Лабораторна робота №5
ПЕРЕВІРКА термопари
Мета роботи: ознайомлення з роботою термоелектричних термометрів і застосовуваних з ними вторинних приладів.
Дія термоелектричних термометрів засноване на явищі виникнення електрорухомий сил в ланцюзі, складеної з різнорідних провідників. Для побудови термоелектричних термометрів використовується замкнута електрична мета (рис.1), що складається з різнорідних провідників А і В при різному нагріванні місць спаев. При розмиканні ланцюга (мал.1а) між її роз'єднаними кінцями виникає термоелектрорушійна сила.
де, AA і AB - роботи виходів електронів з металу А і металу В, в дж;
e - абсолютна величина заряду електрона в Кл;
k - постійна Больцмана в дж / град .;
θ1 - температура спаю в ° К;
nA, nB - концентрації вільних електронів в металах А та В.
Для замкненого кола, що складається з двох провідників А і В (рис.1б) електрорушійна сила, прикладена в цьому ланцюзі, дорівнює алгебраїчній сумі різниць потенціалів всіх спаїв:
Якщо температури обох спаїв однакові,, то загальна термоелектрорушійна сила замкненого кола буде
якщо ж спаи мають різні температури θ1 і θ2, причому θ1> θ2, то
де, - постійний коефіцієнт, що залежить від властивостей металів А і В.
Вираз (3) є основним рівнянням методу. Воно визначає розвивається спаєм металів електрорушійну силу як лінійну функцію різниці температур нагрівання спаев. Зберігаючи незмінною температуру θ2 одного з спаїв, залежність (3) можна записати у вигляді
де, α0 - постійний коефіцієнт даної пари металів А і В при θ2 = 0 ° С = const
Залежність (4) є рівнянням прямої що проходить з початку координат. Насправді через те, що коефіцієнт α0 при значній зміні температури, що викликає зміна ставлення щільності nA / nB, не залишається постійним, залежність буде нелінійної і виражатися рівнянням
де, α0 і β0 постійні, залежні від хімічного складу електродів А і В даній термопари;
θ1 - вимірювана температура.
У більшості випадків коефіцієнт β0 - є дуже малою величиною, тому статична характеристика термопари може бути з незначною похибкою прийнята лінійною, відповідно її рівнянням буде вираз (4).
Термометричні властивості матеріалів прийнято характеризувати величиною т.е.д.с. розвивається цими матеріалами в парі з чистою платиною при температурі робочого кінця термопари 100 ° С і вільного кінця 0 ° С. У таблиці 1 наведені т.е.д.с. що розвиваються різними матеріалами при зазначених умовах.
Метал або сплав
Знак + в графі т.е.д.с. показує, що даний електрод в парі з платиною є позитивним електродом, тобто що в гарячому спае умовний напрямок струму - від платини до даного електроду. Т.е.д.с. пари з будь-яких двох термоелектродів визначається по таблиці як різниця алгебри їх т.е.д.с. з платиною. Позитивним термоелектроди пари буде той електрод, чия т.е.д.с. в парі з платиною щодо більше.
Багато неметалеві матеріали (графіт, карборунд) і напівпровідники можуть бути використані в якості термоелектродів, причому утворені з них термопари здатні створювати т.е.д.с. в сотні разів більше, ніж у металевих термопар. Однак напівпровідникові і змішані термопари не отримали поки широкого застосування для технічних вимірювань температури головним чином через великий розкид термоелектричних характеристик, що приводить до необхідності індивідуального градуювання кожного примірника термопар. В даний час найбільше застосування для технічних вимірі мають такі стандартні термопари (ГОСТ 6616-53).
1. Термопара платинородій-платина (умовне позначення градуювання: ПП). Ця термопара застосовується для технічних вимірювань температур вище 1000 ° С, а також в якості еталонних, зразкових і лабораторних приладів. Верхня межа вимірювання термопари (1500 ° С при тривалому нагріванні) визначається головним чином міцністю платинового електрода.
2. Термопара хромель-алюмель (умовне позначення градуювання: ХА), межі вимірювання від -50 до + 1000 ° С, а при короткочасної нагріванні до 1300 ° С.
3. Термопари хромель-копель (умовне позначення градуювання: ХК) межі вимірювання від -50 до + 600 ° С, а при короткочасному нагріванні до 800 ° С.
Для вимірювання температури рідкої сталі в плавильних печах в межах 1400-1800 ° С застосовуються термопари вольфрам-молібден. Ці термопари невзаємозамінні, і кожна з них градуюється при випуску. У діапазоні температур від -200 до +400 ° С застосовується термопара мідь-константан.
За величиною інерційності стандартні термопари можуть бути:
а) великий інерційності (час десятипроцентного недохід від 2,5 до 8 хв .;
б) звичайної інерційності (1,5-2,5 хв);
в) малої інерційності (менше 1,5 хв.).
Родоначальницею всіх приладобудівних спеціальностей з'явилася кафедра «Прилади точної механіки», яка була відкрита в 1961 р на машинобудівному факультеті.
У 1976 р був організований оптико-механічний факультет.