Основы научных исследований. Программа научного исследования и ее разделы 3 Начертите схему и поясните суть измерения температуры при помощи сопротивления термопреобразователя 4 Дайте определения понятию относительная погрешность измерения

• Название: Программа научного исследования и ее разделы 3 Начертите схему и поясните суть измерения температуры при помощи сопротивления термопреобразователя 4 Дайте определения понятию относительная погрешность измерения
• Дата: 15.11.2022
• Размер: 207.84 Kb.
• Имя файла: Основы научных исследований.docx
• Тип: Программа; #789056

Содержание

1.Программа научного исследования и ее разделы 3

2.Начертите схему и поясните суть измерения температуры при помощи сопротивления термопреобразователя 4

3.Дайте определения понятию «относительная погрешность измерения». Как она определяется. 10

Список литературы 12

1.Программа научного исследования и ее разделы

Программа исследования представляет собой положения, которые определяют цели и задачи проводимого исследования, а так же предмет, условия, ресурсы и ожидаемые результаты исследования.

Программа и план являются важными компонентами  исследования. План рассматривают как организующий фактор последовательного движения к цели, а программу как средство достижения цели, форму ее конкретизации.

Программа составляется исходя и цели  и проблем развития организации. Она должна отвечать на вопросы:

1. 
   
   Для чего необходимо проводить исследование?
   
2. 
   
   Что должно подвергаться исследованию?
   
3. 
   
   Какими средствами и методами должно проводиться исследование?
   

Так же программа исследования должна обосновывать его актуальность и важность проблемы предмета исследования, рассматривать условия для успешного и эффективного решения описанной проблемы.

Программа включает в себя следующие разделы:

цель исследования;

актуальность и  содержание проблемы;

рабочую гипотезу решения проблемы;

обеспечение исследования ресурсами;

 предполагаемый результат исследования;

 эффективность  проведенного исследования.

Программа исследования -  научно - обоснованный документ, представляющий собой модель исследования. 
Любая программа исследования должна быть теоретически и методологически обоснованной, содержать все структурные элементы,  так же быть логически обоснованной, отличаться гибкостью и вариативностью, предоставляя исследователю проявить свои творческие способности.

2.Начертите схему и поясните суть измерения температуры при помощи сопротивления термопреобразователя

Принцип действия термопреобразователя сопротивления основан на свойстве металлов и полупроводников изменять своё электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Величину, характеризующую изменение электросопротивления материалов в зависимости от температуры, называют температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и обозначают α. Если R_t – электрическое сопротивление при некоторой температуре t, а R₀ – электрическое сопротивление при 0˚С, то температурный коэффициент сопротивления можно определить по формуле:

 , град^-1

Металлы имеют положительный ТКС (для большинства чистых металлов =0,004 – 0,006 град^-1) [1].

Металл иметь свойства, незначительно отличающиеся от партии к партии, не должен окисляться и менять своих физических характеристик. Желательно, чтобы ТКС был значительным, а зависимость сопротивления от температуры близка к линейной. К материалам, отвечающим этим условиям, относятся следующие металлы: платина, медь, никель и железо. Наибольшее практическое применение нашли платина и медь [1].

Платиновую проволоку применяют в образцовых и технических термопреобразователях сопротивления. Диапазон температур, при которых работают платиновые термопреобразователи сопротивления, составляет –260  +1100⁰С. К недостаткам платины относится отклонение температурной зависимости сопротивления от линейного закона.

Медь применяется в термопреобразователях сопротивления, измеряющих температуру от –200⁰С до +200⁰С и имеют высокий ТКС (0,0043 – 0,0027 град^-1). Производство меди высокой чистоты не представляет затруднения. Сопротивление меди линейно зависит от температуры. Материал легко окисляется при нагревании, что обусловливает невысокий верхний предел измерения [1].

В зависимости от назначения термопреобразователи сопротивления (ТС) бывают эталонные (платиновые), образцовые (платиновые) и рабочие. К рабочим ТС относятся лабораторные (преимущественно платиновые) и технические (платиновые и медные).

При эксплуатации технических ТС важна их взаимозаменяемость, основным условием которой является равенство сопротивлений всех термопреобразователей при определённой температуре в пределе установленных допусков. Взаимозаменяемость достигается стандартной градуировкой, при которой все термометры одной градуировки имеют одинаковые сопротивления при 0˚С и равные значения ТКС.

При измерении температуры термопреобразователем сопротивления необходимо точно определить значение сопротивления, для чего используют мостовые схемы.

Уравновешенные мосты являются наиболее распространёнными приборами для измерения сопротивлений. Поэтому они широко применяются и для работы в комплекте с термопреобразователями сопротивления (рис.1) [3].

При измерении температуры термопреобразователем сопротивления необходимо точно определить значение сопротивления, для чего используют мостовые схемы.

Уравновешенные мосты являются наиболее распространёнными приборами для измерения сопротивлений. Поэтому они широко применяются и для работы в комплекте с термопреобразователями сопротивления (рис.1) [3].



Рис.1. Схема уравновешенного моста
Сопротивления R₁, R₃ постоянные.

R₂–сопротивление реохорда (переменное);

R_t – термопреобразователь сопротивления;

НП – нуль-прибор.

В измерительной схеме ток от источника U_пит. Протекает по двум ветвям: асb и adb. Меняя значение R₂ можно добиться такого состояния, при котором разность потенциалов в точках с и d, а следовательно и ток в диагонали моста с и d, равны нулю. Это состояние называется равновесием моста.

Мост считается уравновешенным, когда произведение сопротивлений противоположных плеч моста равны, т.е. R₁R_t=R₂R₃. При этом, каждому значению R_t будет соответствовать определённое значение R₂.

Необходимо учитывать, что термопреобразователь сопротивления R_t часто находится на значительном расстоянии от измерительной схемы моста и влияние сопротивлений внешних соединительных проводов R_вн может быть существенным за счёт изменения температуры окружающей среды. Уравнение баланса при этом имеет вид: R₂R₃=(R_t+2R_вн)R₁. Этот недостаток устраняется применением трёхпроводной схемы соединения моста с термометром сопротивления (рис.2) [3].


Рис.2. Трёхпроводная схема уравновешенного моста



Такое изменение схемы приводит к тому, что сопротивление внешних проводов R_вн оказываются в разных плечах моста и, следовательно, в разных частях уравнения, поэтому их влияние на баланс компенсируется:

R₃(R₂+R_вн)=R₁(R_t+R_вн)

При условии, что R₁=R₃ зависимость между R_t и R₂ становится однозначной: R₂=R_t.

Неуравновешенные мосты (рис.3) обладают тем преимуществом, что не требуют уравновешивания тока в их измерительной диагонали. Величина этого тока и является мерой измеряемого мостом сопротивления.

Возможность непосредственного отсчета температуры – ещё одно преимущество неуравновешенного моста перед лабораторным уравновешенным мостом [3].



Рис.3. Схема неуравновешенного моста
На принципиальной схеме неуравновешенного моста (рис. 3) в которой R₁, R₂и R₃ - постоянные сопротивления плеч моста; R - реостат; R_K - контрольное сопротивление; R_t - сопротивление термо­метра; I_м - сила тока, протекающего по рамке милливольтметра [1].

Необходимо учитывать, что такие схемы очень чувствительны к нестабильности напряжения питания (U_ab) поэтому перед измерением его необходимо проконтролировать.

Для этого в схему моста параллельно термометру включается манганиновое контрольное сопротивление R_к, равное сопротивлению термометра при определенной температуре, отмеченной красной чертой на шкале милливольтметра [3].

Для контроля разности потенциалов U_abпереключатель ставят в положение 2 и с помощью реостата Rустанавливают стрелку милли-вольтметра точно на красной черте. После этого переключатель ставят в положение 1и по шкале снимают отсчет, соответствующий температуре термометра.

Применение стабилизированных источников питания исключает необходимость контроля.

Эти мосты используются иногда в лабораторной практике, а также в измерительных схемах других приборов.

Электрическая схема и приборы, используемые в данной работе, приведены на рисунке 4. С задней стороны стенда установлена электрическая печь 1, в которую помещён термопреобразователь сопротивления 3. Необходимый ток печи задаётся с помощью лабораторного автотрансформатора 5, контроль силы тока в нагревательном элементе 2 осуществляется амперметром 6. Кроме того, в печи установлен ртутный термометр 7.

Измерение температуры термопреобразователем сопротивления в комплекте с измерителем-регулятором (ТРМ1 Pic) производится следующим образом. Включается переключатель П2 и с помощью ЛАТРа устанавливается ток печи равный 2,5А. Температура

измеряется термопреобразователем сопротивления 3, который подключён к измерителю-регулятору 4. Отсчёт показаний измерителя-регулятора производят в моменты достижения в печи заданных температур (по показаниям ртутного термометра). Данные измерения


Рис.4. Схема установки
заносятся в табл. 2, затем рассчитываются абсолютные и относительные приведённые к диапазону погрешности, полученные экспериментально. Затем рассчитывается среднеквадратическая относительная погрешность комплекта, которая сравнивается с максимальной из найденных приведённых погрешностей. По результатам сравнения делается вывод о пригодности комплекта.

Абсолютная погрешность вычисляется по формуле:

,

где t_м- показания измерителя-регулятора; t_рт-показания ртутного термометра.

Приведённая к диапазону погрешность вычисляется по формуле:

Среднеквадратическая относительная погрешность комплекта, состоящего из термопреобразователя сопротивления и измерителя-регулятора, определяется по формуле:
,

где _ТС-приведённая относительная погрешность термометра сопротивления, равная 0,3%; _ИР-погрешность измерителя-регулятора, равная 0,5 %; _Д-динамическая погрешность, равная 0,6%; _Н-погрешность из-за неравномерности прогрева печи, равная 0,7%.

3.Дайте определения понятию «относительная погрешность измерения». Как она определяется.

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности числа к самому этому числу.

Различают систематические и случайные погрешности. Систематической называют ту погрешность, которая остается неизменной при повторных измерениях. Случайная погрешность возникает в результате воздействия на процесс измерения внешних факторов и может изменять свое значение.

Для номинальной оценки погрешностей существует несколько правил:

при сложении и вычитании чисел необходимо складывать их абсолютные погрешности;

при делении и умножении чисел требуется сложить относительные погрешности;

при возведении в степень относительную погрешность умножают на показатель степени.

Приближенные и точные числа записываются при помощи десятичных дробей. Берется только среднее значение, поскольку точное может быть бесконечно длинным. Чтобы понять, как записывать эти числа, необходимо узнать о верных и сомнительных цифрах.

Верными называются такие цифры, разряд которых превосходит абсолютную погрешность числа. Если же разряд цифры меньше абсолютной погрешности, она называется сомнительной. Например, для дроби 3,6714 с погрешностью 0,002 верными будут цифры 3,6,7, а сомнительными – 1 и 4. В записи приближенного числа оставляют только верные цифры. Дробь в этом случае будет выглядеть таким образом – 3,67.

Список литературы

1. Приборы измерения и контроля систем управления технологическими процессами : методические указ. к лабораторным работам / сост. В.М.Анкудинов [и др.]; Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2002. – 60 с.

2. ГОСТ 6651–94. Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний. – Взамен ГОСТ 4.174–85 ; введ. 1999-01-01. – Минск. : Изд-во стандартов, 1998. – 26 с.

3. Технические средства контроля в системах управления технологическими процессами : учебное пособие / сост. А.Р.Герке [и др.] ; Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2007. – 80 с.