WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |
Федеральное агентство по образованию S ––––– САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Приоритетный национальный проект «Образование» Инновационная образовательная программ Санкт-Петербургского государственного политехнического университета ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ.

Лабораторный практикум Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета 2008 1 УДК 621.036:681.20 (075.8) Авторы: С.А. Галаев (разд. 3, 4), А.И. Кириллов (разд. 4), Э.Л. Китанин (разд. 1-3), Е.Э. Китанина (разд. 1-3), А.В. Митяков (разд. 3, 4), В.Ю. Митяков (разд. 1-4), Е.М. Ротинян (разд. 4), С.З. Сапожников (разд. 1-3), А.М. Тарасенко (разд. 4), Б.С. Фокин (разд. 2) Теоретические основы теплотехники. Лабораторный практикум.:

Учеб. пособие / Под ред. проф. С.З. Сапожникова. СПб.: Изд-во Политехн.

ун-та, 2008. 256 с.

Учебное пособие соответствует государственным образовательным стандартам дисциплин «Теоретические основы теплотехники», «Термодинамика и тепломассообмен», «Механика жидкости и газа», «Гидрогазодинамика».

Рассмотрены основные разделы лабораторного практикума: теплотехнические приборы и измерения, техническая термодинамика, тепломассообмен, механика жидкости и газа. Представлены описания установок, методика эксперимента, форма представления результатов, а также необходимые для выполнения работ справочные данные.

Предназначено для студентов энергомашиностроительного факультета, обучающихся по направлениям 140500 «Энергомашиностроение», 140100 «Теплоэнергетика», 190100 «Наземные транспортные системы».

Ил. 74. Табл. 76.

Печатается по решению редакционно-издательского совета СанктПетербургского государственного политехнического университета.

© Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2008 2 1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ Работа ТИ-1 Градуировка термоэлектрических преобразователей Работа знакомит с принципом действия и градуировкой термоэлектрических преобразователей — термопар, дает навык измерения термоЭДС потенциометрическим методом.

Принцип действия, устройство и применение термопар В основу измерения температур с помощью термоэлектрических преобразователей положены термоэлектрические явления, открытые, как считают, немецким физиком Томасом Зеебеком в 1821 г. По некоторым данным термоэлектрический эффект был открыт еще в 1758 г.

профессором физики Петербургской академии наук Францем Эпинусом. Применение термоэлектрического эффекта к измерению температур основано на существовании строгой зависимости между термоЭДС в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурой в местах их соединения.

Термопара состоит из двух разнородных проводников — термоэлектродов. Сваренные или спаянные концы термоэлектродов образуют рабочий, или "горячий", спай термопары (рис. 1.1.1,а,б, точка 1), погружаемый в среду, температура которой измеряется. Два других конца термоэлектродов, также спаянные вместе, образуют "холодный" спай (рис. 1.1.1,б, точка 2). В цепь термопары с помощью соединительных проводов 3, 4 включается измерительный прибор.

Если температура горячего и холодного спаев термопары различ на, то в цепи прибора возникает термоЭДС, не зависящая ни от длины, ни от диаметра термоэлектродов, ни от распределения температуры по их длине. Не зависит термоЭДС и от омического сопротивления термоэлектродов. ТермоЭДС термопары определяется только материалом термоэлектродов и разностью температур горячего и холодного спаев. Если поддерживать температуру холодного спая постоянной и равной tB, то термоЭДС термопары будет зависеть только от B температуры t горячего спая. При t = tB B термоЭДС термопары равна нулю.

Заметим, что в точке 3 и на зажиме 4 измерительного прибора могут возникать дополнительные термоЭДС, если в этих точках соединяются разнородные проводники. Чтобы исключить влияние дополнительных термоЭДС на показания прибора, следует применять соединительные провода из материала, который в паре с термоэлектродами не дает термоЭДС, либо поддерживать в точках 3 и 4 одинаковую температуру. Обычно соединительные провода выполняют из меди, а в точке 3 поддерживают температуру tB B холодного спая (рис. 1.1.1,в).

Однозначная зависимость термоЭДС от температуры горячего спая t (при постоянной температуре холодного спая tB ) дает возможB ность использовать термопару для измерения температур. ТермоЭДС различных пар металлов при одной и той же разности температур (t – tB ) сильно отличаются друг от друга. Например, при tB B = 0 °С и B 0 t = 100 °С платинородий-платиновая термопара развивает термоЭДС 0,645 мВ, хромель-алюмелевая — 4,095 мВ, хромель-копелевая — 6,898 мВ.

Наиболее распространенные типы термопар (термоэлектрических преобразователей) представлены в табл. 1.1.1.

Кроме перечисленных в таблице, иногда используются и другие термопары, но их свойства менее стабильны, что требует индивидуальной градуировки. На практике термопары в комплекте с измерительными приборами применяются для измерения температур от – 200 до +2200 °С, а при кратковременных измерениях — и для более высоких температур.

а) б) в) г) Рис. 1.1.1. Схемы измерения температуры с помощью термопар: а - включение измерительного прибора в разрыв между термоэлектродами; б - с одним холодным спаем;

в - с двумя холодными спаями; г - схема подключения двух термопар к измерительному прибору. Цифрами обозначены: 1 - горячий спай; 2 - холодный спай; 3, 4 - соединительные провода Если приходится измерять температуры в нескольких местах, к одному измерительному прибору подключают несколько термопар.



Типичная схема такого подключения (для двух термопар) представлена на рис. 1.1.1,в.

Погрешности термопарных измерений связаны с условиями проведения опытов, с точностью применяемой измерительной схемы, а также с качеством самой термопары. По своему качеству термопары делятся на эталонные, образцовые и рабочие. Точность измерений образцовыми термопарами в однородном стационарном поле температуры (в диапазоне 300...1100 °С) с применением современных измерительных схем составляет 0,25...0,60 °С (при более высокой температуре погрешность выше). Рабочие термопары имеют погрешности, достигающие нескольких градусов Цельсия.

Зависимость термоЭДС термопары от температуры может быть надежно определена лишь экспериментально. Градуировка термопар сводится к измерению термоЭДС при различных температурах t горячего спая; холодный спай при этом погружают в сосуд с тающим льдом (tB B = 0 °С).

Градуировка термопар может осуществляться двумя способами.

По постоянным точкам. Такими точками могут служить температура таяния льда (0 °С), кипения воды (100 °С), а также плавления (затвердевания) химических элементов. Этот способ требует тщательной постановки опыта, им пользуются при градуировке эталонных термопар.

Путем сравнения с показаниями приборов (образцовых или эталонных). В диапазоне от 0 до 200 °С рабочие термопары градуируются в водяных или масляных термостатах путем сравнения их показаний с показаниями образцовых жидкостных термометров или образцовых платиновых термометров сопротивления. В диапазоне от 200 до 1300 °С градуировка производится в электрической печи. Показания рабочих термопар здесь сравниваются с показаниями образцовой термопары ТПП.

Таблица 1. 1. Типы, обозначения и рабочий диапазон работы термоэлектрических преобразователей Обозначение типа термопаОбозначеЧувствительры ANSI Материалы, испольние типа Диапазон изность, мкВ/К (American Na- зуемые в качестве термопары мерений,°C tional Stan- термоэлектродных (при t, °C) (Россия) dards Institute) (США) ТПП Платинородий S 0…(ПП) (10 % Rh)-платина (1000) Платинородий ТПР (30 % Rh)- В 300…(ПР) платинородий (1000) (6 % Rh) Вольфрамрений (5 % Re)- ТВР 0…- вольфрамрений (0…2000) (20 % Re) Хромель-алюмель (хромель - 90% Ni и ТХА К 10 % Cr; алюмель - -200…(ХА) (-20 … +1300) 95 % Ni и 5 % Al,Si,Mn) Хромель-копель (коТХК Е пель - 56 % Cu и 44 % -200…(ХК) (300) Ni) Медь-константан ТМК T (константан - 54 % Cu -200…(20) и 45 % Ni и 1% Ma) J Железо-константан -200…- (100) В данной лабораторной работе выполняется градуировка одновременно до четырех различных термопар при нагреве в печи в интервале температур от 50 до 250 °С. Экспериментальная установка для градуировки термопар собрана на базе серийной установки УТТ-6в для поверки и градуировки технических средств измерения температуры в соответствии с инструкциями Госкомстандарта 157-и 163-62.

Экспериментальная установка Экспериментальная установка для градуировки термопар методом сравнения с образцовой термопарой (рис. 1.1.2) включает в себя трубчатую печь 1, двухрядный потенциометр 9 и сосуд Дьюара 11. Температура в печи 1 поддерживается по задатчику 2 с помощью автоматического регулятора 5, получающего сигнал от термопары 8. Горячие спаи градуируемой термопары 6 и образцовой 7 заделаны (для выравнивания температуры) в медный цилиндрик, расположенный в полости печи 1, а холодные спаи находятся при температуре 0 °С в сосуде Дьюара 11, который заполнен смесью мелкоизмельченного тающего льда и дистиллированной воды.

При градуировке в печи одновременно четырех термопар их подключение к измерительной цепи осуществляется контактными переключателями пульта УТТ-6в, аналогично схеме рис. 1.1.1,г. Основным прибором измерительной схемы является двухрядный потенциометр 9 типа Р363-2.

Ряд ХB B потенциометра используется для измерения термоЭДС образцовой термопары 6, ряд ХB B — для измерения термоЭДС градуируемых термопар 7.

Для измерения термоЭДС термопар в основном применяют две схемы: с милливольтметром и потенциометрическую.

На рис. 1.1.1 изображена схема измерения термоЭДС термопары милливольтметром. При такой схеме измеряется не термоЭДС термопары, а разность потенциалов на зажимах милливольтметра.

Эта разность потенциалов будет всегда меньше термоЭДС на величину падения напряжения в цепи термопары; чем больше сопротивление проводов термопары и сила тока в ней, тем выше погрешность.

Значительно точнее можно измерить термоЭДС термопары потенциометром (рис. 1.1.3). Принципиальное отличие этого способа заключается в том, что во время измерения в цепи термопары отсутствует электрический ток. Благодаря этому падение напряжения на термоэлектродах отсутствует, и разность потенциалов на зажимах потенциометра равна термоЭДС термопары.

Основная цепь потенциометра включает гальванический элемент В, сопротивление RB B и RB B, а также калиброванное измерительное со0 противление R, по которому перемещается контакт С. В приборе есть и другая цепь, вспомогательная; в нее входят нормальный элемент НЭ, сопротивление RB B и нуль-гальванометр НГ. Переключатели К1 и К2 замыкают соответственно вспомогательную и основную цепи прибора. Нуль-гальванометр НГ может подключаться либо к цепи термопары (положение II переключателя П), либо к вспомогательной цепи (положение I переключателя П).

Перед началом измерения термоЭДС в основной цепи устанавливают постоянную силу тока I ("рабочий ток" направлен навстречу току, генерируемому термопарой). Для этого замыкают контакты К1 и К2 и переключатель I ставят в положение I; ЭДС нормального элемента НЭ оказывается включенной навстречу падению напряжения IRB B на сопротивлении RB.





B 0 Рис. 1.1.2. Схема экспериментальной установки для градуировки термопар: 1 - трубчатая печь;

2 - задатчик температуры печи; 3 - контрольный амперметр; 4 - нагреватель; 5 - автоматический регулятор температуры; 6 - образцовая термопара;

7 - градуируемая термопара; 8 - термопара, управляющая регулятором 5; 9 - потенциометр Р363-2;

10 - контрольная лампа; 11 - сосуд Дьюара Рис. 1.1.3. Схема измерения термоЭДС при помощи потенциометра: 1 - горячий спай;

2 - холодные спаи Далее изменяют регулировочное сопротивление RB B так, чтобы нульгальванометр НГ показал отсутствие тока. При этом IRB B = EB. ПоB 0 НЭ скольку ЭДС нормального элемента EB B весьма стабильнa, а сопроНЭ тивление RB B постоянно, при такой операции поддерживается один и тот же рабочий ток I в основной цепи потенциометра.

После установления рабочего тока измеряют термоЭДС термопары, при этом ключ К2 замкнут и переключатель П поставлен в положение II. Тогда термоЭДС термопары Е оказывается включенной навстречу падению напряжения в основной цепи потенциометра IRB.

B x Передвигая контакт С, следует добиться чтобы нуль-гальванометр НГ показал отсутствие тока в цепи термопары, при этом E = IRB. УчитыB x вая, что I = ЕB /RB, получим B B НЭ Rx E = Eнэ.

RСогласно формуле, измеряемая термоЭДС однозначно зависит от сопротивления RB. Обычно это сопротивление выполняют в виде мноB х годекадного магазина и градуируют не в омах, а в милливольтах. В этом случае нет необходимости в пересчете: измерение сводится к считыванию номинала RB B в момент компенсации рабочего тока I.

x Порядок выполнения работы 1. Проверяют положение стрелок отключенных приборов. При необходимости их устанавливают в нулевое положение с помощью арретиров.

2. Проверяют наличие тающего льда в сосуде Дьюара. Если температура холодных спаев отлична от 0 °С, то ее измеряют термометром.

3. Определяют цену делений декад потенциометра и индикатора активного компенсатора при различных положениях переключателя чувствительности.

4. Устанавливают задатчик термореле печи на первый режим (~50 °С) и включают печь (при выходе печи на режим начнет мигать контрольная зеленая лампа 10). По истечении 3...5 мин после выхода печи на режим производят замер термоЭДС образцовой термопары (ряд XB ) и градуируемых термопар (ряд ХB ), поочередно подключая их B B 1 к потенциометру.

5. Указанные в п. 4 измерения повторяют при температуре в печи 100, 150, 200 и 250 °С. После того, как снята последняя точка, печь выключают.

6. На остывающей печи вновь проводят замеры при температурах 200, 150, 100 и 50 °С.

Обработка и оформление результатов Температуру в печи определяют по показаниям образцовой термопары. Если температура холодных спаев равна 0 °С, то по таблице для термопар градуировки платинородий-платина (см. табл. П2 Приложения) следует найти температуры, соответствующие измеренным в опыте значениям термоЭДС, и записать их в табл. 1.1.2.

Если температура холодного спая отлична от 0 °С, то, как указано выше, ее определяют с помощью термометра. По этой температуре нужно найти в табл. П1 Приложения соответствующее значение термоЭДС и просуммировать его с термоЭДС образцовой термопары.

По суммарной термоЭДС с помощью табл. П1 Приложения найти действительную температуру печи и занести ее в табл. 1.1.2. В этой же таблице указывают значения термоЭДС градуируемых термопар.

Число колонок в правом столбце соответствует количеству градуируемых термопар, которое устанавливает преподаватель.

По полученным данным строят графики зависимости термоЭДС от температуры для градуируемых термопар ЕB B = f(t). При построегр нии кривых, имеющих монотонный характер, экспериментальные точки должны ложиться на плавную кривую. Однако на практике всегда наблюдается некоторый разброс. Это объясняется только неточностями измерений, поэтому кривые проводят "возможно ближе" ко всем опытным точкам на графике, а при необходимости обрабатывают результаты одним из известных способов, например, методом наименьших квадратов. Результаты градуировки следует сопоставить со стандартными данными (см. табл. П3, П4 Приложения) и сделать необходимые выводы.

Таблица 1. 1. Результаты градуировки термопар ТермоЭДС Температура печи (по ТермоЭДС Номер образцовой тер- термоЭДС образцовой градуируемых термопар ЕB B гр режима мопары Е термопары) мВ °C мВ Работа ТИ-Градуировка термометров сопротивления Работа знакомит с принципом действия и градуировкой термометров сопротивления, дает навыки измерения температуры с их помощью.

Принцип действия, устройство и применение термометров сопротивления В 1821 г., когда Зеебек открыл эффект термоэлектричества, Хэмфри Дэви обнаружил, что электрическое сопротивление металлов зависит от температуры. Пятьдесят лет спустя Уильям Сименс предло жил использовать в качестве чувствительного элемента для термометра сопротивления платину.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Это свойство характеризуется температурным коэффициентом сопротивления материала Rt - R0 –P =, KP, R0t где Rt — сопротивление материала при температуре t, Ом; R0— сопротивление при нулевой температуре (обычно при 0 °С), Ом; t — разность температур между t и нулевым уровнем, °С или К.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.