Методика определения основных параметров ПС.

Эксперимент проводится в два этапа: осуществляется режим разогревания ПС из холодного состояния до t_зад с выходом на двухпозиционное регулирование температуры без загрузки образца, а затем режим работы ПС с загрузкой. В режиме разогрева ПС, через каждые 5 минут по шкале показывающего прибора с точностью ± 5°С измеряется температура в рабочей камере ПС. После выхода ПС на двухпозиционное регулирование, по срабатыванию контактора фиксируется с помощью секундомера моменты времени отключения н.э. (рис.1)

τ _1, τ_3, τ₅ или включения, соответственно, τ_2, τ_4, τ_6. С помощью ваттметра измеряется потребляемая мощность. По данным измерений строятся температурные кривые t=f(τ) и в нижеприведённой последовательности рассчитываются тепловой η_т и полный η_п к.п.д. ПС. С целью упрощения расчётов, вводится приближение: экспоненциальный закон тепловых потерь в окружающую среду заменяется пропорциональным. При вычислениях достаточно учитывать один знак после запятой.

1. Используя данные эксперимента построить графики температурных кривых t=f(τ): для режима разогрева и выхода на двухпозиционное регулирование температуры ПС, а затем в режиме загрузки ПС образцом. Графики строят в одной системе координат. Рекомендуемые масштабы: для температуры в 1 см - 20°С; для времени в 1 см ÷5 мин.

Указание. При построение кривой t=f(τ) на участке автоматического регулирования обратить внимание на участок падения температуры за счёт загрузки в ПС заготовки.

2. Произвести расчёт показаний ПС для указанных в п.1 режимов, используя данные температурных кривых нагрева:

а) определить энергию W_p1 затраченную на разогрев ПС без заготовки

W_p1=P τ _p1 (7)

где Р - мощность, потребляемая ПС от сети, Вт;

τ _p1- время разогрева ПС до t_зад, с;

б) определить энергию W_п потребляемую ПС в режиме двухпозиционного регулирования для поддержания t_зад и равную потерям в окружающую среду

(8)

Где ∑τ_В – суммарное время включенного состояния ПС с момента выхода на двухпозиционный режим до момента загрузки заготовки, с;

в) средняя мощность потерь

(9)

где τ_выд - время выдержки ПС в режиме двухпозиционного регулирования до загрузки заготовки, с;

г) потери энергии в окружающую среду W_П1 во время разогрева ПС, описываемые экспоненциальным законом, для упрощения расчёта рассчитываем как

(10)

где k₁ – коэффициент пропорциональности, принятый k₁=0,4;

д) энергия W_аk1 аккумулируемая ПС в процессе разогрева

(11)
е) рассчитаем теоретически необходимую энергию W_теор1 для разогрева ПС от начальной температуры t₀=20º С до t_зад

(12)

где с₁ – средняя удельная теплоемкость материала футеровки (примем с₁=430 Дж/кгºС),

m – масса футеровки (принимаем m=2кг);

ж) тепловой КПД η_Т1 печи сопротивления

(13)

з) полный КПД η_П1

(14)

3. Произвести расчёт основных показателей ПС в режиме загрузки:

а) вычислить энергию W_р2, затрачиваемую на нагрев заготовки с момента включения ПС с загрузкой (рис. 1б) до окончания нагрева, исключая участки отключения ПС при двухпозиционном регулировании

(15)

где ∑τ_р2 – суммарное время, когда питание на н. э. подавалось в режиме нагрева заготовки;

б) энергия W_П2 потерь в окружающую среду при нагреве заготовки

(16)

где k₂ – коэффициент пропорциональности, учитывающий изменение мощности потерь в окружающую среду от нагретой ПС (принимаем k₂=0,4);

τ_Н – время нагрева заготовки с момента нагрузки;

в) энергия, аккумулируемая заготовкой, W_аk2, определяется как

(17)

г) находим теоретически необходимую энергию для разогрева заготовки от начальной температуры t₀ до t_зад

(18)

где с₂=405 Дж/кгºС – удельная теплоемкость материала заготовки,

m=2 кг – масса заготовки;

д) находим тепловой КПД при нагреве заготовки

(19)

е) полный КПД находится как

(20)

4. Результаты расчётов по п. п. 2-3 свести в таблицы.

Таблица 2 Режим разогрева ПС

P	τ p1	τвыд	∑τв	WП	WП1	PП	WР1	Wak1	Wтеор	ηТ1	ηП1
Вт	с	с	с	Дж	Дж	Вт	Дж	Дж	Дж

Таблица 3 Режимы нагрева заготовок

P	∑τр2	τН	WП2	Wтеор2	Wak2	WР2	ηТ1	ηТ 1
Вт	с	с	Дж	Дж	Дж	Дж

5. Погрешность определения η_Т и η_П на основе данных эксперимента и расчётных формул (7-20) складывается из инструментальных погрешностей, составляющих (3-5)% и методических погрешностей за счёт упрощений в расчётных формулах (10), (16) - замену экспоненциального закона тепловых потерь линейным, что составляет порядка 15%. В результате, искомые значения соответствующих величин в таблицах 2, 3 приводится с точностью до 20%.

Дата добавления: 2015-07-25