ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. 1. Cобрать схему согласно рисунку 2; включить автоматический мост и дать ему прогреться

1. Cобрать схему согласно рисунку 2; включить автоматический мост и дать ему прогреться в течение 5 минут.

2. Установить в приборе КСП3 в измерительном блоке переключатель в положение «РАБОТА», перемычку – в положение «ГРАДУИРОВКА».

3. Основную погрешность и вариацию показании определяют на всех числовых отметках шкалы последовательно от начала к концу шкалы, а затем в обратном порядке, записывая в протокол (см. приложение) значение оцифрованных отметок и соответствующие им значения напряжений образцового потенциометра. Пользуясь таблицей для соответствующей градуировки, вычисляют на каждой числовой отметке значения приведенной погрешности и вариации. Основную погрешность определяют как наибольшую по абсолютному значению разность между показаниями прибора и действительными значениями измеряемой величины, т.е. показаниями образцового прибора.

4. Основную погрешность определяют по формуле:

, %

где Егр – градуировочное значение э.д.с., соответствующее числовой отметке поверяемого прибора, мВ;

Ед – показания образцового прибора, мВ;

Ер-Ен – нормирующее значение шкалы поверяемого прибора, мВ.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

- указание на цель работы;

- схему поверки прибора;

- протокол поверки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Назначение автоматических потенциометров.

2. Назовите типы потенциометров.

3. Поясните принцип работы автоматического потенциометра.

4. Назначение реверсивного двигателя в автоматических потенциометрах.

5. С какой целью в измерительной схеме прибора устанавливается шунтирующий резистор R_ш.

6. Назначение балластного резистора R_б.

7. Какой сигнал поступает на входное устройство усилителя?

8. Что понимают под компенсационным методом измерения температуры?

9. Какое влияние оказывает температура свободных концов термоэлектрических термометров на показания потенциометра?

10. Как достигается автоматический ввод поправки на температуру свободных концов?

Приложение

Протокол № “_____”_______________200..г.

Поверки автоматического потенциометра ,тип КСП3 ,№_ ___________

Пределы измерений 0 …. 10 , класс точности 0,5

Принадлежащего________________________________________________

Образцовые приборы:

Тип ПП , №_______________, верхний предел измерений 100 мВ

Класс точности 0,2

Предел допускаемой

основной погрешности Допускаемая вариация

Наибольшая погрешность Наибольшая вариация

показаний _____________________% показаний ________________%

Прибор _____________________________________________

указать причину

Подпись __________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ПОВЕРКА СТАНДАРТНЫХ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

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

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМОМЕТРАХ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принцип действия термометров сопротивления основан на способности различных материалов (в первую очередь металлов) изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры. Параметр, характеризующий изменение электрического сопротивления при изменении температуры, называют температурным коэффициентом сопротивления, который определяется по формуле:

. (1)

Размерность коэффициента –град^-1. Для большинства чистых металлов температурный коэффициент сопротивления находится в пределах 0,0035 – 0,0065 град^-1.

К материалам, из которых изготавливают термометры сопротивления, предъявляют ряд требований и, в первую очередь, требование стабильности градуировочной характеристики и воспроизводимости. В настоящее время для изготовления термометров сопротивления применяют медь и платину.

Сопротивление меди изменяется с температурой практически линейно:

, (2)

где и -сопротивления термометра при температуре t и 0^oC;

-температурный коэффициент сопротивления медной проволоки,

= 4,28*10^-3 град^-1.

Сопротивление платины имеет сложную нелинейную зависимость от температуры. Для интервала температур 0 – 630^oC зависимость сопротивления от температуры может быть приближенно описана выражением:

(3),

а в интервале – (-183 ^oC-0 ^oC) – выражением:

, (4),

где A, B, C – постоянные коэффициенты.

Платиновые термометры сопротивления могут иметь следующие сопротивления при 0 ^oC: 1; 5; 10; 50; 100 и 500 Ом. Этим термопреобразователям сопротивления присвоены следующие условные обозначения номинальной статической характеристики: 1П; 5П; 10П; 50П; 100П; 500П.

Медные термометры сопротивления применяют для длительного измерения температуры от –200 до +200^oC. Номинальные сопротивления при 0 ^oC составляют 10, 50, и 100 Ом. Им соответственно присвоены следующие условные обозначения номинальных статических характеристик: 10М; 50М и 100М.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Схема лабораторной установки приведена на рисунке 1.

Поверку производят методом сравнения показаний поверяемого термометра сопротивления с показаниями контрольного жидкостного термометра расширения.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки

описание образцового моста МО-62, а в приложении 2 – номинальная статическая характеристика преобразования медного термопреобразователя сопротивления 100М.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Подготовить мост МО-62 к измерению (см. приложение 1).

4.2. Включить термостат (тумблер включения термостата находится внутри корпуса, в котором расположен термостат).

4.3. Произвести измерение сопротивления термометра сопротивления, когда столбик ртути в термометре расширения поднимется до первой видимой оцифрованной отметки. Одновременно фиксируются показания ртутного термометра расширения.

4.4. Измерения произвести для 5-7 оцифрованных отметок ртутного термометра расширения.

4.5. Выключить термостат и произвести измерения на тех же отметках ртутного термометра расширения при остывании.

4.6. Результаты поверки занести в протокол поверки.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ.

По результатам измерений и данным приложения 2 определить приведенную погрешность и вариацию соответственно по формулам:

% (5);

% (6)

R_tср-среднее значение сопротивления термометра сопротивления при прямом и обратном ходе:

R_tпр-сопротивление термометра сопротивления при повышении температуры (прямой ход);

R_tобр-сопротивление термометра сопротивления при остывании (обратный ход);

R_t=200 и R_t=-200-сопротивления термометра сопротивления соответственно при t=200^oC и t=-200 ^oC (значения сопротивления берутся из таблицы приложения 2); R_tн-сопротивление термометра сопротивления, соответствующее

номинальной статической характеристике.

По результатам измерений и расчётов составляют протокол поверки.

Величины R_tпр и R_tобр следует определять как разность между показанием моста R_м и сопротивлением линии связи R_лс=14 Ом.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчёт должен содержать:

- цель работы;

- схему лабораторной установки;

- описание методики поверки;

- расчётные формулы;

- протокол поверки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Из каких материалов изготавливают термометры сопротивления?

7.2. Перечислите номинальные статические характеристики термопреобразователей сопротивления.

7.3. Принцип действия термометра сопротивления.

7.4. Как конструктивно выполняют платиновый термометр сопротивления?

7.5. Как конструктивно выполняют медный термометр сопротивления?

7.6. В каких пределах можно измерять температуру с помощью платиновых термометров сопротивления? медных термометров сопротивления?

7.7. Почему термометры сопротивления изготавливают с разным сопротивлением при t=0^oC?

ПРОТОКОЛ

“_____”_____________201_г.

поверки термометра сопротивления 100М

пределы измерений –200…200, класс точности 0,5

Образцовые приборы

тип МО-62, №_______________ верхний предел измерений __________

класс точности __________

Предел допускаемой Допускаемая вариация

основной погрешности 0,5% ⁺0,5%

Наибольшая погрешность Наибольшая вариация

показаний____________ показаний____________

Прибор_________________________________________________________

Подпись

Приложение 1.

Мост постоянного тока типа МО-62.

Мост постоянного тока типа МО-62 предназначен для измерения электрических сопротивлений в следующих пределах при классах точности:

–с наружным гальванометром от 10^-11 до 10¹² Ом в классе 0,5; от 10^-2 до 10^-6 Ом в классе 0,1;

–с встроенным гальванометром от 10^-4 до 10^-3 Ом в классе 5,0; от 10^-3 до 10^-2 Ом в классе 1,0; от 10^-2 до 10^-1 Ом в классе 0,5; от 0,1 до 1 Ом в классе 0,2; от 1 до 10⁴ Ом в классе 0,1; от 10⁴ до 10⁵ Ом в классе 0,5; от 10⁵ до 10⁶ Ом в классе 2,0.

Питание прибора может осуществляться от встроенных в прибор гальванических элементов, от наружных батарей и от сети переменного тока 127/220 В.

Принципиальная электрическая схема моста МО-62 приведена на внутренней стороне крышки прибора. Действие моста основано на принципе уравновешенного моста постоянного тока. Мост состоит из пятикаскадного магазина резисторов, используемого в качестве плеча сравнения моста или образцового магазина резисторов: 0,01; 0,1; 1; 10; 100 Ом; плеча отношений; блока питания.

Плечо отношения моста состоит из набора резисторов, сумма которых составляет 1000 Ом. Положение М1000 используется только при кабельных измерениях. Изменение соотношения значений сопротивлений плеча отношения осуществляется перемещением точки питания моста переключателем В1 (рис.2).

Расположение органов управления и регулировки прибора представлено на рисунке 2.

Порядок работы с прибором.

Перед измерением стрелку гальванометра корректором устанавливают на отметку “0”. При использовании наружных источников питания и гальванометра их подключают соответственно к зажимам БП и ГН, а переключатели ПП и ГН-ГВ устанавливают соответственно в положения БН и ГН. При использовании внутреннего источника питания и гальванометра переключатели ПП и ГН-ГВ устанавливают соответственно в положения БВ и ГВ.

При питании моста от сети необходимо:

- предохранитель Пр установить в положение, соответствующее питающему напряжению (127 или 220В);

- зажим для заземления заземлить;

- установить в гнездо для включения штепсельной вилки сетевой шнур и включить прибор в сеть переменного тока. После этого переключатель “Сеть” перевести в положение “Вкл”, при этом загорается сигнальная лампа Л прибора. Переключатель ПП установить в положение “Сеть”.

При измерениях зажим для заземления должен быть соединен перемычкой с рядом расположенным металлическим зажимом (корпусом).

Измерение сопротивлений в диапазоне 0,0001…100 Ом

1. Подключают измеряемое сопротивление к зажимам R_x.

2. Переключатель схемы измерения ПС устанавливают в положение 4_з (четырехзажимная схема включения).

3. На переключателе В1 устанавливают выбранный множитель.

4. При последовательно нажатых кнопках “Грубо” и “Точно” вращением рукояток переключателей В2-В6 плеча сравнения устанавливают стрелку гальванометра ИП на ноль.

5. Определяют результат измерения по формуле

,

где N – множитель, выставленный на переключателе плеч отношения;

,

где B₂ – B₆ – положение переключателей B₂ – B_6.

Рисунок 2 – Мост постоянного тока МО-62 (передняя панель).

Приложение 2.

ГРАДУИРОВОЧНАЯ ТАБЛИЦА ТЕРМОМЕТРА ТСМ (гр.100М)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКИХ МОСТОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является ознакомление с устройством и принципом действия автоматического моста, а также изучение методики поверки автоматических мостов.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЧЕСКИХ МОСТАХ

Автоматические уравновешенные мосты широко применяют в различных отраслях промышленности для измерения и записи температуры в комплексе с термометрами сопротивления. Автоматические мосты являются техническими приборами высокого класса точности. Они бывают показывающими, показывающими и самопишущими с записью на дисковой и ленточной диаграммах.

Автоматические мосты, предназначенные для работы в комплекте с термометрами сопротивления, выпускаются с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. При этом необходимо иметь в виду, что их температурная шкала действительна только для термометра сопротивления определенной градуировки и заданного значения сопротивления внешней соединительной линии.

Рисунок 1-Принципиальная схема уравновешенного моста

На принципиальной схеме приняты следующие обозначения: R_p – реохорд; R_ш – шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления реохорда до заданного нормированного значения, равного 90 или 100 Ом; ТС – токосъемник; R_n – резистор для установления диапазона измерения; R_g – добавочный резистор для подгонки начального значения шкалы; R₁, R₂, R₃ – резисторы, образующие плечи мостовой схемы; R_б – балластный резистор в цепи питания для ограничения величины тока; R_T – термометр сопротивления; R_л – резисторы для подгонки сопротивления линии связи; РД – асинхронный конденсаторный реверсивный двигатель; СД – синхронный двигатель.

Термометр сопротивления подключен к мосту по трехпроводной схеме. В этом случае сопротивление соединительных проводов распределяется между двумя прилегающими плечами моста, которые образуют термометр сопротивления R_T и резистор R₁. Благодаря этому достигается значительное снижение значения дополнительной погрешности, вызываемой возможным изменением сопротивления соединительных проводов вследствие изменения температуры окружающего воздуха.

При нарушении равновесия мостовой схемы прибора вследствие изменения сопротивления термометра сопротивления на вход усилителя подается напряжение небаланса с вершин c и d. Это напряжение усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя. Выходной вал двигателя, кинематически связанный с движком реохорда и кареткой, передвигает их до тех пор, пока напряжение небаланса не станет равным нулю. При достижении равновесия мостовой схемы ротор реверсивного двигателя останавливается, а движок реохорда и каретка с указателем и пером занимают положение, соответствующее измеряемому сопротивлению термометра.

Автоматические мосты, применяемые для измерения и записи температуры и других величин, изменение которых может быть преобразовано в изменение активного сопротивления, по конструктивному их оформлению можно разделить на следующие основные группы: показывающие типа КПМ-1 и КВМ-1; показывающие и самопишущие с ленточной диаграммой типа КСМ-1, КСМ-2 и КСМ-4; показывающие и самопишушие с дисковой диаграммой типа КСМ-3.

В данной работе осуществляется поверка автоматического моста типа КСМ 3.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Схема лабораторной установки приведена на рисунке 2.

Лабораторная установка включает в себя автоматический мост типа КСМ 3 (1), магазин сопротивлений (2) для установки величины сопротивления линии связи, магазин сопротивления (3), имитирующий термометр сопротивления. Включение установки осуществляют поворотом рукоятки УП в положение “КСМ 3”.

Рисунок 2 – Схема лабораторной установки.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Работу выполняют в следующей последовательности:

1. Собрать схему согласно рисунку 2; включить поверяемый мост и дать ему прогреться в течение 5 мин.

2. На магазине (2) набрать сопротивление одного провода линии связи, равное R=R_вн/2.

3. На магазине (3) набрать сопротивление на 1-5 Ом меньше, чем величина

R_гр=R_T+R, (1)

где R_T – сопротивление термометра при температуре, соответствующей поверяемой отметке шкалы (находят из градуировочных таблиц).

4. Плавно увеличивая сопротивление на магазине (3), подвести указатель моста к первой оцифрованной отметке шкалы (прямой ход).

5. При установке стрелки на первой оцифрованной отметке шкалы произвести отсчет сопротивления с декад магазина (3) и занести результат в протокол поверки (см. приложение). Так поверяют все оцифрованные отметки шкалы.

6. Операции, указанные в пунктах 4 и 5, повторяют, устанавливая сопротивление на магазине (3) на 1-5 Ом больше, чем R_гр и затем плавно подводят указатель моста к поверяемой отметке шкалы справа (обратный ход). Измеренную величину заносят в протокол. Так проверяют все оцифрованные отметки, кроме конечной.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

Абсолютную погрешность показаний определяют по формулам:

(2)

где R₁ и R₂ – значения показаний образцового прибора при прямом и обратном ходе указателя прибора, Ом.

Приведенную основную погрешность определяют по формуле:

(3)

где X_N=R_k-R_н – нормирующее значение; R_k и R_н – значения сопротивлений, соответствующие конечной и начальной отметкам шкалы.

Вариацию показаний определяют по формуле:

(4)

Примечание. Если поверка выполняется с уравнительными катушками, то необходимость в магазине (2) отпадает, а на магазине (3) набирают R_гр=R_T.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчёт должен содержать:

1. на цель работы;

2. схему лабораторной установки;

3. протокол поверки с заключением о результатах поверки;

4. один-два числовых примера по вычислению погрешностей и вариации.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение автоматических мостов.

2. С какими первичными преобразователями работают автоматические мосты?

3. В каких единицах градуируют шкалы автоматических мостов?

4. Назовите типы автоматических мостов.

5. В чем заключается поверка измерительного прибора?

6. Как определяют основную приведенную погрешность?

7. Как определить нормирующее значение для данного прибора?

8. Нарисуйте схему поверки моста.

9. Как определить вариацию показаний?

10. Как определить пригодность прибора к работе?

Приложение

ПРОТОКОЛ

“_____”__________________200_г.

поверки автоматического моста типа КСМ 3

пределы измерений 0…150 ^оС, класс точности 0,5

Образцовые приборы

тип МС, №__________________ верхний предел измерения __________

класс точности __________

Предел допускаемой Допускаемая вариация +0,5%

основной погрешности +0,5%

Наибольшая погрешность Наибольшая вариация

показаний____________ показаний____________

Вывод:

Поверку производил ________________

(подпись)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

“ПОВЕРКА ЛОГОМЕТРОВ”

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение конструкции и принципа действия логометра, а также научиться осуществлять поверку логометра.

2. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛОГОМЕТРА

Логометр является одним из средств измерения температуры в комплекте с термометрами сопротивления. Логометр относится к приборам магнитоэлектрической системы. Принцип действия логометра (логос в переводе с греческого «отношение») основан на измерении отношения токов в двух электрических цепях. В одну из них включён термометр сопротивления, а в другую – постоянное сопротивление. На рисунке 1 показана конструктивная схема логометра. Магнитоэлектрический логометр состоит из двух рамок (1) и (2), жёстко скреплённых друг с другом и со стрелкой (3) и помещённых в неравномерный воздушный зазор между полюсными наконечниками (4) и (5) постоянного магнита (6) и сердечником (7). Неравномерный воздушный зазор позволяет получить различную по значению магнитную индукцию в разных точках зазора. Воздушный зазор увеличивается от центра к краям полюсных наконечников, и соответственно от центра к краям полюсных наконечников уменьшается магнитная индукция в зазоре. Обе рамки логометра питаются от одного источника постоянного тока Е и включены таким образом, что их вращающие моменты направлены навстречу друг другу. Значение вращающих моментов М₁ и М₂ могут быть определены по уравнениям:

M₁=2r₁n₁L₁B₁I₁ (1)

M₂=2r₂n₂L₂B₂I₂ (2)

где r – радиус рамки, м;

n – число витков;

L – длина проводника, м;

B – магнитная индукция, Т;

I – сила тока, протекающего по проводнику, А.

Подвижная система будет находиться в равновесии при условии

М₁=М₂ (3)

Как правило, r₁=r₂, n₁=n₂, L1=L2, тогда значение (3) принимает вид:

B₁I₁=B₂I₂

Или

(4)

Отношение магнитных индукций В₂/В₁ для конкретной конструкции логометра зависит от положения рамок, т.е. однозначно определяется углом их поворота :

f( ) (5)

Отношение токов зависит от сопротивления резисторов двух ветвей цепи. Обе ветви электрической цепи питаются параллельно от одного источника питания. В одну из ветвей входит рамка R_р2 и добавочный резистор R₂. Ток в этой цепи

I₂= (6)

Рисунок 1-Принципиальная схема логометра.

I₁= (7).

Отношение токов

(8)

Если сопротивления R_р1, R_р2, R₁ и R₂ постоянны, то можно записать

(9)

или, учитывая (5),

(10)

Таким образом, угол поворота подвижной системы, при котором моменты М₁ и М₂ будут равны (положение равновесия системы), зависит от сопротивления термометра сопротивления и не зависит от напряжения питания.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Рисунок 2-Схема лабораторной установки

К поверяемому логометру (1) через клеммную колодку (3) подключается магазин сопротивлений (2), который имитирует термометр сопротивления. Питание логометра осуществляется от источника питания (4), включённого в сеть. Напряжение питания логометра устанавливается с помощью реостата R и контролируется вольтметром (5). Величина напряжения питания должна составлять 4В.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включить установку.

2. С помощью реостата установить напряжение питания логометра 4В.

3. Постепенно увеличивая сопротивление на магазине сопротивлений, установить стрелку логометра на первую оцифрованную отметку шкалы.

4. Отсчитывают сопротивление R_пр, выставленное на магазине сопротивлений, и заносят в протокол поверки.

5. Повторить пункты 3 и 4 для всех оцифрованных отметок шкалы.

6. Дойдя до конечной отметки шкалы, прибавляют 1-2 ома на магазине сопротивлений, для того чтобы стрелка установилась за последней оцифрованной отметкой шкалы.

7. Постепенно уменьшая сопротивление на магазине сопротивлений, устанавливают стрелку на оцифрованные отметки шкалы логометра (начиная с конечной), следя за тем, чтобы стрелка двигалась справа налево, не переходя за оцифрованную отметку (обратный ход).

8. Полученные значения R_обр на магазине сопротивлений заносят в протокол поверки.

5. ОБРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

Абсолютная погрешность рассчитывается по формуле:

D₁=R_пр-R_гр D₂=R_обр-R_гр (11)

где R_гр- сопротивление термометра сопротивления, соответствующее поверяемой отметке (берётся из градуировочных таблиц), Ом.

Основная приведённая погрешность рассчитывается по формуле:

% (12)

Вариация показаний рассчитывается по формуле:

% (13)

где X_N – нормирующее значение измеряемого параметра:

X_N=R_к – R_н (14)

где R_к и R_н сопротивления термометра сопротивления, соответствующие концу и началу шкалы логометра (берутся из градуировочной таблицы).

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчёт должен содержать:

-цель работы;

-схему лабораторной установки;

-описание методики поверки;

-расчётные формулы;

-протокол поверки.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные элементы конструкции логометра.

2. Принцип действия логометра.

3. Как определяют основную погрешность логометра?

4. Как определяют вариацию показаний логометра?

5. Нарисуйте схему поверки логометра.

6. Как происходит уравновешивание подвижной системы логометра?

Приложение

ПРОТОКОЛ

«____»___________________201 г.

Поверки логометра тип __________№_____________

Пределы измерения ________________ класс точности________________

Образцовый прибор

Тип ___________№________ верхний предел измерения_______

Предел допустимой погрешности ___________

допускаемая вариация__________

Наибольшая погрешность показаний_________

наибольшая вариация___________

Прибор ___________________________________________________________ (указать причину)

Подпись лица, производившего поверку ____________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ПОВЕРКА РАДИАЦИОННЫХ ПИРОМЕТРОВ

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение конструкции и принципа действия радиационного и оптического пирометров, а также приобретения практических навыков по измерению температуры пирометрами излучения; необходимо освоить методику поверки радиационных пирометров с помощью оптических пирометров.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПИРОМЕТРАХ ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Законы излучения нагретых тел

Пирометры излучения используют для измерения температуры нагретых тел в пределах 100 – 6000 °С. Действие этих приборов основано на измерении излучаемой телом энергии, зависящей от его температуры и физико-химических свойств. Известно, что с повышением температуры нагретого тела интенсивность его излучения быстро возрастает. При нагреве до 500°С тело излучает невидимые инфракрасные лучи большой длины волны, однако дальнейшее увеличение температуры вызывает появление и видимых лучей меньшей длины волны, благодаря которым тело начинает светиться. Вначале раскаленное тело имеет темно-красный цвет, который по мере роста температуры и появления лучей постепенно убывающей длины волны переходит в красный, оранжевый, желтый и, наконец, белый цвет, состоящий из комплекса лучей разной длины волны.

Одновременно с увеличением температуры нагретого тела и изменением его цвета сильно возрастает интенсивность монохроматического (одноцветного) излучения для данной длины волны (яркость), а также заметно увеличивается интегральное (полное) излучение телом энергии, что позволяет использовать эти два свойства нагретых тел для измерения температуры.

Интенсивность монохроматического излучения абсолютно черного тела E_l,T может быть определена по уравнению Планка:

, Вт/м³ (1)

где С₁ и С₂ – постоянные (С₁ = 3,69×10^-16 Вт/м² и С₂ = 1,43×10^-2 м×град);

l - длина волны, м;

T – температура, K;

e – основание натуральных логарифмов.

Из уравнения (1) следует, что интенсивность монохроматического излучения абсолютно черного тела сильно растет с повышением температуры, весьма неодинакова для лучей различной длины волны и при любой температуре имеет определенный максимум, смещенный для высоких температур в область коротковолновой части спектра.

Для сравнительно невысоких температур (до 2900 K) используют упрощенное уравнение, предложенное Вином:

, Вт/м³ (2).

Уравнение (2) положено в основу измерения температуры по интенсивности монохроматического излучения (яркости) нагретого тела в лучах определенной длины волны l, равной 0,65 мкм (красный цвет), при помощи приборов, называемых пирометрами частичного излучения (квазимонохроматические пирометры).

Интегральная мощность излучения E_T абсолютно черного тела при различных температурах определяется путем интегрирования уравнения (1) в пределах изменений l от 0 до ¥. В результате получаем уравнение Стефана - Больцмана:

, Вт/м² (3)

где s - постоянная, равная 2,08×10^-4 Дж/(м²*град)

Уравнение (3) положено в основу измерения температуры по интегральной мощности излучения нагретого тела посредством приборов, называемых пирометрами полного излучения.

Ввиду того, что интенсивность монохроматического и интегрального излучений зависит от физических свойств вещества, шкалы пирометров излучения градуируются по излучению абсолютно черного тела. Все физические тела имеют лучеиспускательную способность меньшую, чем абсолютно черное тело, поэтому пирометры частичного и полного излучения показывают черную температуру: первый – яркостную T_я , а второй – температуру полного излучения T_и , всегда более низкую по сравнению с действительной температурой нагретого тела.

Для реальных тел уравнения (2) и (3) принимают вид:

(4)

(5)

где -интенсивность монохроматического излучения физического тела, Вт/м²;

-интенсивность интегрального излучения физического тела, Вт/м²;

-коэффициент черноты монохроматического излучения физического тела;

-коэффициент черноты интегрального излучения физического тела.

Действительная температура физического тела по яркостной температуре T_я при измерении пирометром частичного излучения определяется по формуле:

(6),

а при измерении пирометром полного излучения по формуле:

(7)

2.2. ПИРОМЕТРЫ ЧАСТИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В пирометре частичного излучения, называемом также оптическим пирометром, производится сравнение монохроматической яркости нагретого тела, температуру которого измеряют, и накала нити встроенной в прибор пирометрической лампы. Устройство оптического пирометра приведено на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема пирометра частичного излучения типа ОППИР-017.

Телескоп пирометра представляет собой уширенную посредине зрительную трубу (1) с объективом (2) и окуляром (3). В фокусе объектива установлена пирометрическая лампа (4) с дугообразной вольфрамовой нитью, соединенная последовательно с реостатом (5), служащим для изменения накала нити. Реостат расположен в уширенной части зрительной трубы и снабжен кольцевой рукояткой (6) с движком (7), позволяющем наблюдателю регулировать ток.

Для получения монохроматического излучения с длиной волны 0,65 мкм перед окуляром установлен красный стеклянный светофильтр (8), а за ним – выходная диафрагма (9), перед которой при измерении находится глаз наблюдателя.

Между объективом и пирометрической лампой помещено поглощающее стекло (10), укрепленное на поворотной головке (11), при помощи которой оно может быть поставлено перед лампой или отведено в сторону. Поглощающее стекло служит для увеличения верхнего предела показаний пирометра, так как оно ослабляет видимую яркость излучателя в несколько раз при неизменной яркости нити лампы. Вольфрамовую нить пирометрической лампы нельзя подвергать нагреву свыше 1500 °С, так как при этом может быть нарушена градуировка шкалы прибора из-за распыления нити при ее перекале и загрязнения при этом внутренних стенок колбы лампы.

Дифференциальный амперметр (12) имеет два диапазона измерений: первый – при работе без поглощающего стекла с пределами 800 – 1400 °С и второй – при введенном стекле с пределами 1200 – 2000 °С. Основная погрешность пирометра для первого и второго диапазонов измерения соответственно равна ±20 и ±30 °С.

2.3. ПИРОМЕТРЫ ПОЛНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Измерение температуры пирометрами полного излучения, называемыми также радиационными пирометрами, основано на использовании теплового измерения нагретых тел. Схема пирометра полного излучения приведена на рисунке 2.

Рисунок 2.-Схема пирометра полного излучения РАПИР.

В алюминиевом цилиндрическом корпусе (1) телескопа расположены оптическая и температурная части прибора. Первая из них имеет объектив (2), улавливающий излучаемую теплом энергию и окуляр (3) с защитным стеклом (4), служащим для контроля правильности наводки прибора на излучатель, а вторая – звездообразную термобатарею (5), помещенную в конусообразную камеру (6) с зачерненными стенками, служащими для поглощения отраженных лучей. Лучистый поток, проникающий в камеру через объектив и ограничительную диафрагму (7), падает на рабочие концы термобатареи. Компенсация изменения температуры свободных концов термобатареи, расположенных в кольцевом зазоре корпуса телескопа, обеспечивается находящимся здесь шунтирующим медным резистором (8). Чувствительность прибора при градуировке регулируется перемещением по резьбе диафрагмы (7) с помощью зубчатого барабана (9).

Звездообразная термобатарея пирометра (рис. 3) состоит из десяти хромель-копелевых термопар, рабочие концы (1) которых, расклепанные в

форме небольших треугольников, зачернены и наклеены на тонкую слюдяную пластинку (2). Свободные концы термобатареи приварены к металлическим пластинкам (3), укрепленным на слюдяном кольце (4), зажатым между двумя такими же кольцами в корпусе телескопа. К двум пластинкам (5) присоединяются медные выводы термобатареи. При измерениях температура свободных концов термобатареи равна температуре корпуса телескопа.

3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 4.

Металлическая пластина (5) нагревается током, протекающим во вторичной обмотке трансформатора (4). Первичная обмотка этого трансформатора получает регулируемое напряжение от лабораторного автотрансформатора (2). Воздействуя на рукоятку (3) лабораторного автотрансформатора изменяют входное напряжение трансформатора (4). Это приводит к изменению тока, протекающего через пластину (5), вследствие чего изменяется ее температура.

Для подключения источников нагрева пластины к сети служит выключатель (1).

Трансформаторы (2) и (4), а также защитный экран (6) и пластина (5) расположены за приборной панелью (8). На передней стороне панели находится оптический (13) и радиационный (12) пирометры, автоматический потенциометр (10) и поворачивающийся в горизонтальной плоскости кронштейн (11). Благодаря подвижности кронштейна можно через отверстия (7) в панели и в экране поочередно визировать на пластину радиационный или оптический пирометр.

Рисунок 4-Схема лабораторной установки

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

С помощью выключателя (1) подать напряжение к лабораторному автотрансформатору. Рукоятку ЛАТР’а устанавливают в положение 100 делений и проводят измерения яркостной температуры оптическим пирометром. Результат измерения заносят в протокол поверки. Эту же температуру измеряют и радиационным пирометром. Для этого телескоп радиационного пирометра при помощи кронштейна направляют на пластину и дожидаются, когда стрелка автоматического потенциометра достигнет установившегося значения. Результат измерения также заносят в протокол поверки.

Увеличивая напряжение на 5 –10 делений, измеряют температуру оптическим и радиационным пирометром для 6 – 10 точек.

Поправки к показаниям оптического пирометра определяют по графику (9), который находится на передней панели щита, принимая степень черноты e_l = 0,8. Действительную температуру при измерении радиационным пирометром определяют по формуле (7), принимая степень черноты e_T = 0,7.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- цель работы;

- описание экспериментальной установки и ее схему;

- методику измерения температуры радиационным и оптическим пирометрами;

- протокол поверки.

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие законы положены в основу работы оптического и радиационного пирометров?

2. Принцип действия радиационного пирометра.

3. Принцип действия оптического пирометра.

4. Из каких основных элементов состоит радиационный пирометр?

5. Конструкция оптического пирометра.

6. Методика измерения температуры оптическим и радиационным пирометрами.

7. Как определяют действительную температуру при измерении ее пирометрами?

8. Чем вызваны погрешности при измерении температуры пирометрами?

Приложение

Протокол

поверки __________________________ “____” _____________201_г

наименование прибора

тип _____________________

пределы измерения ________________класс точности ___________

Образцовый прибор

Тип ____________________ верхний предел измерения _______

класс точности __________________

Предел допускаемой

основной погрешности __________________

Наибольшая погрешность

показаний ____________________________

Прибор ________________________________________________

указать причину

Подпись _______________

Список літератури

1. Теплотехнические измерения и приборы / Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азиз-заде А.Ю. – М.: Высшая школа, 1989, 456 с.

2. Теплотехнические измерения и приборы / Преображенский В.П. 3-е изд. - М.: Енергия, 1978, 702 с.

3. Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы / Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. – М: Енергоатомиздат, 1984, 234 с.

4. Автоматичні вимірювання та прилади / Орнатский П.П. 5-е вид. –К.: Вища школа, 1986, 504 с.

Поиск по сайту: