Поверка термоэлектрических термометров

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ПОВЕРКА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение принципа действия и конструкции термоэлектрических термометров, а также научиться осуществлять их поверку.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРАХ

Применение термоэлектрических термометров для измерения температуры основано на зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) термопары от температуры. Термо-ЭДС возникает в цепи, составленной из двух разнородных проводников при неравенстве температур в местах соединения этих проводников. Современная физика объясняет термоэлектрические явления следующим образом. С одной стороны, вследствие различия уровня Ферми у различных металлов при их соприкосновении возникает контактная разность потенциалов. С другой стороны, концентрация свободных электронов в металле зависит от температуры. При наличии разности температур в проводнике возникает диффузия электронов, приводящая к образованию электрического поля. Таким образом, термо-ЭДС слагается из суммы скачков потенциала в контактах (спаях) термопары и суммы изменений потенциалов, вызванных диффузией электронов, и зависит от рода проводников и температуры мест их соединения.

Суммарная термо-ЭДС определяется равенством:

(1)

Результирующая термо-ЭДС зависит для конкретных проводников А и В и от температур t и t₀. Чтобы получить однозначную зависимость термо-ЭДС от измеряемой температуры t, необходимо температуру t₀ поддерживать постоянной. Для измерения термо-ЭДС в цепь термоэлектрического термометра включают измерительный прибор.

Для измерения температуры термоэлектрическим термометром необходимо измерить термо-ЭДС, развиваемую термометром, и температуру свободных концов термометра t₀. Если температура свободных концов термометра при измерении температуры равна 0 ^оС, то измеряемая температура определяется сразу из градуировочной характеристики, устанавливающей зависимость термо-ЭДС от температуры рабочего спая. Градуировочные характеристики термометров определены, как правило, при температуре свободных концов, равной 0 ^оС. Если температура свободных концов на практике отличается от 0 ^оС, но остается постоянной, то для определения температуры рабочего конца по градуировочной характеристике, необходимо знать не только термо-ЭДС, развиваемую термометром, но и температуру свободных концов t₀. Чтобы ввести поправку на температуру свободных концов t₀, необходимо к термо-ЭДС, развиваемой термоэлектрическим термометром , прибавить , взятую из таблиц:

(2)

В соответствии со стандартами применяют следующие термометры: хромель-копелевый (ХК), никельхром-никельалюминиевый (ХА), платинородий-платиновый (ПП), платинородий-платинородиевый (ПР 30/6), вольфрамрений-вольфрамрениевый (ВР 5/20) (в скобках указано обозначение градуировки термометра).

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Для нагрева термоэлектрических термометров служит трубчатая электрическая печь (1) (рис.1), питаемая от сети через ЛАТР. Питание включают с помощью ключа УП. Печь расположена за панелью, ключ УП и ручка ЛАТРа находятся на лицевой стороне панели.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки.

В печь вставлены 3 термоэлектрических термометра: никельхром-никельалюминевый (ХА) – поверяемый (2), платинородий-платиновый (ПП) – образцовый (6), хромель-копелевый (ХК) – для индикации (3).

Свободные концы всех термометров заведены в термостат (4), температуру в котором измеряют с помощью стеклянного термометра (5). Термо-ЭДС образцовой и поверяемой термопар измеряют с помощью переносного потенциометра ПП, подключаемого к соответствующим клеммам переключателя термометров. Термометр ТХК работает в комплекте с милливольтметром (7), шкала которого градуирована в милливольтах. Отметки шкалы милливольтметра используют в качестве точек, на которых производят поверку термометра типа ХА.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовить черновую ведомость и протокол поверки.

2. С разрешения руководителя работ включить установку.

3. Рукоятку ЛАТРа поставить на деление 220 В.

4. Подключить потенциометр к схеме, соблюдая полярность, и подготовить его к работе.

5. Выключить печь при показании милливольтметра 55 мВ (рукоятку ЛАТРа перевести на нуль, ключ УП – в положение “выключено”).

6. При достижении стрелкой милливольтметра (при остывании печи) делений шкалы, указанных преподавателем, произвести измерение термо-ЭДС образцовой и поверяемой термопарами. Результаты измерений термо-ЭДС, а также температуру свободных концов записать во второй, третьей и четвертой колонках таблицы протокола.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

1. Термо-ЭДС термоэлектрических термометров, приведенную к температуре свободных концов, равной 0 ^оС, получают по формуле (2). Результаты вычислений заносят в колонки 5 и 7 протокола.

2. Пользуясь градуировочными таблицами по значениям термо-ЭДС (колонка 5) находят температуру t образцового термометра. Результаты записывают в колонку 6 протокола.

3. Полученные значения температур (колонка 6), пользуясь градуировочной таблицей для поверяемого термометра, переводят в табличные значения термо-ЭДС поверяемого термометра. Результаты записывают в колонку 8 протокола.

4. Допустимые отклонения термо-ЭДС от табличных для термометра типа ХА в пределах измеряемых температур до 300 ^оС равны + 0,16 мВ, а свыше 300 ^оС определяются по формуле:

(3)

Рассчитанные значения записывают в колонку 10 таблицы протокола.

5. Отклонение градуировочной характеристики поверяемого термометра от стандартной (погрешность термопары) находят по уравнению:

(4)

где - значения термо-ЭДС, полученные при поверке и приведенные к температуре свободных концов, равной 0 ^оС;

-табличные значения термо-ЭДС при тех же температурах.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1. цель работы;

2. схему лабораторной установки;

3. описание методики поверки;

4. протокол поверки.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Поясните принцип действия термопары.

2. Из каких элементов состоит термоэлектрический термометр?

3. Отчего зависит термо-ЭДС термопары?

4. С какой целью производится стабилизация температуры свободных концов термопары?

5. Назовите градуировки термометров.

6. С какой целью производится поверка термопар?

7. В чем заключается поверка термопар?

8. Что понимают под выражением “градуировка термопар”?

9. Как определяют допустимые отклонения термо-ЭДС термопары?

10. Как определяют погрешность термопар?

11. Расскажите порядок проведения лабораторной работы.

Приложение

ПРОТОКОЛ

поверки рабочей термопары градуировки ХА

поверка производилась по образцовым приборам:

образцовой термопаре градуировки ПП

образцовому потенциометру типа ПП-63

класса точности 0,05

№ отсчета	Температура свободных концов, ^оС	Показания термопар, мВ	Показания термопар, приведенные к температуре свободных концов 0 ^оС	Табличное значение термо-ЭДС поверяемой термопары, мВ	Погрешность, мВ	Допустимое отклонение, мВ
Образцовой	поверяемой	образцовой	поверяемой мВ
мВ	^оС

Вывод:

Поверку производил _________________

(подпись)

Дата добавления: 2015-09-29