Описания экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рисунок 2.5) включает термостат, ртутный термометр, термоэлектрический пирометр и термометр сопротивления.

Термостат устроен следующим образом: прямоугольный корпус 11 с дни­щем имеет двойные стенки, между которыми заложена тепловая изоляция 10. Во внутренний бачок залита жидкость (вода), температуру которой необхо­димо измерять. Бачок закрыт крышкой 8, на которой смонтированы все узлы прибора: электронагреватель 12, мешалка 9 с электромотором 7.

Электронагреватель 12 мощностью около 1 кВт служит для нагрева воды. При помощи мешалки 9, приводимой во вращение электромотором 7, достигается равномерность температуры воды во всем ее объеме. Контактный термометр 6 и реле 5 образуют терморегулятор. Назначение терморегулятора состоит в том, чтобы в течение длительного времени поддерживать темпе­ратуру воды в термостате на заданном уровне. Этот уровень задается кон­тактным термометром.

Рисунок 2.5 – Экспериментальная установка для измерения температур:

1 – ртутный термометр; 2 – холодный спай термопары; 3 – сосуд Дьюара; 4 – ртутный термометр; 5 – реле; 6 – контактный термометр; 7 – электромотор мешалки; 8 – крышка термостата; 9 – мешалка; 10 – тепловая изоляция; 11 – корпус термостата; 12 – электронагреватель; 13 – горячий спай термо­пары; 14 – чувствительный элемент термометра сопротивления; 15 – прибор для измерения электрического сопротивления; 16 – милливольтметр.

Контактный термометр, в отличие от обычного ртутного термометра, имеет в верхней части капилляра металлическую проволочку. Эта проволочка под действием вращающегося магнитика может перемещаться вдоль капилляра. Таким образом, торец проволочки можно установить на любом делении шкалы термометра и тем самым задать желаемый уровень температуры воды в термостате. Контактный термометр снабжен вспомога­тельной шкалой, по которой для удобства наблюдения перемещается указатель (гайка), положение которой на вспомогательной шкале соответствует поло­жению торца проволочки на основной шкале контактного термометра. Следует заметить, что контактный термометр является грубым прибором и для измерения температуры не применяется.

Процесс поддержания постоянной температуры воды в термостате заклю­чается в следующем. При включенном нагревателе температура воды поднимается до уровня, заданного контактным термометром, как только ртутный столбик коснется торца проволочки, замыкается цепь реле, и реле отключает нагреватель. Затем, вследствие теплообмена с окружающей средой, температура воды падает, ртутный столбик в контактном термометре опускается, цепь реле размыкается, и снова включается нагреватель. Таким образом температура воды автоматически поддерживается постоянной, колеблясь около заданного уровня с амплитудой примерно 0,1 ^оС,

Для измерения температуры воды экспериментальная установка снабжена соответствующими термометрами. Ртутный термометр 4 с ценой деления 0,5 ^оС помещен в защитную гильзу.

Термоэлектрический пирометр включает хромель-копелевую термопару, лабораторный потенциометр 16 типа Щ301 и сосуд Дьюара 3 с тающим льдом или холодной водой. Холодный спай, термопары 2 помещен в сосуд Дьюара. Там же установлен и ртутный термометр 1 для измерения температуры холодного спая (при отсутствии льда). Горячий спай термопары 13 находится в воде термостата. Термометр сопротивления содержит чувствительный эле­мент 14 из платиновой проволоки, медные соединительные провода и мост 15.

Порядок выполнения работы

Контактным термометром задается первое значение температуры, выб­ранное для измерения. Включается термостат (нагреватель и мешалка). Выжидается момент, когда сработает реле, о чем можно судить по падению стрелки амперметра в цепи нагревателя или по характерному щелчку реле. Если реле срабатывает, то заданная температура достигнута и через ~ 5 минут, учитывая тепловую инерцию приборов, можно приступить к изме­рениям.

Фиксируются и заносятся в таблицу наблюдений показания приборов. До перехода к следующему опыту необходимо показания термоэлектрического пирометра и термометра сопротивления, выраженные соответственно в мВ и Ом перевести в ^оС и сопоставить эти значения с показанием ртутного термо­метра. Такое сопоставление позволяет избавиться от случайных ошибок в измерениях.

По окончании первого опыта на контактном термометре устанавливается новое, более высокое, значение температуры, и все перечисленные выше операции повторяются. Всего нужно проделать 3 опыта, повышая температуру каждый раз примерно на 5 ^оС.

Таблица наблюдений

Обработка экспериментальных данных

1. Определяют значения температуры по двум измерительным при­борам:

измеренные термоэлектрическим пирометром

t_п = 15 Е + t₀;

измеренные термометром сопротивления

t_c = 2,54 (R - 100).

2. Погрешности измерения температуры пирометром и термометром сопротивления в сравнении с ртутным термометром находятся соответственно из формул:

3. Абсолютная температура воды подсчитывается по формуле:

TK = t °C + 273,15

Контрольные вопросы и задания

Для допуска к лабораторной работе.

1. Что является целью работы?

2. Из каких элементов состоит экспериментальная установка?

3. В какой последовательности включаются элементы установки? (Порядок выполнения работы).

4. Каково назначение и устройство термостата?

5. Как протекает процесс поддержания постоянной температуры в термо­стате?

6. Какой метод используется для определения температуры в данной лабораторной работе?

7. Когда производится запись показаний приборов?

Дополнительные вопросы для защиты работы.

8. Что такое температура с точки зрения термодинамики?

9. Что такое температура с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

10. Что такое эмпирическая температура, а что такое абсолютная?

11. Перечислите основные мировые единицы измерения температуры. Как они соотносится со шкалой Цельсия?

12. В чем принципиальное различие между шкалой Цельсия и Кельвина?

Напишите зависимость между абсолютной температурой и температурой

по шкале Цельсия.

13. Может ли быть параметром состояния рабочего тела температура, измеряема в градусах Цельсия или градусах Кельвина?

14. Какие контактные приборы для измерения температуры вы знаете?

15. Какие бесконтактные приборы для измерения температуры вы знаете?

16. На каких законах основан принцип действия бесконтактных приборов измерения температуры?

17. Какой бесконтактный метод измерения температуры использует зависимость спектральной энергетической яркости тела от темпе­ратуры?

18. Как измеряется температура термоэлектрическим пирометром, если температура холодного спая не равна 0 ^оС?

19. Каким свойством должны обладать проводники, используемые для изготовления чувствительного элемента термометра сопротивления?

20. Разъясните практическое назначение поправочной таблицы для хромель-копелевой термопары?

21. Принцип действия и устройство ртутного термометра? Какова погрешность прибора?

22. Принцип действия и устройство манометрического термометра? Какова погрешность прибора?

23. Принцип действия и устройство термоэлектрического пирометра? Какова погрешность прибора?

24.Принцип действия и устройство термометра сопротивления? Какова погрешность прибора?

25. Принцип действия и устройство контактного термометра? Какова погрешность прибора?

26. Принцип действия и устройство оптического пирометра? Какова погрешность прибора?

Лабораторная работа № 3

Дата добавления: 2014-11-14; просмотров: 312; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!