Пристрій та принцип дії термопар
М.І. Деветерикова, Л.М. Козина
ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ
За курсом загальної теплотехніки
УДК 536 (075.8)
ББК 31.3
Д 26
Д 26 Деветерикова М.І., Козіна Л.М. Лабораторний практикум з курсу загальної теплотехніки. - Тольятті: ТДУ, 2010. - 85 с.
Лабораторний практикум є навчальним посібником для закріплення знань з теплотехніки та розвитку дослідницьких навичок студентів на базі навчально-дослідницьких робіт з прикладних тем курсів: «Теплотехніка», «Технічна термодинаміка», «Тепломасообмін», «Термодинаміка та теплопередача», «Енергетичні установки».
Практикум призначено для студентів технічних спеціальностей усіх форм навчання.
Затверджено науково-методичною радою університету.
УДК 536 (075.8)
ББК 31.3
(с) Тольяттінський державний університет, 2007
Зміст
1. Лабораторна робота № 1. Градуювання технічних термопар……………….. 4
2. Лабораторна робота № 2. Визначення показника адіабати………………… 10
3. Лабораторна робота № 3. Визначення теплоємності повітря……………… 17
4. Лабораторна робота № 4. Дослідження кривої насичення водяної пари…24
5. Лабораторна робота № 5. Визначення коефіцієнта теплопровідності
теплоізоляційних матеріалів………………………………………………… 33
6. Лабораторна робота № 6. Визначення коефіцієнта теплопровідності
7. Лабораторна робота № 7. Визначення коефіцієнта температуро-
провідності сипких матеріалів………………………………………………. 44
8. Лабораторна робота № 8. Визначення коефіцієнта тепловіддачі в
умови вільної конвекції…………………………………………………. 50
9. Лабораторна робота №9.Дослідження теплопередачі у водо-водяному
10. Лабораторна робота № 10. Закінчення повітря з сопла, що звужується…..67
11. Лабораторна робота № 11. Визначення параметрів вологого повітря….. 74
12. Лабораторна робота № 12. Визначення коефіцієнта випромінювання
Бібліографічний список.…………………………………………………….. 89
Додаток. Типовий бланк звіту з лабораторної роботи № 3……………. 90
Лабораторна робота №1
Градуювання технічних термопар
Мета роботи: освоїти методику вимірювання температур за допомогою термопар, дослідити закономірності зміни термоЕРС від температури; провести градуювання термопар.
Пристрій та принцип дії термопар
Термопари в комплекті з вимірювальними приладами застосовуються для вимірювання температур від -100 до +1300 °С. В окремих випадках вони можуть бути використані для вимірювання та більш високих температур. Абсолютна точність вимірювання температур залежить головним чином від вибору електровимірювальної схеми для визначення електрорушійних сил, що розвиваються термопарою, і може бути досить високою - до 0,05 °С.
З інших переваг термопар відзначимо можливість централізації контролю температур шляхом приєднання кількох термопар через перемикач до одного приладу, а також можливість дистанційного вимірювання температур, що є особливо цінним у промисловій практиці.
Принцип дії термопари (див. рис.1.1) заснований на виникненні термоЕРС в ланцюзі, складеному з 2-х різнорідних провідників при створенні на їх спаях різних температур. Зварені або спаяні кінці термоелектродів утворюють робочий кінець термопари, або так званий «гарячий спай» 1, що занурюється в середу, температура якої вимірюється. Дваінших кінці термоелектродів, також спаяних разом, утворюють «холодний спай» 2. На практиці «холодний спай» зазвичай розривається і в ланцюг включається прилад 3, що вимірює термоЕРС термопари та відградуйований відповідно до типу термопари (див. табл. 1.1: ПР, ХК , ХА і т.д.). Таким чином, холодний спай як би переноситься всередину вимірювального приладу (точка 2).
2
1 4 3
2
2
Мал. 1.1. Схема термопари
Діаметр провідників, використовуваних виготовлення термопар, становить 0,2 0,5 мм.
Якщо температури «гарячого» і «холодного» спаїв термопари різні, то остання розвиває термоЕРС, що не залежить ні від довжини, ні від діаметра термоелектродів, ні від розподілу температури за їх довжиною. ТермоЕРС термопари залежить тільки від матеріалу електродів та різниці температур гарячого та холодного спаїв.
Якщо підтримувати температуру холодного спаю термопари постійної та рівноїt, то термоЕРС термопари залежатиме лише від температуриtробочого кінця. Однозначна залежність термоЕРС термопари від температури гарячого спаюtза сталості температури холодного спаю дає можливість використовувати термопару для вимірювання температур. При t=tтермоЕРС термопари дорівнює нулю.
ТермоЕС різних пар металів при одній і тій же різниці температурtіtсильно відрізняються один від одного. У табл.1.1 наведено перелік найпоширеніших стандартних термопар.
Таблиця 1.1. Стандартні термопари
Крім перерахованих вище термопар, в лабораторній практиці застосовуються термопари мідь-копель, мідь-константан, залізо-константан, вольфрам-реній, вольфрам-молібден і деякі інші.
Для виготовлення термопар використовуються зазвичай такі провідники,які не змінюють фізичних властивостей і хімічного складу при високих температурах і тривалій роботі, мають високу термоелектрорушійну силу, мають лінійну залежність термоЕРС від температури.
ТермоЕРС, що виникає в спаї, дуже мала. Тому для роботи в комплекті з термопарою використовують високочутливі вимірювальні прилади: потенціометри (компенсаційного типу) і мілівольтметри 3 (рис 1.1). При точних вимірах використовуються потенціометри.
Термопари зазвичай випускаються з термоелектродами завдовжки трохи більше 2-3 мм. Однак практично часто доводиться встановлювати вимірювальний прилад на значній відстані від термопари. У таких випадках застосовуються компенсаційні (подовжувальні дроти) 4 (рис.1.1). При цьому в точках 2 на затискачі вимірювального приладу можуть виникнути додаткові термоЕРС, якщо в цих точках з'єднуються провідники. Щоб виключити вплив додаткових термоЕРС на показання приладу, використовуються з'єднувальні дроти з матеріалу, які в парі з термоелектродами не дають термоЕРС. Практично як компенсаційні проводи можна використовувати провідники з малим електричним опором, наприклад, мідні.
Знову виготовлені та пройшли ремонт термопари піддаються попередньому градуюванню, а надалі, у процесі роботи, – періодичній повірці. У той час як стандартні термопари піддаються лише перевірці.
Проградуювати термопару - значить знайти залежність термоелектродві-жучої сили, що розвивається термопарою, від температури гарячого спаю при постійній температурі холодного спаюt, що дорівнює 0°С. Градуювання полягає у зіставленні показань виготовленої та еталонної термопар. При низьких температурах під час градуювання використовуються показаннязразкового термометра.
Повірка термопари крім градуювання включає порівняння стандартної термопари з еталонною визначення її похибки і придатності до подальшої експлуатації (допустима похибка технічних термопар – 1%).
Градуювання можна здійснювати двома способами: за постійними точками (точка танення льоду, кипіння води, а також плавлення хімічно чистих речовин) або порівнянням зі показаннями еталонних (зразкових) приладів. Перший спосіб градуювання дуже складний і застосовується для градуювання лише еталонних термопар.
Якщо градуювання термопари проводиться при температурі холодного
спаюt,відмінною від 0°С, то при побудові градуювальної кривої необхідно ввести в показання мілівольтметра поправку на температуру холодного спаю. Поправка відповідає величині термоЕРС, яка виникає в термопарі, що градує, при температурі її гарячого спаю, що дорівнює температурі приміщення, і холодного – 0°С. Облік цієї поправки необхідний при експлуатації термопар з температурою холодного спаю, відмінною від нуля. Зазвичай при експлуатації облік поправки здійснюється встановленням нуля мілівольтметра, що працює в комплекті з термопарою, на температуру приміщення, де розташований прилад та холодний спай термопари.
У цій роботі проводиться градуювання термопари другим (порівняльним) способом інтервалі вимірювання температур від 20° до 300°С.