Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
ВОЛГОДОНСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ФИЛИАЛ НИЯУ МИФИ
ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания к лабораторным работам
по курсу «Измерительные приборы давления, расхода, температуры»
Волгодонск 2012
Оглавление
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. 3
Лабораторная работа №2. 7
Динамические характеристики терморезистивного преобразователя (ручной режим измерений). 7
Примечание. Вычисление и построение кривых по пунктам 13-16 рекомендуется проводить с использованием программного обеспечения (например, MS Excel, MathCAD). 9
Лабораторная работа №4. 11
Приборы измерения давления. 11
Стрелочный деформационный манометр. 11
Приборы измерения давления газа. 14
Изучение способа измерения расхода воды по показаниям счетчика количества воды. 18
, 23
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные работы проводятся в соответствии с данными методическими материалами, руководством по эксплуатации ИПДРТ-01- 00.000.000 РЭ и инструкцией по работе с программой ИПДРТ-ПР-01- 00.000.000 ПЗ.
К выполнению лабораторных работ допускаются только обучающиеся, ознакомившиеся с указанными материалами.
Лабораторная работа №1.
Приборы для измерения температуры.
Цель работы: Изучение приборов для измерения температуры, понятие класса точности прибора, сравнение показаний приборов различного типа.
Теоретические основы.
1. Устройство биметаллического термометра показано на рисунке 1.1.
|
Биметаллический термометр состоит из защитной оболочки 1, фланца крепления 2, стрелки 3, шкалы с подшипником 4, корпуса 5, троса 6 для передачи вращения, биметаллической спирали 7. При изменении температуры биметаллическая спираль закручивается или раскручивается, нижний конец спирали закреплен к оболочке 1, поэтому верхний ко спирали поворачивается на угол, пропорциональный изменению температуры. Через трос 6 угол поворота передается на стрелку 3, показывающую текущую температуру.
2. Устройство терморезистивного преобразователя (термометра сопротивления) показано на рисунке 1.2.
Терморезистивный преобразователь состоит из корпуса 4 с фланцем крепления, проводов 5, термосопротивления 2 и 3, теплопроводящего электроизолятора 1. Термосопротивление состоит из катушки 3 с намотанной на нее металлической проволокой 2. При изменении температуры корпуса 4, тепловой поток через электроизолятор 1 проходит к проволоке 2, ее температура меняется и, как следствие, меняется электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление катушки пропорционально ее температуре.
Рисунок 1.2. Устройство терморезистивного преобразователя.
К терморезистивному преобразователю присоединяется вторичный электронный прибор, измеряющий сопротивление преобразователя и переводящий его в значения температуры.
Экспериментальная часть
Экспериментальное исследование заключается в сравнении показаний двух терморезистивных преобразователей и биметаллического термометра, установленных в емкости для нагрева жидкости.
Последовательность выполнения лабораторной работы:
1. Проверить, что измеритель-регулятор, подключенный к неподвижному преобразователю ДТ2, настроен на температуру отключения не более 50°С, при необходимости перенастроить. Заполнить емкость нагрева рабочей жидкостью (водой) так, чтобы преобразователь ДТ2 находился в воде минимум на 5 см. Для заполнения емкости включить насос и открыть кран ВН2. После наполнения емкости закрыть кран ВН2, выключить насос.
2. Дождаться установления стабильных показаний ДТ1, ДТ2 и биметаллического термометра. Занести показания в таблицу 1.1.
3. Включить процесс нагрева. Нагреть жидкость в емкости на 3-5 °С, температуру контролировать по ДТ2.
4. Дождаться установления стабильных показаний ДТ1, ДТ2 и биметаллического термометра. Занести показания в таблицу 1.1.
5. Повторить пункты 3,4 до достижения температуры 50°С.
6. Слить воду из емкости открыв краны ВН2 и ВНЗ.
7. Вычислить средние значения температур, абсолютную и относительную погрешность измерения для ДТ1, ДТ2 и биметаллического термометра для каждой температуры. Результаты занести в таблицу 1.1.
8. Сравнить вычисленные погрешности с классом точности приборов (см. инструкции на приборы).
9. Сделать выводы об оптимальных диапазонах измерения приборов.
Настройка температуры отключения на измерителе-регуляторе производится следующим образом:
1. Нажать кратковременно кнопку "ПРОГ".
2. Скорректировать значение, появившееся на экране прибора, кнопками ↑ и ↓ для установления желаемого значения температуры, но не более 50 °С.
3. Нажать кратковременно кнопку "ПРОГ". На экране появится значение ширины коридора поддержания температуры, т.е. нагреватель будет включаться при температуре ниже величины разности температуры, установленной в пункте 2, и ширины коридора, а отключаться при температуре выше величины суммы температуры, установленной в пункте 2, и ширины коридора.
4. Установить значение, появившееся на экране прибора, кнопками ↑ и ↓ для установления желаемого значения коридора температуры, но не менее 1°С и не более 5°С.
Таблица 1.1.
| № | Тп, °С | Тн, °С | Тт , °С | Тср, °С | ΔТП , °С | ΔТН, °С | ΔТт, °С | δТН, % | δТт, % | δТСР, % |
| * | ||||||||||
Лабораторная работа №2
Динамические характеристики терморезистивного преобразователя (ручной режим измерений).
Цель работы: изучение зависимости показаний терморезистивного преобразователя от времени пребывания в среде, температура которой измеряется. Определение влияния среды на время установления показаний терморезистивного преобразователя.
Теоретические основы.
Терморезистивным преобразователем или терморезистором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры.
Рассмотрим ситуацию (рисунок 2.1), когда терморезистивный преобразователь (поз. 1) погружают в среду (поз. 2), находящуюся в адиабатической оболочке (поз. 3).
1 2 3
Пусть преобразователь имеет теплоемкость С1 и начальную температуру Т1, среда имеет теплоемкость С2 и начальную температуру Т2, коэффициент теплопередачи (учитывающий теплопроводность и конвекцию) между преобразователем и средой равен λ, тогда уравнение
теплообмена между преобразователем и средой выглядит следующим образом:
(1)
(2)
где t - время от начала погружения преобразователя в среду, Т - текущая температура преобразователя, Тс - текущая температура среды.
Подставляя (1) в (2) получаем: (3)
Из (3) можно заключить, что при С2 >> С1 Tc=const=T2, таким образом уравнение (1) можно записать в следующем виде: 
после интегрирования с учетом, что при t=0, T=T1, получаем:
(5)
Обозначим t0=C1/λ, тогда уравнение (5) приводится к следующему виду:
(6)
Анализируя выражения (5) и (6) можно заметить, что температура преобразователя, а, следовательно, и его показания, далеко не всегда равны измеряемой температуре среды. При этом, чем больше начальная разность температур и/или теплоемкость преобразователя, тем большее время нужно для достижения заданной точности измерения температуры; чем выше коэффициент теплопередачи, тем меньшее время нужно для достижения заданной точности измерения температуры.
Экспериментальная часть.
Для проведения экспериментальных исследований с приборами измерения температуры предназначена левая часть стенда с емкостью для нагрева жидкости, с установленным в ней термометром и двумя терморезистивными преобразователями.
Последовательность выполнения лабораторной работы:
1. Вынуть подвижный преобразователь из емкости.
2. В случае необходимости дождаться выравнивания его температуры и комнатной, измерить температуру воздуха в комнате - ТВК, занести температуру в таблицу 2.1.
3. Проверить, что измеритель-регулятор, подключенный к неподвижному преобразователю, настроен на температуру отключения не более 50°С, при необходимости перенастроить.
4. Заполнить емкость нагрева рабочей жидкостью (водой), включив насос и открыв кран ВН2. Заполнение произвести так, чтобы преобразователь ДТ2 находился в воде минимум на 5 см. После наполнения емкости закрыть кран ВН2 и выключить насос.
5. Включить процесс нагрева. Дождаться отключения процесса нагрева по достижении заданной температуры и установления показаний ДТ2.
6. Ввести подвижный преобразователь ДТ1 в емкость, включить секундомер с ручным управлением.
7. По мере прогрева ДТ1 заносить текущие значения температуры ТЖi и времени tЖi в таблицу 2.2 (секундомер при этом не выключать), рекомендуемый шаг по времени 4-6 с, первая точка соответствует времени по секундомеру t=0 с. Процесс продолжать до выравнивания показаний ДТ1 и ДТ2 (разница не более 1°С).
8. Занести показание ДТ2 в таблицу 2.2, как Тжк.
9. Выключить секундомер, сбросить его показания.
10. Вынуть ДТ1 из емкости, повесить на стенд, так, чтобы с металлический стержень не касался частей стенда.
11. По мере остывания ДТ2 заносить текущие значения температуры Твi и времени tBi в таблицу 2.1 (секундомер при этом не выключать), рекомендуемый шаг по времени 10-15 с.
12. Слить воду из емкости открыв краны ВН2 и ВНЗ.
13. Вычислить значения функции 
и занести в таблицу, где Тж1 — первая измеренная точка по температуре при прогреве ДТ1 (после введения в емкость).
14. Нанести полученные точки на график в координатах t - Fж, провести через полученные точки прямую, вычислить ее угловой коэффициент kж, занести в таблицу 2.2. Вычислить постоянную времени пары преобразователь – жидкость t0Ж=1/kЖ, занести в таблицу 2.2.
15. Вычислить значение функции 
и занести в таблицу, где TВ1 — первая измеренная точка по температуре при остывании ДТ1 (после извлечения из емкости).
16. Нанести полученные точки на график в координатах t - FB, провести через полученные точки прямую, вычислить ее угловой коэффициент kв, занести в таблицу 2.1. Вычислить постоянную времени пары преобразователь - воздух t0B =1/kB, занести в таблицу 2.1.
17. Сделать выводы о влиянии среды, температура которой измеряется, на время установления показаний преобразователя.
Примечание. Вычисление и построение кривых по пунктам 13-16 рекомендуется проводить с использованием программного обеспечения (например, MS Excel, MathCAD).
Таблица 2.1. Измерение ДТ1 - воздух
| TВК,С0 | ||
| tB, c | TВ,С0 | FB |
| t0B, c |
Таблица 2.1. Измерение ДТ1 - вода
| TЖ,С0 | ||
| tЖ, c | TЖ,С0 | FЖ |
| t0Ж, c |
Лабораторная работа №3
