Навигация
Контактные методы измерения температур
39417
знаков
8
таблиц
8
изображений
1.1. Контактные методы измерения температур.
1.1.1. Термометры расширения
Методы измерения температур достаточно подробно изложены в работе [1,2].
В жидкостных стеклянных термометрах для определения температуры используется тепловое расширение специальной термометрической жидкости. Термометрическая жидкость заключена в тонкостенный стеклянный резервуар, соединенный с капилляром, с которым связана температурная шкала.
Вследствие различия теплового расширения жидкости и стеклянного резервуара при изменении температуры изменяется длина столбика жидкости, находящейся в капилляре.
Смачивающие или несмачивающие термометрические жидкости должны обладать достаточной объемной стабильностью в условиях работы термометра. В качестве несмачивающей металлической жидкости служит чаще всего чистая и осушенная ртуть. Она используется для измерения температур в диапазоне от -38,5º С до 630º С.
Термометры из кварцевого стекла для измерения температур до 800º С наполнены ртутью. Для измерения температур до -200º С применяют термометры, наполненные смачивающей органической жидкостью.
Для удобства наблюдений и облегчения отсчетов в термометрическую жидкость добавляют голубое или красное красящее вещество. Красящее вещество ни в коем случае не должно выделяться из жидкости и сужать сечение капилляра из-за осаждения на стенках. Неправильно выбранное красящее вещество может вызвать погрешность до 2 К. жидкость должна иметь малую вязкость, чтобы время установления показания из-за медленного протекания жидкости при охлаждении термометра было возможно меньшим. В качестве смачивающих термометрических жидкостей пригодны: толуол (от -90º С до 100º С), спирт (от 110º С до 210º С), пентановая смесь (от -200º С до 30º С). Из-за худшей теплопроводности и большей вязкости этих жидкостей инерционность таких термометров больше, чем ртутных.
Во всех термометрах не допускается наличие в жидкости пузырьков газа или пара, которые могут разорвать столбик. Следует также следить за тем, чтобы не происходило испарения и конденсации жидкости в свободном пространстве капилляра. У термометров со смачивающей жидкостью это может приводить к погрешности в несколько десятых градуса уже при сравнительно низких температурах. Поэтому свободное пространство капилляра часто заполняют осушенным и очищенным от кислорода инертным газом под давлением, повышая тем самым точку кипения жидкости (избыточное давление в 1 бар для температур до 350º С. 20 бар до 600º С, 70 бар до 750º С). Только у ртутных термометров для измерений ниже 200º С можно использовать вакуумированный капилляр. Это облегчает устранение разрыва столбика, но и возникают они в этом случае значительно чаще. Поскольку большее сечение капилляра и быстрое изменение температуры вдоль столбика способствует возникновению разрывов в вакуумированных термометрах, обычно ртутные термометры для низких температур также наполняют защитным газом.
1.1.2. Термоэлектрические термометры (термопары).
1.1.2.1. Принцип действия.
В термоэлектрических термометрах для измерения температуры используется открытое в 1921 г. Зеебеком явление термоэлектричества (эффект Зеебека). Если два проводника из разных металлических материалов А и В соединены концами в замкнутый контур (рис.1. а) и места соединений находятся при разных температурах t1 и t2, то в контуре возникает электрический ток. Оба электропроводника, называемые термоэлектродами, образуют термопару. Одно из мест соединения, помещаемое в среду с измеряемой температурой, является рабочим концом термопары, второе, находящееся при постоянной температуре, является свободным концом термопары.
Термоэлектродвижущая сила (т.э.д.с.) Е термопары с термоэлектродами А и В может быть рассчитана из алгебраической суммы эффекта Пельтье для мест контактирования А и В и эффекта Томпсона для обоих термоэлектродов А и В, если пренебречь такими необратимыми явлениями, как джоулевы потери и потери на теплопроводность.
Если в контуре, составленном из термоэлектродов А и В (см. рис. 1.,б), течет ток, то при переходе электронов из одного термоэлектрода в другой они должны или затрачивать, или приобретать энергию. При этом кинетическая энергия электронов увеличивается или уменьшается, а место контакта охлаждается или нагревается. Тепловые потоки, возникающие в обоих местах контактирования термоэлектродов А и В, изменяются пропорционально току I.
А+ А+
t1 t2 t1 = t2 t2=t+
t
|
|
|
Тепловой поток равен 
, где Р – коэффициент Пельтье, зависящий
от материала обоих термоэлектродов и температур t1 и t2 мест контактирования; Р имеет размерность ВТ/A=В.
При прохождении тока I в контуре вследствие небольшого по величине эффекта Томпсона термоэлектроды или нагреваются, или охлаждаются, если в них есть перепад температур по сравнению, например, с наиболее высокой
температурой контакта Т2. Этот тепловой поток также пропорционален току I и градиенту температур 
в обоих термоэлектродах и равен 
, где 
- коэффициент Томпсона, зависящий от материала электродов и от температуры Т и имеющий размерность Вт/А·К = В/К.
Если рабочий конец термопары находится при температуре 
, а свободный – при Т, то т.э.д.с. 
. Она равна сумме эффектов Пельтье и Томпсона, т.е.
(1а)
или 
Отсюда следует
(1б)
После некоторых преобразований из (1б) можно вывести связь т.э.д.с. Е и коэффициентами Р и 
:
(2а)
(2б)
Из фундаментального уравнения (2б) можно получить все термоэлектрические свойства термопары, например нелинейную зависимость температура – т.э.д.с.: 
Интегрированием уравнения (2б) получаем
(2г)
Похожие работы
... . 35 МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ЧУВАШСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И. Н. УЛЬЯНОВА Факультет физико-техническийКафедра теплофизики ДИПЛОМНАЯ РАБОТА на тему: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ШНУРОВАНИЯ В ПРОПАНОКИСЛОРОДНЫХ СМЕСЯХ Дипломник __Мещеркин Константин Валерьевич_____ (фамилия, имя, отчество) Научный руководитель к. т. н., доцент Афанасьев В.В. ...
... и сигнализация нарушений и аварийных ситуаций с их протоколированием; Возможность дистанционного управления регулирующими исполнительными механизмами; Надежность. Для более эффективного функционирования системы автоматизации можно предъявить к Scada-пакету следующие требования: Контроль над технологическим процессом, состояние технологического оборудования и управление процессами и ...
... расчет величины затрат необходимых для внедрения этого проекта в производство. Оценить изменение себестоимости продукции получаемой в цехе первичной переработки нефти и получения битума. В цехе установлено две печи: для нагрева нефти П-1 и для подогрева мазута и пара П-3, после реконструкции должна быть установлена печь, которая полностью заменит обе печи П-1 и П-3. Производительность печи по ...
... тепловой нагрузки. Для перехода на дистанционное управление служит блок 14 (БРУ-У), соединенный через пускатель 75 (ПРБ-74) с двигателем 16 (МЭО 25/100), перемещающим P.O. III. Теплота сгорания топлива контролируется датчиком 17 (КГ-7093.01), корректирующий импульс формируется во вторичном приборе 18 (КГ-7093.02). Коррекция задания при изменении тепловой нагрузки осуществляется с помощью блока ...
0 комментариев