В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


ПРОВЕРКА ТЕРМОПАР

Лабораторная работа №5

ПРОВЕРКА ТЕРМОПАР

Цель работы: ознакомление с работой термоэлектрических термометров и применяемых с ними вторичных приборов.

Теоретические сведения

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Действие термоэлектрических термометров основано на явлении возникновения электродвижущих сил в цепи, составленной из разнородных проводников. Для построения термоэлектрических термометров используется замкнутая электрическая цель (рис.1), состоящая из разнородных проводников А и В при различном нагревании мест спаев. При размыкании цепи (рис.1а) между ее разъединенными концами возникает термоэлектродвижущая сила .

 

Соответственно классической электронной, а также квантовой теории в любом металле электроны проводимости образуют “электронный газ”, подобный идеальному газу. В связи с неодинаковой плотностью “электронного газа” в разных металлах его давление будет различным. Поэтому при соприкосновении металлов, электроны из металла с большим давлением “электронного газа” будут стремиться в металл с меньшим давлением, что приводит к избытку положительного электричества в одном металле и отрицательного - в другом. В результате возникает контактная разность потенциалов между электродами, которая для разомкнутой цепи определяется

Рис.1.

выражением:

                              ( 1 )

где, AA и AB - работы выходов электронов из металла А и металла В, в дж;

e - абсолютная величина заряда электрона в Кл;

k - постоянная Больцмана в дж/град.;

θ1 - температура спая в °К;

nA, nB - концентрации свободных электронов в металлах А и В.

Для замкнутой цепи, состоящей из двух проводников А и В (рис.1б) электродвижущая сила, приложенная в этой цепи, равна алгебраической сумме разностей потенциалов всех спаев:

                       ( 2 )

Если температуры обоих спаев одинаковы, , то общая термоэлектродвижущая сила замкнутой цепи будет

если же спаи имеют разные температуры θ1 и θ2, причем θ1 > θ2, то

                                  ( 3 )

где, - постоянный коэффициент, зависящий от свойств металлов А и В.

Выражение ( 3 ) является основным уравнением метода. Оно определяет развиваемую спаем металлов электродвижущую силу как линейную функцию разности температур нагрева спаев. Сохраняя неизменной температуру θ2 одного из спаев, зависимость ( 3 ) можно записать в виде

                           ( 4 )

где, α0 - постоянный коэффициент данной пары металлов А и В при θ2 = 0°С = const

Зависимость ( 4 ) является уравнением прямой проходящей из начала координат. В действительности из-за того, что коэффициент α0 при значительном изменении температуры, вызывающем изменение отношения плотностей nA/nB, не остается постоянным, зависимость будет нелинейной и выражаться уравнением

                              ( 5 )

где, α0 и β0 -постоянные, зависящие от химического состава электродов А и В данной термопары;

θ1 - измеряемая температура.

В большинстве случаев коэффициент β0 - является весьма малой величиной, поэтому статическая характеристика термопары может быть с незначительной погрешностью принята линейной, соответственно ее уравнением будет выражение ( 4 ).

Термометрические свойства материалов принято характеризовать величиной Т.Э.Д.С., развиваемой этими материалами в паре с чистой платиной при температуре рабочего конца термопары 100°С и свободного конца 0°С. В таблице 1 приведены Т.Э.Д.С. развиваемые различными материалами при указанных условиях.

Таблица 1.

Металл или сплав

Химический состав в %

Разность потенциалов в мВ

Хромель

89Ni; 9,8Cr; 1Fe; 0,2Mn

+2,9

Железо

Fe

+1,8

Медь

Cu

+0,76

Платинородий

90Pt, 10Rn

+0,64

Платина

Pt

0,00

Алюмель

94Ni;2Al;2,5Mn;1Si,0,5Fe

-1,2

Константан

60Cu; 40Ni

-3,5

Копелъ

56Cu; 44Ni

-3,9

Знак + в графе Т.Э.Д.С. показывает, что данный электрод в паре с платиной является положительным электродом, т.е. что в горячем спае условное направление тока - от платины к данному электроду. Т.Э.Д.С. пары из любых двух термоэлектродов определяется по таблице как алгебраическая разность их Т.Э.Д.С. с платиной. Положительным термоэлектродом пары будет тот электрод, чья Т.Э.Д.С. в паре с платиной относительно больше.

Многие неметаллические материалы (графит, карборунд) и полупроводники могут быть использованы в качестве термоэлектродов, причем образованные из них термопары способны создавать Т.Э.Д.С. в сотни раз больше, чем у металлических термопар. Однако полупроводниковые и смешанные термопары не получили пока широкого применения для технических измерений температуры главным образом из-за большого разброса термоэлектрических характеристик, приводящего к необходимости индивидуальной градуировки каждого экземпляра термопар. В настоящее время наибольшее применение для технических измерении имеют следующие стандартные термопары (ГОСТ 6616-53).

1. Термопара платинородий-платина (условное обозначение градуировки: ПП). Эта термопара применяется для технических измерений температур выше 1000°С, а также в качестве эталонных, образцовых и лабораторных приборов. Верхний предел измерения термопары (1500°С при длительном нагреве) определяется главным образом прочностью платинового электрода.

2. Термопара хромель-алюмель (условное обозначение градуировки: ХА), пределы измерения от -50 до +1000° С, а при кратковременной нагреве до 1300°С.

3. Термопары хромель-копель (условное обозначение градуировки: ХК) пределы измерения от -50 до +600°С, а при кратковременном нагреве до 800°С.

Для измерения температуры жидкой стали в плавильных печах в пределах 1400-1800°С применяются термопары вольфрам-молибден. Эти термопары невзаимозаменяемые, и каждая из них градуируется при выпуске. В диапазоне температур от -200 до +400°С находит применение термопара медь-константан.

По величине инерционности стандартные термопары могут быть:

а) большой инерционности (время десятипроцентного недохода от 2,5 до 8 мин.;

б) обыкновенной инерционности (1,5-2,5 мин);

в) малой инерционности (менее 1,5 мин.).

Результаты измерений

№№ пп

Температура рабочего спая

Величина Т.Э.Д.С. термопары, мВ

Чувствительность в интервале температур мВ/1°С

1

2

3

4

5

6

7

8

9

28

32

36

40

44

48

52

56

60

8

14

20

26

32

38

44

48

54

0,29

0,44

0,56

0,65

0,73

0,79

0,85

0,86

0,9

 

Построение графиков:

 

1)Температура-Т.Э.Д.С.:

 

2)Чувствительность-температура:

 


 

@reg

@support17

Сейчас 56 гостей онлайн

@(c)

Copyright © 2009-2011 Support17.com
Любое использование материалов, опубликованных на support17,
разрешается только в случае указания гиперссылки на Support17.com

@s

Родоначальницей всех приборостроительных специальностей явилась кафедра «Приборы точной механики», которая была открыта в 1961 г. на машиностроительном факультете.
В 1976 г. был организован оптико-механический факультет.