Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Теоретическая часть.

Читайте также:
  1. II.2. Историческая или теоретическая?
  2. Друзья 1 часть.
  3. Козырин А.Н. Таможенное право России. Общая часть. М., 2009.-378с.
  4. Марксистско-ленинская философия – теоретическая основа методологии историографии
  5. Основная часть.
  6. Практическая часть.
  7. Практическая часть.
  8. Теоретическая и практическая значимость исследования
  9. Теоретическая производительность объемных компрессоров
  10. Теоретическая сущность стратегии

Лабораторная работа №1.

Исследование статической и динамической характеристики термопары.

Цель работы.

1.1. Ознакомиться с термоэлектрическим методом измерения температуры

1.2. Ознакомиться со схемами включения измерительногo прибора в цепь термопары.

1.3. Экспериментально получить статическую и динамическую характеристики термопары.

1.4. Определить математическую модель термопары.

Теоретическая часть.

В основу метода измерения температуры с помощью термопары положен термоэлектрический эффект: в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, возникает электрический ток, если места соединения (спаи) имеют разную температуру.

Рис. 1 Рис. 2

Цепь, состоящая из двух разнородных проводников, спаянных между собой называется термопарой, а проводники A и B, образующие термопару - термоэлектродами (рис. 1). Спай термопары, помещенный в зону измерения и имеющий температуру t, называется рабочим или горячим. Спай, имеющий температуру t 0, называется свободным или холодным. Если температуры спаев t и t0 не равны, то в замкнутой цепи будет протекать электрический ток. Направление этого тока зависит от соотношения температуры спаев, т.е. для нашего случая когда t > t 0ток пойдет от термоэлектрода А к термоэлектроду В. Термоэлектрод А называется термоположительным, термоэлектрод В - термоотрицательным.

При размыкании такой цепи на её концах может быть измерена так называемая термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) (рис. 2).

 

 

Для замкнутой цепи, показанной на рис. 1, результирующая термо ЭДС составит:

EAB (t, t 0)= eAB (t)+ eBA (t 0) (1)

где eAB (t) и eBA (t 0) - контактные термо ЭДС в соответствующих спаях.

 

Если спаи 1 и 2 имеют одну и ту же температуру, например t 0, то контактные термо ЭДС в каждом спае равны между собой и действют навстречу, и поэтому результирующая термо ЭДС такого контура EAB (t 0, t 0) равна нулю, т.е.

EAB (t 0, t 0) = eAB (t 0) - eAB (t 0) = 0 (2)

или с учетом того, что

eAB (t 0) = - eBA (t 0) (3)

EAB (t 0, t 0) = eAB (t 0) + eBA (t 0) = 0 (4)

Подставив (3) в (1) получим

EAB (t, t 0) = eAB (t) + eBA (t 0) (5)

Уравнение (5) называется основным уравнением термопары, из него следует, что возникающая в контуре термо ЭДС EAB (t, t 0), зависят от разности функций температур t и t 0. Если сделать t 0 = const, то eAB (t 0) = c = const и

(6)

Рис. 3. графическое введение поправки на температуру свободных концов термопары

Зависимость (6) определяется экспериментально путем градуировки и последующего табулирования или построением графика зависимости термо ЭДС от температуры. В процессе градуировки температура свободных концов термопары должна поддерживаться постоянной, и значение её стандартизировано на уровне t 0=0 °C.

В рабочих условиях температура t 0,как правило, отличается от градировочной, что приводит к изменению значения ТЭДС.

Это обстоятельство вызывает необходимость введения поправки в показания прибора.

При этом используется соотношение:

EAB (t, t 0) = EAB (t, t 0') + EAB (t 0', t 0) (7)

где EAB (t, t 0) - значение ТЭДС термопары при температуре свободных концов t 0, равной градуировочной.

EAB (t, t 0') - значение ТЭДС термопары при действительной температуре свободных концов t 0' (показания прибора).

EAB (t 0', t) - поправка, которая должна быть внесена в показания прибора при t 0'  t 0.

Если t 0' < t 0, то значения ТЭДС термопары завышены по сравнению с табличными данными и поправка берется со знаком плюс.

Если действительная температура свободных концов t0' известна, то величину поправки можно определить по градуировочной кривой, как показано на рис.3

Поправку можно определить и по градуировочной таблице 2 (см. приложение 2).

 

Несмотря на то, что любые два проводника создают в паре между собой ТЭДС, лишь ограниченное число термоэлектродов используется для создания термопар.

К материалам термоэлектродов предъявляется ряд требований:

- однозначная и по возможности близкая к линейной зависимость ТЭДС от температуры;

- жаростойкость и механическая прочность;

- химическая инертность

- термоэлектрическая однородность материала проводника по длине;

- технологичность изготовления;

- стабильность и воспроизводимость термоэлектрических свойств.

В настоящее время в основном применяют пять стандартных градуировок термопар (таблица 1)

 

Таблица 1
Термопара Диапазон измеряемой температуры, ° С Предельная температура при кратковременном применении, ° С Допустимые отклонения, ° С
Хромель – копель (ТХК) –50 - 600   (2,2 - 5,8)
Хромель – алюмель (ТХА) –50 - 1000   (4,0 - 9,7)
Платинородий – платина (ТПП) 0 - 1300   (1,2 - 3,6)
Платинородий – платинородий (ТПР) 300 - 1600   (3,2 - 5,2)
Вольфрамрений – вольфрамрений (ТВР) 0 - 2200   (5,4 - 9,7)

 

Для предохранения от механических повреждений и вредного влияния объекта измерения термоэлектроды термопары помещают в защитную арматуру.

В качестве средств измерений, работающих в комплекте с термопарой, используются милливольтметры, потенциометры и нормирующие преобразователи.

В данной работе исследующиеся статические и динамические характеристики термопары.

рис. 4. статические характеристики термопары: а - идеальная, б - реальная

Статической характеристикой термопары называется зависимость ТЭДС EAB от температуры измеряемой среды Θ ср в равновесном состоянии.

Рис. 5. динамические характеристики: а - скачок температуры; б – изменение ТЭДС –  E, соответствующая данному скачку

 

Зависимость, выраженная уравнением (6), представляет собой уравнение идеальной статической характеристики термопары, которая строится по градуировочной таблице (приложение, таблица 2).

Реальная статическая характеристика определяется в результате эксперимента.

Статические характеристики термопары приведены на рис. 4.

Динамическая (временная) характеристика термопары представляет собой зависимость изменения ТЭДС во времени при скачкообразном изменении температуры измеряемой среды (рис. 5)

Изменение ТЭДС - E, соответствующие данному скачку температуры Θ ср;

Математическая модель термопары описывается дифференциальным уравнением:

(8)

где E - ТЭДС термопары, мВ

Θ ср - скачок температуры, °С

Т - постоянная времени, °С

 

К - коэффициент усиления, мВ/°С

Решение уравнения (8)для случая убывающей экспоненты имеет вид:

 

E = K · Θ ср ·e(- t / T) (9)

 

где t - время, с.

Коэффициент усиления может быть определен как по статической характеристике (рис. 4), так и по динамической (рис. 5 а, б).

Постоянная времени, Т определяется, как проекция касательной к любой точке экспоненты на ось времени (до значения Е ' соответствующее ' ср). Из свойств экспоненты известно, что проекция касательной к любой точке экспоненты на ось времени есть величина постоянная. Под постоянной времени можно условно понимать время, в течение которого выходная величина после скачкообразного изменения входной величины, достигнет нового установившегося значения, изменяясь с постоянной скоростью.




Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 20 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Назовите причины жировой инфильтрации печени.| Приложение 1.

lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав