Обработка результатов измерений тепловой инерционности датчиков температуры: Учебно-методическое обеспечение практических занятий

6.2 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИОННОСТИ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ

(4 ЧАСА)

6.2.1.УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЙ

1) Изучить проявления тепловой инерционности термопар и термометров сопротивления при различных способах их установки в исследуемый объект.

2) Приобрести навыки учета и снижения влияния тепловой инерционности контактных лабораторных термометров.

6.2.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

 Под руководством преподавателя или лаборанта каждый студент получает с базового компьютера файлы, содержащие протоколы опытов. Для этого студент должен иметь дискету объемом 1,44 МB. Количество файлов должно соответствовать числу проведенных опытов. Имя файлу присваивается автоматически по следующему формату: “Дата_НОМЕР ЛРМ_Номер работы_Номер опыта.csv”. Например, имя файла “101005_05_1_2.csv” означает, что файл содержит данные опыта, проведенного 10 октября 2005 г., на рабочем месте № 5, работа №1, опыт № 2.

 С помощью программы Microsoft Excel открыть исходные файлы опытов. Пример содержимого одного файла представлен на рис. 6.2.1. В файле размещаются сведения о номерах рабочего места, лабораторной работы и опыта, о режиме опыта (1 – рабочий опыт; 2 – градуировочный опыт) и значение температуры внешней среды, в которой находился в опыте датчик. Для обработки имеются исходные экспериментальные временные зависимости: термоэдс термопарных датчиков … (столбцы C…F); напряжений на термометрах сопротивления  и  (столбцы G, H); напряжений на полупроводниковых микротермисторах  и  (столбцы I, J).

 В программе Microsoft Excel создать новую рабочую книгу (файл) и присвоить ей имя согласно следующему формату: “Дата_НОМЕР ЛРМ_Номер работы_Номер группы_Фамилия_ИО.xls”. Например, имя файла может иметь такой вид: “101005_5_1_431_Сидоров_ИП.xls”.

Данный файл будет использоваться для проведения расчетов, и его необходимо сдавать на проверку преподавателю.

 Скопировать из каждого исходного файла опытную информацию в соответствующий лист рабочей книги.

Рис. 6.2.1.

 Удалить с каждого листа рабочей книги столбцы с экспериментальной информацией датчиков, которые не используются в данной работе.

 На листе рабочей книги добавить столбцы, которым присвоить названия измеренных температур образца и вещества: , . По полученным в работе 2 интерполяционным полиномам  произвести пересчет показаний температурных датчиков из милливольт (мВ) в градусы абсолютной температуры (К).

 Построить графики  и , отражающие зависимость абсолютной температуры от времени. Графики можно строить непосредственно в программе Microsoft Excel, используя для этого пункт меню <Вставка \ Диаграмма>. На рис. 6.2.2. в качестве примера представлена зависимость абсолютной температуры  и  как функции времени при нагреве в горячей воде термопары, находящейся в тепловой изоляции.

Рис. 6.2.2.

8. При обработке опытов можно исходить из того, что в каждом из них датчик участвует в конвективном теплообмене с изотермической средой, поэтому температура датчика должна изменяться во времени по экспоненциальному закону, т. е. в регулярном тепловом режиме, а именно

,                                 (4.3.1)

где  – показатель тепловой инерции датчика.

Для дальнейших вычислений на листе рабочей книги нужно добавить столбцы, которым присвоить названия  и . Произвести расчет вышеназванных значений, учитывая, что  – начальная температура образца.

 Из графика рисунка , представленного на рис. 6.2.2, видно, что температура заметно изменяется лишь в пределах временного интервала от 0 до 10 секунд, поэтому следует на новом листе оставить значения  и времени лишь в указанном диапазоне.

 Построить график зависимости  как функции времени, который должен приблизительно соответствовать линейной зависимости.

           Произвести аппроксимацию полученного графика с помощью линейной зависимости . Для определения параметров  и  в Microsoft Excel необходимо добавить линию тренда и выбрать тип аппроксимации – линейная. Пример сглаживания (сплошная кривая) экспериментальных данных представлен на рис. 6.2.3. На поле диаграммы показано уравнение с искомыми коэффициентами.

 Коэффициент  в полученном уравнении и есть искомая величина, поскольку . Вычислить  – показатель тепловой инерции датчика (в приведенном примере , что дает  с).

 Повторить все описанные построения и расчеты для остальных опытов.

6.2.3. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ссссссссс