Описание экспериментальной установки. Белорусский государственный университет

Белорусский государственный университет

Физический факультет

Кафедра общей физики

Методические указания

к лабораторной работе

«Измерения температуры»

Утверждены на заседании

Кафедры общей физики

«____»__________2002 г.

Протокол № ___

Минск 2002

Автор-составитель:

Гулаков И.Р. – профессор

Задание: проградуировать полупроводниковый и металлический термометры сопротивления и термоэлектрические термометры с предельной относительной погрешностью e, не превышающей 2%.

Оборудование и принадлежности: установка для проведения измерений температуры.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Внешний вид установки показан на рис.1. На передней панели размещены тумблеры «Сеть» и «Нагрев» и цифровой индикатор измерителя температуры. Отдельно от измерительного прибора на платформе смонтирован нагреватель, в который вставлены 5 датчиков температуры.

Рис.1. Внешний вид установки.

Структурная схема экспериментальной установки для измерения температуры нагретого тела и изучения электрических термометров различных видов представлена на рис.2.

^{3 4 5 6 7}

8 1

Рис.2. Структурная схема установки.

Экспериментальная установка состоит из нагревателя 1 и помещенной над ним нагреваемой стальной пластины 2 с шестью отверстиями, в которые вставлены пять электрических термометров: образцовый термометр 3, металлический термометр сопротивления 4, полупроводниковый термометр сопротивления 5, термопары типа ТХА 6 и ТХК 7, измеряемые сигналы которых поступают в измерительный прибор (измеритель-регулятор «Сосна-002») 8. Нагреватель 1 и стальная пластина 2, температура которой измеряется пятью различными термометрами, находятся внутри стальной трубы, закрепленной на платформе. Измерительный прибор инициирует последовательно результаты измеренных сигналов от каждого термометра (верхнее табло) и номер термометра (нижнее табло). Цикл измерения длится 1 минуту. Единицы измерения образцового термометра – [⁰С], термометров сопротивления – [Ом], термопар - [мВ].

ТЕРМОМЕТРИЧЕСКОЕ ТЕЛО И ТЕРМОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

Для описания поведения и свойств макроскопических систем обычно пользуются непосредственно измеряемыми величинами, которые характеризуют систему в целом и ее отношение к окружающей среде, но не имеют смысла в применении к отдельным частицам. К таким величинам, называемым макроскопическими параметрами, относится и температура, характеризующая степень «нагретости» тела.

Для измерения «нагретости» тел могут быть использованы любые свойства твердых, жидких и газообразных веществ, изменяющиеся в зависимости от «нагретости», т.е. от температуры: физическое или химическое состояния, линейные размеры, электрические свойства, скорость звука в газах, собственная частота колебаний кварцевых резонаторов и др. Температуру или «степень нагретости» измеряют с помощью термометра, который состоит из термометрического тела и термометрической величины. Тело, выбираемое для измерения «нагретости», называется термометрическим, а величина, посредством которой измеряется «нагретость», называется термометрической величиной. Однако многие из вышеперечисленных термометрических величин можно измерять только с применением сложной и дорогостоящей аппаратуры или при жесткой стабилизации параметров окружающей среды. Поэтому рассмотрим только электрические методы измерения температуры, которые нашли широкое применение в научно-исследовательских лабораториях и промышленности.

В настоящее время разработаны технологии, позволяющие изготавливать чувствительные элементы контактных электрических термометров с чрезвычайно малыми размерами. Это положительно повлияло на уменьшение помех – искажений температурного поля вокруг самого датчика и на динамику процесса измерения. Электрические термометры легко подключаются к микропроцессору или ПЭВМ, что позволяет корректировать и протоколировать данные и управлять экспериментом или технологическим процессом.

На рис.3 указаны области применения некоторых типов термометров. Штриховыми линиями показаны области температур, в которых термометры могут быть использованы только кратковременно. При длительном воздействии таких температур ухудшается точность измерения или изменяются механические свойства чувствительного элемента.

^{термопары}