Сравнительный анализ методов измерения температуры: Методические указания к лабораторной работе № 5 по курсу “Теплотехнические измерения и автоматизация”

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТУТ

Кафедра тепловых электрических станций

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

к лабораторной работе №5

по курсу “Теплотехнические измерения и автоматизация”

для студентов специальности 100500

“Тепловые электрические станции”

Чита 2005

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

5.1. Цель работы

             В ходе выполнения лабораторной работы студент должен:

             - познакомиться с метрологическими свойствами используемых чувствительных элементов, с конструкцией термометров расширения и сопротивления, схемой автоматического уравновешивания моста;

             - произвести сравнительные измерения температуры тела помещённого в электрическую цепь, ртутным термометром сопротивления;

             - освоить методику оценки погрешностей.  

5.2. Общие сведения о термометрах расширения

          Самые распространенные и давно известные термометры – это жидкостные стеклянные термометры. Измерение температуры с помощью таких термометров основано на различии коэффициентов расширения жидкости и материала оболочки. Для изготовления оболочек применяют специальные сорта стёкол, обладающих малым температурным коэффициентом расширения. В зависимости от диапазона измеряемых температур в качестве рабочей жидкости применяют пентан, петролийный эфир, этиловый спирт, толуол, ртуть и т.д.

          Наибольшее распространение имеет ртуть. Она не смачивает стекло, почти не окисляется, легко получается в химически чистом виде. Пределы измерения ртутным термометром от -30 до 700 ⁰С. Нижний предел измерения ограничивается температурой затвердевания ртути, верхний- допустимыми температурами для стекла. Другие жидкости в термометрах расширения используются в основном для измерения низких температур.

          Существует много конструктивных разновидностей стеклянных жидкостных термометров. Наиболее распространённые – палочные и с вложенной шкалой. Палочные имеют толстостенный капилляр с резервуаром в нижнем конце. Шкала наносится на внешней поверхности капилляра. У термометров со вложенной шкалой шкалу наносят на специальную пластинку из молочного стекла. Шкала и капилляр находятся в специальной оболочке.

          Ртутные термометры бывают образцовые (1-го и2-го разряда), лабораторные и технические. Образцовые 1-го разряда - только палочные, технические термометры – только со вложенной шкалой. Иногда их заключают в металлический кожух. Зазор между металлической оправой и стеклом заполняют маслом или глицерином.

          По пределам измерения и цене деления шкалы термометра разделяют на группы. Термометры повышенной точности имеют цену деления от 0,01 до 0,1 ⁰С, технические термометры  - 1 ⁰С. Допустимые погрешности технических термометров не должны превышать одного деления шкалы. Так, если цена деления шкалы – 1 ⁰С, то допустимая абсолютная погрешность термометра 1 ⁰С.

          Показания ртутного термометра существенно зависят от глубины его погружения в измеряемую среду. Следует погружать на ту глубину, при которой производилась градуировка. Градуируют термометр с полным погружением в измеряемую среду или частичным выступающим столбиком ртути (рис.5.1.). Уровень, при котором градуировался прибор, обычно указывается на шкале прибора.                    

Рис.5.1

   При отклонении условий в процессе измерения от условий градирования может возникнуть систематическая погрешность, поэтому необходимо вводить поправку на выступающие или погруженные столбик ртути. Поправка вычисляется по формуле  

                                                                            (5.1.)

где       коэффициент теплового расширения термометрической жидкости в стекле ( для ртути он равен 0,00016 град^-1);

               температура измеряемой среды, ⁰С;

              температура выступающего столба, измеряема вспомогательным термометром, прикрепленным к выступающей части асбестовым шнуром, ⁰С;

              число градусов в выступающем столбике, ⁰С.

             Если температура выступающего столбика меньше измеряемой температуры, то поправка будет положительной, в противном случаи - отрицательной.

             При сравнительно точных измерениях нужно дополнительно учитывать поправку на смещение нулевой точки из-за термического последствия ( когда стекло не сразу принимает те размеры, которые соответствуют нулевой температуре).

             Поверка показаний жидкостных термометров производится в термометрах путём сличения с образцовыми приборами высокого класса точности.