из которого изготовлен чувствительный элемент. Температурный коэффициент сопротивления представляет собой относительное изменение сопротивления теплочувствительного элемента термометра при нагревании его на 1 °С. Так, например, сопротивление элемента, выполненного из платиновой проволоки, при изменении температуры на 1 °С изменяется примерно на 39%. Зависимость сопротивления металлов от температуры в небольшом интервале температур можно приближенно выразить уравнением:  ,где  – сопротивление металлического проводника при температуре  °С; - сопротивление того же проводника при температуре °С; - температурный коэффициент сопротивления.Для платины  , для меди  .Термометры сопротивления, например, по сравнению с манометрическими, обладают рядом преимуществ: более высокой точностью измерений, возможностью передачи показаний на большие расстояния, возможностью централизации контроля путем подсоединения нескольких термометров к одному измерительному прибору (через переключатель), меньшим запаздыванием в показаниях. Недостаток термометров сопротивления – необходимость в постороннем источнике питания. В качестве вторичных приборов в комплекте с термометром сопротивления обычно применяются автоматические электронные мосты и логометры. Для полупроводниковых термосопротивлений измерительными приборами обычно служат неуравновешенные мосты. Следует отметить, что платина наиболее полно отвечает основным требованиям, предъявляемым к материалу чувствительного элемента термометра сопротивления. В окислительной среде она химически инертна даже при очень высоких температурах, но значительно хуже работает в восстановительной среде. В условиях восстановительной среды чувствительный элемент платинового термометра должен быть герметизирован.  а б Рис.7. Устройство термометра сопротивления Изменение сопротивления платины в пределах температур от 0 до +650 °С описывается уравнением:  ,Где  – сопротивления термометра при 0°С и температуре соответственно; - постоянные коэффициенты, значения которых определяются при градуировке термометра по точкам кипения кислорода и воды.К достоинствам меди, как материала чувствительного элемента термометра сопротивления, следует отнести ее относительную дешивизну, легкость получения в чистом виде, сравнительно высокий температурный коэффициент сопротивления и хорошее соответствие линейной зависимости сопротивления от температуры. К недостаткам медных термометров относится малое удельное сопротивление и легкая окисляемость при температуре выше 100 °С. Достоинством полупроводниковых термосопротивлений является их высокий температурный коэффициент сопротивления, равный 3*10-2(°С)-1. Кроме того, вследствие малой проводимости полупроводников, из них можно изготавливать термометры малых размеров с большим начальным сопротивлением, что позволяет не учитывать сопротивление соединительных проводов и других элементов электрической схемы термометра. Отличительной особенностью полупроводниковых термометров сопротивления является отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Для изготовления полупроводниковых термосопротивлений применяют окись титана, магния, железа, марганца, кобальта, никеля, меди и др., а также кристаллы некоторых металлов (например, германия) с различными примесями. Для измерения температуры часто применяются термосопротивления с отрицательным температурным коэффициентом сопротивлений типов ММТ-1, ММТ-4, ММТ-5..КМТ-1 и КМТ-4. Для термосопротивлений типов ММТ и КМТ в рабочих интервалах температур сопротивление изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону. Отечественной промышленностью серийно выпускаются платиновые термометры сопротивления (ТСП) для температур от -200 до +650 °С и медные термометры сопротивления (ТСМ) для температур от -60 до +180 °С. В этих пределах температур существует несколько стандартных шкал. Согласно ГОСТ 6651-84 предусматриваются следующие типы номинальных статистических характеристик (НСХ): для ТСМ: 10М; 50М; 100М, для ТСП: 50П; 100П. Cu100, Cu500, Pt100, Pt500 – обозначения НСХ чувствительных элементов западногерманской фирмы Censicon, используемые в ТПС ряда отечественных производителей. Цифры указывают значение R0, а буквы – материал ТПС. В настоящее время еще пользуются номинальными статистическими характерами, имеющими обозначения 21, 22 для ТСП, и 23, 24 для ТСМ по ГОСТ 6651-59. При 0 °С сопротивление термометра градуировки 20  =10 Ом, градуировки 21 - =46 Ом, градуировки 22 =100 Ом.Градуировочные таблицы по ГОСт 6651-59 приведены в приложении 1. 3. Описание установки и методика проведения работы При поверке термометра сопротивления используют экспериментальную установку, представленную на рисунке 8. Установка состоит из поверяемого термометра сопротивления 1, помещенного, как и образцовый термометр 5, в муфельную печь 2, оснащенную нагревателем 4, и уравновешенного моста 3. Температура в печи может изменяться в пределах от +20 до +150 °С. Показания образцового термометра 5 принимаются за действительные значение температуры воздуха в печи. Поверка термометра сопротивления сводится к определению его сопротивления в контрольных точках при t=20, 30, 40,…,150 °С, взятых с шагом в 10 °С, и сравнению полученных данных с градуировочными, представленными в приложении 1. Полученные результаты заносят в таблицу 4 и рассчитывают погрешности. Затем строят графики:
 (данные для этого графика берутся из таблицы «Градуировочная таблица термометров сопротивления»); 2)градуировочной кривой поверяемого термометра сопротивления  .При построении графиков по оси абсцисс откладывают значения температуры воздуха в печи в контрольных точках, а по оси ординат – значения величины  . Рис. 8. Схема экспериментальной установки для исследования термометра сопротивления Таблица 4
4. Порядок выполнения работы
5. Контрольные вопросы
3.4. Лабораторная работа 4 ПОВЕРКА ГРАДУИРОВКИ ЛОГОМЕТРА I. Цель работы 1. Ознакомление с устройством и работой логометра. 2. Проведение поверки градуировки логометра типа Л-64 при помощи образцового магазина сопротивлений. 2. Устройство и работа логометра Логометр представляет собой измерительный прибор, показания которого являются функцией отношения токов, протекающих по его рамкам. Принцип действия магнитоэлектрического логометра (см. рисунок 9) основан на взаимодействии токов, протекающих по проводникам рамок, с полем постоянного магнита. Логометр Л-64 имеет две скрещенные под непрямым углом и жестко скрепленные рамки, которые могут поворачиваться в зазоре между цилиндрический сердечником I и наконечниками магнитов. Угол поворота φ такой подвижной системы является функцией отношения токов I1 и I2, протекающих по рамкам:  .Малые колебания напряжения источника питания (менее 20%) практически не влияют на показания прибора. Характерной особенностью логометров является то, что противодействующий момент в них создается не механически, а за счет взаимодействия электрического тока с магнитным полем, т.е. имеет такую же природу, что и вращающий момент. Для того, чтобы подвижная система прибора приходила в состояние равновесия, воздушный зазор между полюсными наконечниками постоянного магнита и сердечником I делается неравномерным. Эта конструктивная особенность обеспечивает неравномерность магнитной индукции: в средней части наконечников магнитная индукция имеет наибольшее значение, у краев - наименьшее. Поэтому при одном и том же токе, протекающем через рамку, вращающий момент больше тогда, когда рамка находится ближе к полюсному наконечнику. Рамки с сопротивлениями r1 и r2 включены в диагональ ab моста таким образом, что протекающие по ним точки, взаимодействуя с магнитным полем, порождают вращающие моменты, направленные в противоположные стороны. К диагонали cd подключен источник постоянного тока напряжением 4 В. Рамки соединены так же с точкой с через сопротивления R4 и R5 . первое из них – манганиновое, второе – медное. Сопротивление R4 предназначено для изменения чувствительности и диапазона измерения, сопротивления R5 предназначено для температурной компенсации прибора. Остальные сопротивления моста выполнены из манганина. Мост уравновешен при значении сопротивления Rt, соответствующим середине шкалы. При этом вследствие равенства нулю разности потенциалов в точках a и b падения напряжения на сопротивлениях R2 и R3 , а значит, и токи в рамках, равны, и рамки располагаются симметрично относительно полюсных наконечников. Когда подвижная система находится в состоянии равновесия, вращающие моменты М1 и М2 равны, т.е. M1=K1B1I1 ; M2=K2B2I2 ; M1=M2 где К1, К2 – постоянные, зависящие от геометрических размеров и числа витков рамок; В1, В2 – магнитные индукции в зоне расположения рамок; I1, I2 – токи, протекающие по рамкам.  Рис. 9. Принципиальная электрическая схема логометра типа Л-64. При отклонении сопротивления Rt от значения, соответствующего средней точке шкалы, равновесие моста нарушается. Так, при увеличении сопротивления Rt ток в рамке r2 уменьшается, а в рамке r1 – увеличивается. Возникающая при этом разность вращающих моментов заставляет подвижную систему поворачиваться до наступления нового состояния равновесия, обусловленного равенством моментов, которое имеет место вследствие неравномерности магнитного поля. Рамка, по которой протекает больший ток, попадает в зону с меньшей магнитной индукцией, и момент, действующий на эту рамку, уменьшается. Другая рамка попадает в зону с большей магнитной индукцией, вследствие чего момент, действующий на нее, увеличивается. Результирующий угол поворота подвижной системы зависит от величины сопротивления термометра сопротивления Rt, т.е.  . Ток к рамкам подводится тонкими спиральными волосками, служащими одновременно для возвращения стрелки прибора в начальное состояние при отключении источника питания.Сопротивление Rk (см. рисунок 9) подключается вместо измеряемого Rt при проверки исправности схемы. При правильной сборке схемы стрелка установится на красной черте, нанесенной на шкалу прибора. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||