Изучение универсального многофункционального лабораторного стенда физики низких температур, страница 4

Каждая термопара (ТП) изготовлена из термоэлектродных эмалированных проводов диаметром 0,2 мм, которые размещены внутри гибкой полимерной трубки. Сваренный конец термопары (рабочий спай) армирован тонкой трубочкой из фторопласта диаметром около 1 мм. Свободные концы термоэлектродных проводов припаяны к контактам электрического штекера.

Чувствительный элемент термометров сопротивления (ТС) изготовлен из медной эмалированной проволоки длиной около 1,50 м и диаметром 0,10 мм. Провод сложен в пучок длиной около 25 мм и помещен внутрь короткой полимерной трубочки диаметром около 2,5 мм. Концы чувствительного элемента припаяны к медным проводам диаметром (0,2 ... 0,3) мм, которые (как и в случае термопар) размещены внутри гибкой полимерной трубочки. Свободные концы соединительных проводов припаяны к электрическому штекеру.

Полупроводниковые микротермисторы (МТ) внешне оформлены аналогично медным термометрам сопротивления. Микротермистор выполнен в виде шарика диаметром около 0,6 мм и вплавлен в кварцевый капилляр диаметром 0,9 мм, имеющий длину 35 мм. С целью механической защиты капилляр вмонтирован в тонкостенную металлическую иглу-трубочку диаметром около 1,5 мм. Полимерная трубка с соединительными медными проводами заканчивается на другом конце датчика электрическим штекером.

Все датчики своими штекерами вставляются в соответствующие гнезда блока “холодных спаев”, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Разъемы блока “холодных спаев”.

Внешний вид блока “холодных спаев” представлен на рис. 6. Важной деталью блока является металлическая пластина 1 (уголок из дюралюминия), на которой жестко закреплены разъемные колодки 2. Все разъемные колодки с помощью электрического жгута 3 и разъема 4 подключаются к контроллеру. На колодки 5…8 установлены дополнительные электрические сопротивления 5 (шунты).

Рис. 6. Внешний вид блока “холодных спаев”.

Блок выполняет две функции. Во-первых, служит разъемом для установки сменных температурных датчиков и, во-вторых, выравнивает температуры разъемов. Изотермичность разъемов важна в основном для термопар, так как их разъемы одновременно являются “холодными” спаями, и все четыре термопары в стенде фактически регистрируют перегрев своих рабочих спаев относительно температуры блока “холодных спаев”.

На рис. 7 изображена схема функциональных связей между контроллером (ТФК), блоком “холодных спаев” (БХС), тепловыми ячейками стенда и персональным компьютере (ПК).

На схеме отражено, что датчики регистрируют стационарную температуру изотермической среды (ядра) сосуда-термостата и изменяющуюся во времени температуру исследуемого образца, который в процессе опыта всегда участвует в теплообмене с изотермической средой (ядром) сосуда.

Рис. 7. Схема функциональных связей блочных узлов стенда.

В большинстве лабораторных работ исследуемый образец размещается внутри пластмассовой кюветы и сначала плавно охлаждается в сосуде с жидким азотом, а затем плавно разогревается в сосуде с металлическим сердечником комнатной температуры.

Приведенные в общем описании лабораторного стенда сведения не охватывают всех сторон его работы, особенно использованного в нем контроллера. В частности, опущен анализ работы автономного вычислительного устройства, обеспечивающего программное управление всеми этапами опыта, хранение экспериментальных результатов, проведение различных промежуточных расчетов и передачу информации в базовый контроллер. Не приведены сведения об использующихся в стенде тепловых ячейках. Эти особенности работы контроллера будут раскрываться в процессе выполнения конкретных лабораторных работ.