Пределы и диапазон измерений и показаний.

Точность

Степень защищенности от воздействия внешних влияний на прибор

8) Степень защиты от воздействия прибора на окружающую среду. Искробезопасность, если не искробезопасный, то нельзя использовать в барокамерах, шахтах.

Стабильность

Чувствительность

Пределы и диапазон измерений и показаний.

Погрешности измерений

Разность Δ между результатом измерения и действительным значением называется абсолютной погрешностью.

Относительная погрешность -

Приведенная погрешность - - некоторое нормирующее значение, характерное для данного прибора(либо верхний предел, либо разность пределов верхний минус нижний, либо длина шкалы, диапазон измерений).

Допустимая погрешность — погрешность допускаемая нормами и соответствующая заданным условиям эксплуатации Написанная без процентов определяет класс точности приборов. Чтобы определить класс точности прибора нужно его основную допустимую приведенную погрешность записать без знака процента и округлить в большую сторону до ближайшего числа из ряда: , где n=1,0,-1,-2,-3 и т.д. Класс точности приводится в основной документации на прибор. Основная — значит соответствующая нормальным условиям эксплуатации, т.е. Те, которые записаны в документации на прибор. Класс точности написан на передней панели.

Точность отсчета измеряемой величины по прибору

Вводится метрологическое правило: точность измеряемой по прибору величины должна соответствовать классу точности прибора. (ПРИМЕРЫ ТЕТРАДЬ).

Допустимы поправки измерительного прибора. Если приведены поправки, то погрешность поправки тоже должна учитываться.

Поверка измерительных приборов

Поверка — совокупность операций, выполняемых органом государственной метрологической службы, с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

Государственному метрологическому контролю подлежат непроизводственные организации. Если предприятие не относится к этим 17 сферам, то вместо поверки они проводят калибровку.

Калибровка — совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности СИ к применению не подлежащим государственному контролю.

Отличия поверки от калибровки:

1) Сфера

2) Если при поверке определяется годен прибор или нет, то при калибровке определяются еще и действительные значения измеряемой величины.

При поверке проводится сличение показаний поверяемым и образцовым прибором. В идеале образцовый прибор должен быть в 10 раз лучше, чем поверяемый. При сличении технических приборов допускается соотношение 1 к 2, в исключительных случаях это могут быть одинаковые приборы. Прибор, используемый как образцовый, всегда должен использоваться как образцовый.

Поверка технических приборов. Результатом должно быть заключение.

Поверка лабораторного прибора. Кроме пломбирования, выдается свидетельство о поверке, в которое должна быть включена таблица показаний, которые были получены при процедуре поверки. Поверка должна проводиться при нормальных условиях эксплуатации (температура, давление).

На каждый вид измерений разрабатываются методики.

Поправка промежуточных значений для любого показания прибора определяется линейной интерполяцией между двумя поверенными значениями. При работе с показаниями приборов, кроме поправки важно учитывать ее погрешность.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Сложность измерения температуры состоит в том, что нет выделенного образца, меры.

Мера — СИ, которое хранит и воспроизводит величины.

Для измерения температуры необходимо:

1) Установить ЕИ.

2) Выбрать такое физическое свойство, которое изменялось бы с температурой.

От температуры зависят многие свойства, но что

Требования?????:

1) Монотонно и непрерывно изменяться от температуры и однозначно от нее зависеть.

2) Легко и надежно воспроизводиться.

3) Легко и просто быть измеренным.

Физическое свойство удовлетворяющее этим требованиям термометрическое, а вещество, одно из свойств которого используется для измерения температуры — термометрическое вещество. Абсолютно полностью им ни что не удовлетворяет, но более менее подходят:

1) Изменение давления и объема газов под действием температуры. На основании этого свойства созданы газовые термометры.

2) Изменение давления насыщенных паров жидкости. Существуют специальные термометры для сверхнизких температур.

3) Изменение объема жидкости. Жидкостно-стеклянные приборы построены на использовании этого свойства.

4) Возникновение термо-ЭДС.

5) Изменение электрического сопротивления проводника. Термометр сопротивления.

6) Изменение интенсивности теплового излучения тел. Как оптические, так и радиационные пирометры.

Температурные шкалы

Установление единицы температуры связано с установлением температурной шкалы.

Установить шкалу — значит установить начальную температуру и выбрать интервал, который будет служить единицей измерения. Уравнение температурной шкалы можно записать . - основной температурный интервал. Градусом называется доля интервала температур, которая устанавливается его делением на заданное n.

Самая известная шкала Цельсия (1742 год). Там ртутно-стеклянный термометр. Шкала предполагается равномерной, но это не совсем точно.

Шкала Фарентгейта (1723 год). За основу ноль - смесь льда с солью и нашатырем. За 96 градусов температура человеческого тела. Термометр был стеклянный, сначала использовался спирт, потом ртуть.

Шкала Рейнкина. 1 Градус совпадает с 1 градусом Фарентгейта. .

Шкала Реомюра (1736 год). Стеклянный термометр. Вода, спирт, ртуть. .

1848 год . Было показано если использовать в качестве идеальный газ, то можно получить такую термодинамическую шкалы. В такой шкале в качестве рабочего тела используется идеальный газ. Есть газы, которые по свойствам близки к идеальным. Единицей измерения термодинамической температуры является Кельвин. термодинамической температуры тройной точки воды.

РИС. газового термометра.

Для реальной работы с термометрами существую международные температурные шкалы. Первая из них 1887 год. Две реперные точки, газовый термометр. 1927 год принимается международная температурная шкала с несколькими реперными точками. .

1948 год международная температурная шкала. Там реперных точек было около 10.

Вторую половину 20 века МПТШ-68. От 13,81К до точки плавления золота 1337,58К. В 1975 была расширена на область более низких температур. ПТШ-76. В качестве опорных точек температуры плавления и кипения веществ. В настоящее время заменена на МТШ-90. Она характерна: нижняя область температур там давление насыщенных паров гелия, и от 0,65 до 5К гелий, а дальше разные физические характеристики.

Жидкостные стеклянные термометры

Для измерения температуры используется тепловое расширение жидкости, заключенной в стеклянный резервуар. Резервуар соединен стеклянным капилляром. Также шкала. Интервал температур -120 до 1200 ^оС. Характеризуется параметром — видимый коэффициент объемного расширения стеклянного термометра . дельта V – видимый объем альфы не постоянны. Величина переменная. Для термометрических стекол при низких температурах . При более высоких температурах может уменьшаться до .

Жидкость	Нижний предел применения	Температура затвердевания	Верхний предел применения	Температура кипения	,
Ртуть	-30	-38	700-800
Толуол	-90	-97
Этиловый спирт	-100	-117	20-80
Петролейный эфир	-120	–		–
Пентан	-120	-130
Галлий		29,8			5,5

Требования к жидкости:

- должны обладать значительным коэффициентом расширения

- вязкостью

- желательно, чтоб не смачивали стекло.

Ртуть легко получается в чистом виде. Ее проще очистить. Она имеет почти линейную шкалу. Кроме того у нее широкий интервал измеряемых температур. Низкая теплопроводность. Термометр сам мало влияет на окружающую среду, температура не искажается. Недостатки: токсичность.

Органические вещества.

Они смачивают стекло, показания из этого менее точные. Высокая тепловая инерционность и теплоемкость. За счет теплопроводности получаем отвод тепла от объекта. Неравномерность шкалы.

Термометрические стекла.

Изготовляются из специального стекла и состава. Добавляют боросиликатные добавки и для улучшений качества подвергают искусственному старению. Употребляются марки 600 и 700. При тепловом воздействии на стекло проявляются эффекты:

- старение – естественный процесс, медленного уменьшения объема резервуара и капилляра термометра с момента его изготовления. Процесс обусловлен изменением структуры стекла и его перекристаллизацией.

- депрессия- временной остаточное расширения резервуара, которое происходит после нагревания термометра и его быстрого охлаждения.

Как с этим бороться:

При изготовлении термометры подвергают искусственному старению и отжигу. Его заведомо перекристаллизовывают.

Депрессия восстановима. Бороться – поверка.

Для термометров с ценой деления 0,1^оС, диаметр капилляра не может быть меньше 0,1 мм, а объем резервуара не делают больше 2,5 см³. Форма капилляра чаще овальная. Длина градуса может быть записана . V – объем термобалона, S – площадь поперечного сечения капилляра.

Поправки к показания жидкостных стеклянных термометров.

- Основная – инструментальная поправка. Определяется при поверке. Дается ряд таких поправок. Заносится в таблицу. Если измеряем с точностью до десятой, то поправки тоже до десятой. Иногда до пяти сотых.

- Поправка на высоту выступающего столбика. , n – высота столбика в градусах. t' – температура показания термометра.

- Поправка на смещение положения нуля. Повышаться в результате старения, понижаться в результате депрессии.

Разновидности жидкостно-стеклянных термометров:

Лабораторные термометры

Для лабораторных измерений температуры. Должен быть учет погрешностей и поправок. Подразделяются по пределам измерений. И на несколько классов:

а) ЦД 1-2 градуса; длина 160-530; 5-11 мм диаметр

б) ЦД 0,5; длина >350 мм

в) ЦД 0,5; длина <160 мм

г) ЦД 0,1; длина разная

Важно наличие вспомогательной шкалы с нулем. Это делается для контроля старения и депрессии.

Разновидностью лабораторных термометров является метастатический (с переменным объемом) термометр Бекмана. Абсолютное значение измеряет не точно, зато разность температур измеряет точно. Шкала 5-6 градусов, ЦД сотая, температурный интервал -20 до 150 градусов, жидкость – ртуть. Хорошее — перед началом измерений наклоняют чтоб ртуть перелилась в дополнительную шкалу. Чтобы измерить более высокую температуру переливаем ртуть выше. Характерно большим количеством поправок.

Промышленные и технические термометры

ЦД 0,1-0,5-1-2 градуса. Шкала вложенная и может быть достаточно длинной. Кожух для термометра имеется. Это позволяет менять термометры не нарушая технологический процесс. Кроме обычных конструкций могут быть специальные. Например, под углом. Шкала у таких термометров может быть на пластине. Диаметры разные 7-10 мм, до 20 мм. Поскольку цена деления не маленькая — поправки не вводятся.

Контактные термометры

Предназначены для сигнализации и автоматического регулирования температуры. Впаивают в термометр контакты. Один внизу, другой в другом месте. Они делятся на три группы:

1) с постоянно впаянными контактами.

2) бесшкальные.

3) с подвижными контактами (с магнитной перестановкой).

Проволока вольфрамовая. Хрупкий. Мощность не более 2 Вт. Выход на реле.

Специальные термометры

Максимальные и минимальные термометры.

Метеорологические, психометрические, гидрологические.

Стержневые и щелевые.

Глубоководные термометры. Могут измерять температуру на большой глубине.

Психометрические. Предназначены для измерения температуры и влажности воздуха.

Дилатометрические и биметаллические термометры

Дилатометрические термометры:

Принцип действия основан на использовании свойства твердого тела изменять свои размеры при изменении температуры. При небольших изменениях температуры длина твердого тела меняется. – средний коэффициент линейного расширения при изменении температуры от 0 до t. Единица измерения обратный градус.

Материал	Интервал температур, ^оС
Алюминий	0-100
Сталь	0-500
Латунь	0-400	18,3-23,6
Медь	0-150	15,3
Хромомолибден	0-100	12,3
Инвар	0-200	0,9
Плавленный кварц	0-80	0,4-0,55

Линейная конструкция. Труба из латуни, винт, к винту прикреплен передаточный механизм, далее спица, инваровый механизм, потом выход, контакт.

Угловая конструкция. Трубы под углом, резервуар, крепеж, контакты. При изменении температуры соотношение длин меняется и контакты могут либо соединяться, либо разъединяться.

Преимущества:

- могут развивать большие механические усилия.

- в определенных ситуациях могут стоять без реле, в качестве регулирующего механизма.

Недостаток:

- громоздкость

- большая инерционность при

Биметаллические.

??? с разными коэффициентами расширения. Изгиб пластины тем больше, чем она длиннее и тоньше. Форма у них спиральная. Спираль циклоидная. Диапазон температур -60 – 600 ^оС. Точность невысокая.

Манометрические термометры:

Манометрический - термометр действие которого основано на использовании однозначной зависимости между температурой и давлением термометрического вещества, находящегося в герметично замкнутой термосистеме.

Термосистема состоит из термобалона, соединительного капилляра и упругого чувствительного элемента, который может быть соединен с указателем или регулятором. Капилляр и термобалон образуют замкнутую герметичную термосистему.

В зависимости от того, какое вещество используется, подразделяются на:

- жидкостные (вся система заполнена жидкостью без газовых пузырей)

- конденсационные (термобалон частично занят легкокипящей термометрической жидкостью). У них неравномерная шкала. Давление насыщения нелинейно зависит от температуры. Диапазон измерения -50 – 100^оС.

- газовые (азот, реже гелий. под давлением несколько десятков атмосфер, чтобы избежать погрешностей, вызванных атмосферным давлением). Теплоемкость газа мала. Термометры могут быть как показывающими, так и самопишущими, так и регулируемыми. Могут быть с опущенными выходами. Класс точности невысокий.

Термометр	Область изменения температуры	Класс точности	Показывающие	Самопишущие	Комбинированные
Жидкостные	-150 300	1 1,5 2,5	тпж	тсж	скж
Конденсацион-ные	-50 300	1,5 2,5 4	тпп	тсп	ткп
газовые	-200 600	1 1,5 2,5	тпг	тсг	ткг
специальные	100 1000	1 1,5 2,5	тпс	тсс	ткс

Преимущества:

- не требуют электричества и просты по конструкции.

- возможность передачи показаний на расстояние

- возможность установки записывающего или регулирующего устройства

Недостатки:

- инерционность

Поправки:

1) Барометрическая. Зависит от изменения атмосферного давления.

2) Гидростатическая. Проявляется для жидкостных и конденсационных термометров. Возникает при разной высоте расположения термобалона и упругого элемента. Устраняется первичной калибровкой уже на месте.

3) Температурная. Возникает при изменении температуры окружающей среды. Устраняется либо расчетной поправкой, либо постановкой дополнительного корректирующего элемента, как правило, биметаллической пластины, которая в зависимости от температуры сдвигает шкалу.

Термопары.

металла при соединении два разнородных металлов возникает термо-ЭДС. Используется для измерения температур. Проводники – термоэлектроды.

Закон последовательных контактов — термо-ЭДС замкнутой сети, состоящей из нескольких термоэлектродов, находящихся при постоянной температуре равна нулю.

Следствие из закона – в условиях изотермического спая его величина и способ соединения электродов между собой не влияют на термо-ЭДС. Для измерения температуры нужно уметь точно измерять ЭДС. Эти измерения будут косвенные. Прежде всего нужно произвести градуировку термопары.

Градуировка термопары – опытное определение зависимости между термо-ЭДС и температурой одного из спаев (горячий) при условии что температура другого (холодного) поддерживается постоянной. .

Существует два способа подключения измерительного прибора:

- холодный спай

- в рассечку одного из термоэлектродов

Нормальный термоэлектрод. Термоэлектрические материалы

Если подсоединить три контакта a, b, c. .

В качестве нормального термоэлектрода используется платина.

- Физические свойства платины относительно стабильны.

- Платина химически инертна.

- Высокая температура плавления 1770 К.

- Сравнительно легко получается в чистом виде.

Даже небольшие примеси влияют на термо-ЭДС. Всегда стараются получить чистый металл, чтобы всякие грязи не влияли на результат измерений. По термо-ЭДС можно судить о чистоте металла.

Термоэлектроды.

Термоэлектрод	Термо-ЭДС	Верхняя граница применения
длительная	кратковременная
Копель 56% Cu + 44% Ni	-4
Константан 60% Cu + 40 Ni	-3,5
Аллюмель 95% Ni	-1,15
Платина экстра
Pt-Rh	+0,64
Cu	+0,75
Fe	+1,8
Хромель	+2,95
Кремний	+44,8

Чтобы создать термопару применяется ряд требований:

- согласованность по температурам применения

- постоянство во времени термо-ЭДС и другие физические свойства

- по возможности высокое значение термо-ЭДС

- по возможности линейная зависимость термо-ЭДС от температуры. Точно это не выполняется ни для каких пар. Но приблизительно желательно обеспечить.

- возможность заменяемости электродов

- низкий температурный коэффициент сопротивления и высокая электропроводность

Давно уже разработаны пары металлов, служащие в качестве термопары.

Классификация термопар по материалам и температурам:

1) Термопары из благородных металлов. Имеют стандартную градуировку. У таких термопар низкая термо-ЭДС, но зато она стабильна и достаточно точно известна.

2) Из неблагородных металлов. Есть как стандартные термопары, так и нестандартные.

3) Из жароупорных материалов. Обычно металлический электрод в паре с неметаллами или химическими соединениями.

Типы термопар:

Тип термопар	Тип градуировки	ЭДС в стан- дартных условиях ,	от	до	до кратковременных
Pt Rh	ПР В ПР 30/6		0 – 270
ТПП	ПП S	0,64
ТХА	ХА K	4,10	-200
ТХК	ХК L	6,95	-200
ТМК	МК M	4,75	-200
ЖК	–	5,80	–
ТМК	–	4,25	-200
ТВР	ВР A	1-1,4
W-Mo	–	0,4	–

Устройство и конструктивные формы термопар

Изготовление спаек:

Для того чтобы ЭДС изменялось правильно, нужно:

- спай механически прочен

- не должно быть окислов

- термоэлектроды после спая должны быть электрически изолированы (друг от друга, от окружающей среды)

При изготовлении электроды совмещаются в стык или в скрутку (2-3 обороты). У лабораторных термопар 0,5-1,5 мм спай. У промышленных 5 мм.

Методы изготовления спаев:

- пайка оловянно-свинцовым припоем (не можем развивать высокую температуру < 150^oC

- пайка жестким припоем (медным, серебряным; t 700-800 ^oC)

- сварка в дуге газовой горелки

- сварка в дуге между двумя угольными электродами (в промышленных условиях)

- сварка в дуге с одним угольным электродом (в лабораторных условиях)

- графитовая ванна

Более сложна лабораторная термопара. Рис. Дима.

Чтобы термопара показывала нужную температуру, нужно:

- температура в спайках должна быть одинакова

- подводящие провода, которые подпаиваем должны быть одинаковы

- и термоэлектроды и спай должны быть изолированы друг от друга и от каких-то внешних воздействию.

??? Механически ненапряженное размещение проводков

- возможность замены

- герметичность (не должно выделяться вредных веществ из оболочки)

- компактность, малая масса, малая теплопроводность

Иногда оболочку не делают, а просто изолируют проводки друг от друга. Для изоляции используют:

- цапон-лак 60-80 ^оС

- клей, типа БФ 300-500 ^оС

- кварцевая нить, либо спай изолируют вместе с термоэлектродами

Изоляция термоэлектродов:

- резина 60-80 ^оС

- кембрик 100 ^оС

- шелк, эмаль 120-150 ^оС

Если термопара высокотемпературная, то применяю стеклянные, кварцевые бусы, либо фарфоровую изоляцию.

Для промышленных условий применяется защитная арматура. Должна быть механическая прочность, теплопроводность хорошая.

Инерционность термопары – время, в течении которого термопара после перемещения ее из среды с комнатной температурой в кипящую воду будет показывать (97-98) ^оС.

Для промышленных термопар это время может доходить до нескольких минут. Для лабораторных это неприемлемо.

Дифференциальные термопары – применяются для???

Термобатарея – для измерения очень малых разностей температур. Несколько, иногда очень много, несколько последовательно соединенных термопар. . может составлять несколько сотен.

Термоэлектронные и подводящие соединительные провода

Требования при наращивании проводов:

- температура в местах наращивания должна быть одинакова

- в месте наращивания не должно быть источников паразитных ЭДС

Провода, удовлетворяющие этим условиям – термоидентичные. Всегда стараются уменьшить сопротивление этих проводов.

Термостатирование холодных спаек

Если измеряем температуру в плавильной печи, то разница между комнатной температурой холодного спая и спая, опущенного в лед, будет составлять 20 ^оС.

Термостатируют, помещая в толченый лед, дистиллированной воды. Термос заполняется раз в сутки.

Нулькомпенсаторы – приспособление, которое ставится в цепь и компенсирует термо-ЭДС.

Измерение термо-ЭДС

Самое простое – измерение вольтметром.

????

Вольтметр покажет величину меньшую, чем ЭДС термопары. Нужно либо стремиться уменьшить слагаемое , либо выбрать другой вольтметр, либо уменьшить сопротивление. Проблемы эта снимается в компенсационном методе измерения ЭДС. Метод заключается в уравновешивании или компенсации измеряемой ЭДС известным напряжением от строго определенного тока, называемым рабочим, на резисторе с известным значением сопротивления.

Принципиальная схема потенциометра. Рис Дима

– источник питания

– ключ

– реостат для настройки тока

– контрольное сопротивление (из манганина, стабильное)

– измерительное сопротивление (реохорд)

– нормальный элемент (образцовая мера ЭДС)

– нуль гальванометр (или прибор его заменяющий)

– переключатель

– термопара с сопротивлением

Первый контур – контур установки тока.

Второй контур – контур нормального элемента.

Третий контур — компенсационная цепь (контур термопары)

Порядок работы с потенциометром:

- переключателем ставим положение 1. Изменением добиваемся такой ситуации, чтобы ток через нуль гальванометр не шел. Тогда

- переключатель ставим в положение 2. Тогда изменяя добиваемся ситуации, чтобы ток через гальванометр тоже не шел. ЭДС термопары компенсируется падением напряжения на , точнее на той его части, которая входит в контур. , где – доля сопротивления левее движка с, поскольку тока через гальванометр нет, то . . Ток известен и постоянен, тогда можно сразу градуировать в милливольтах.

Достоинства метода:

- измеряется ЭДС, а не падение напряжения. Ток через термопару не идет.

- сопротивление внешней линии, подводящих и измерительных проводов не влияют на величину измеренной ЭДС. через термопару.

- универсальность метода. Можно измерять не только ЭДС термопары.

- высокая точность измерения ЭДС, обусловленная точностью установки тока за счет малой погрешности меры.

Чего достигли:

- самые популярные потенциометры Р363, Р248 (вышел), Р3003. Класс точности 0,005 до 0,001, у Р3003 класс точности 0,0005.

Чувствительность потенциометров:

Рассмотри контур III. Пусть сопротивление гальванометра. Под чувствительностью потенциометра будем понимать отношение приращения тока в нуль гальванометре к величине , вызвавшей это приращение.

Сопротивление внешних подводящих проводов оказывает влияние на чувствительность потенциометра. Чем больше сопротивление, тем меньше чувствительность, тем хуже потенциометр. Тем самым пытаются уменьшить. Тоже самое и .

Потенциометры подразделяются на низкоомные (характеризуются большой чувствительностью, но капризны, сложны в настройке, боятся перегрузки) и высокоомные (допускают большие перегрузки, но обладают меньшей чувствительностью.

Элементы потенциометрической схемы

1) Нормальный элемент. Образцовая мера ЭДС. Обратимый гальванический элемент. Зависящий от температуры. Гальванический элемент, ЭДС которого меняется по закону с температурой. Рис Дима.

Классы точности нормальных элементов достаточно высоки: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005.

Типы нормальных элементов: Х-480, НЭ 65, Х-482. Нормальные условия применения . Достаточно низкое внутреннее сопротивление 500-1000 Ом.

Эксплуатация нормального элемента характеризуется тем, что:

- нельзя наклонять и тем более переворачивать нормальный элемент, он должен находится в вертикальном положении (разрешенное отклонение ). У Х-480 +-45^о

Поэтому переносить, перевозить их можно только с сопровождающим.

- через нормальный элемент нельзя пропускать даже относительно маленькие токи. Предельный ток, который можно пропустить 0,01 мкА (если пропустить 1 мкА, то минимум 24 часа отдыха).

Поэтому нормальный элемент можно подключать проверяя только потенциометром (нельзя мультиметром или вольтметром).

, R – внутреннее сопротивление нормального элемента.

При температуре 20^оС ЭДС нормального элемента принимает значения в интервале:

Если температура от 10 до 40 ^оС, то есть аппроксимированная формула:

,

– температура в ^оС

если ЭДС в В, а в ^оС

НЭ 65 или Х-480

2) Нуль-гальванометр (нужен для фиксирования протекающего через него тока). Обязательно наличие для него двухсторонней шкалы, очень часто не имеет градуировки, т.к. чаще всего задачей является показывать ноль.

3) Реохорд.

???

Достигается комбинированием реохорда и декадных переключателей.

???

Недостатки реохордов:

- в месте контакта может произойти разрыв цепи и тогда можно запороть гальванометром (т.е. паразитная ЭДС или разрыв в месте контакта).

-???

Декадные переключатели можно комбинировать как с реохордом, так и между собой.

4) Источники питания.

Основное требование к ним – стабильность. Поэтому в качестве источников питания используются либо батареи????. Они выдают напряжение от 1 до 4В.

Характеристики:

На каждые 10В изменения питания погрешность не превышает . Температура . ЭДС электрического шума . Дрейф за 3 минуты, за 8 часов .

5) Сопротивление и

– постоянное??? сопротивление

– переменное сопротивление

Внешние сопротивления. Требования:

- стабильность сопротивления

- известная зависимость от температуры

Конструкционно они выполнены в виде катушек (Р310, Р321, Р331).

Катушка диаметром 110 мм и высотой 170 мм. Сверху на ней 4 вывода: 2 токовых, 2 потенциометрических. Номинальные значения изменяются от 0,001 Ом до 100 кОм. Класс точности 0,01; 0,005. Рабочая область температур от 15 до 30 ^оС.

Более современный: мера Р3030. 55х50х68 мм, 4 клеммы. Те же самые пределы по номиналу, но они характеризуются значительно более высоким классом точности: 0,005; 0,002; 0,001. Однако температурная область 20 ± 5 ^оС.

7) Сопротивление для настройки тока R.

Оно внешнее, это магазин сопротивлений (как правило).

R содержит 6-8 порядков сопротивлению

Р327	МГР-63	Р4830	Р4831
0,1	0,01	0,01; 0,1; 1	0,001	Ступень младшей декады, Ом. (Р4830 выпускается в трех модификациях)
				количество декад
0,01	0,05/4*10^-6	0,05/2,5*10^-5 (10^-6; 10^-7)	0,02/2*10^-6	класс точности
0,1	0,1	0,5	0,05	номинальная мощность, Вт

Устройство и типы потенциометров

Потенциометры делятся на несколько больших групп:

1) Переменного тока

2) Постоянного тока:

* переносные (контрольные)

* прецизионные (лабораторные). Как правило ящик, на передней панели которого выведено все остальное (клеммы, переключатели, кнопка пуск/стоп).

* автоматические (не имеют ни гальванометра, ни декадных переключателей)

Термометры сопротивления

Это с одной стороны чувствительные, а с другой достаточно точные датчики температуры. Работают от 0,5К до 1400^оС.

Принцип действия основан на зависимости сопротивления материалов датчиков от температуры.

В качестве вторичных приборов используются потенциометры, мосты и другие СИ.

Достоинства:

- высокая точность измерения температуры

- возможность передачи показаний на большие расстояния

- возможность автоматической записи показаний

- возможность использования в целях автоматического регулирования и управления процессами.

Существенно:

- большая инерционность чем у термопары

- сложность изготовления (их изготавливают на специализированных предприятиях)

- необходимость дополнительного источника питания и меры образцового сопротивления

Материалы:

В основном металлы.

Требования:

1) Высокое значение температурного коэффициента сопротивления.

,

– температура при 0^оС

– температура при 100 ^оС

Для металлов

Для Fe и Ni

2) По возможности линейная зависимость сопротивления от температуры.

3) Большое значение удельного сопротивления металлов .

4) Постоянство физических и химических свойств.

5) Постоянство состава материала.

Наиболее подходящий металл – платина (, ).

Используется экстраполяционный полином. При T<0 полином 4-й степени, при T>0 квадратный. От -200 до 0^оС.

От 0 до 600 ^оС

Важной характеристикой является степень чистоты об отсутствии механических дефектов.

В качестве характеристики чистоты выступает отношение:

для платины технические

образцовые сопротивления

Спектрально чистая платина: 1,39250

МТШ-68. Для нее была специально выплавлена такая платина.

Вторым по популярности металлом является Cu.

Из меди делают промышленные термометры сопротивления.

+ дешевизна

+ почти линейная зависимость R(t) в температурном интервале 0-300^оС

+ сравнительно большое

- малое значение

Кроме Cu используется еще Fe и Ni, но их характеристики не стандартизированы.

Кроме Me их широко применяются Ge, In-диевые???

Их недостаток – их характеристики не сохраняются после нагревания.

Сами проводники изготавливаются из окислов, сплавов.

Устройство:

Значение номинала стараются делать как можно больше. Диаметр проволоки от 0,05 до 0,2мм (используется в качестве датчика).

,

Каркас бывает из слюды, кварца, фарфора для высоких температур, либо каркас делают крестовидным. Либо спиралью

Самым сложным термометром является термометр Стрелкова.

?????

???? Лекция за 7,04,12

????

Устройство:

1) Термометры открытого типа (ММТ-1, КМТ-1, СТ3-1). Стержень, к нему прикреплены колпачки, к колпачкам проводки.

2) Термометры закрытого типа (ММТ-4, КМТ-4). Такой же стерженек, все помещается в корпус, одним концом контачит в корпусом, другой конец изоляция бусинка, потом проводник. Пространство набивается фольгой, либо другими теплопроводящими элементами.

3) Термометры бусинкого типа. Полупроводник, нему подводится два вывода, все помещается в защитную оболочку, провода (КМТ-16, СТ3-19, СТ1-19). Все очень маленькое. Рекордсменом миниатюрности на 1989 год СТ3-32. Сфера у него 0,55мм. Показатель инерционности 0,3сек. Приделываются траверсы, чтобы можно брать пинцетом. Используются в биологии для вживления в биологические объекты. Проводки могут быть из платины, из хрома.

Другие виды термометров:

- акустические (основано на скорости распространения звука). Используются чисто метрологических целях, т.к. расчетная погрешность от 0,001 до 0,01К, точность превышает точность термодинамической температур. Встает вопрос о замене термодинамической шкалы на такие носители. С повышением температуры погрешность увеличивается до 1%.

- кварцевые термометры (основаны на температурной зависимости собственной резонансной частоты кварцевого пьезоэлемента). -80 — 250^ОС. Разрешающая способность 10^-6К. Характерная частота 5-30МГц. Платим за все это наличием гистерезиса. Для абсолютных измерений не годен. Стоит в LC контуре или другом, там где мы можем проводить измерений частоты.

- магнитные термометры (используют температурную зависимость магнитной восприимчивости парамагнитных веществ). С помощью солей можно дойти до 0,001К. Самая популярная соль – цериймагниевый нитрат, работает в области температур 0,01-0,8К.

- шумовые термометры (используют зависимость между термодинамической температурной и спектральной плотностью шумового напряжения). .Если замкнуть цепь . 0,01-1000К. Все это при низких температурах. При высоких температурах 0,5-1%.

- термоиндикаторы (вещества, смеси веществ, изменяющие свой внешний вид при определенной температуре): 30-230 ^оС. Погрешность 1-2К.

* термоиндикаторы плавления

* жидкокристаллические термоиндикаторы

Все рассмотренные методы относились к контактным методам.

Бесконтактные методы определения температуры

Пирометр

В основе лежат законы излучения, и принцип действия основан на зависимости одного из свойств излучение от температуры. Свойства:

- цвет излучения

- яркость излучения (яркостные, оптические)

- радиационные (на тепловом действии излучения)

Особенности:

- бесконтактные методы определения (не влияет на объект исследования)

- теоретически неограниченный предел температур, которые можно измерить

Недостаток – низкая точность.

В области температур до 2000^оС ± 30^оС. От 2000 до 3000 ± 50^оС, выше ± 250 ^оС.

Дата добавления: 2015-08-20