Порядок виконання завдання
РОБОЧИЙ ЗОШИТ
Для виконання лабораторних занять
З дисципліни: ТЕМПЕРАТУРНІ ТА ТЕПЛОФІЗИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ
Курс
Студента__________________________________
Курсу_________ Групи____________
Залікова оцінка____________
Підпис викладача_____________
м.Біла Церква
Лабораторне заняття №1
Тема:-« Вимірювання температури скляно-рідинними термометрами »
Мета заняття
1.1. Визначення класифікаційної позначки, основні технічні та метрологічні характеристики скляних рідинних термометрів (СРТ), що запропоновані до дослідження.
1.2. Визначити методику вимірювання температури СРТ з повним зануренням в середовище.
1.3. Визначити методику вимірювання температури СРТ з частинним зануренням в середовище.
1.4. Визначити методику введення поправок показів СРТ.
Прилади та обладнання
2.1. СРТ з повним зануренням в середовище.
2.2. СРТ з частинним зануренням в середовище.
2.3. Нульовий термостат.
2.4. Масляний термостат ТС-24А
2.5. Паровийтермостат ТП-1 5.
2.6. Паличний СРТ.
3. Загальні відомості
Термометри скляні рідинні використовуються для вимірювання температури в діапазоні від -200 до +800°С.
Стандартні рідинні термометри мають велике розповсюдження в лабораторних дослідженнях, в виробництві і різних інших сферах житія тому, що вони прості в використанні, мають досить високу точність вимірювання температури і коштують значно менше, ніж інші термометри.
Конструктивні форми СРТ дуже різноманітні. Але існує три основні типи конструкцій СРТ: паличні, з вкладеною інкалою і з зовнішньою шкалою.
Паличні термометри мають товстостінний капіляр з зовнішнім діаметром 6-8 мм, який дорівнює діаметру резервуара. Шкала нанесена на зовнішні поверхні капіляра.
У термометрі з вкладеною шкалою, вона виконана у вигляді прямокутної пластини з скла молочного кольору. Міститься ця шкала позаду капілярної грубки, що припасовується до резервуара циліндричної форми. До резервуара припасовується скляний корпус, в якому знаходиться капіляр та шкальна пластина.
Всі основні елементи термометра з зовнішньою шкалою, шкальна пластина, капіляр та резервуар, жорстко закріплені на пластмасовій, дерев'яній або металевій основі. В окремих термометрах шкалу наносять безпосередньо на металеву основу, як, наприклад, у термометрів, що виміряють температуру зовнішнього повітря. Самий розповсюджений термометр з зовнішньою шкалою - це кімнатний термометр.
В якості термометричної рідини в СРТ використовують ртуть, толуол, етиловий спирт, керосин, петролейний спирт, пентан тощо.
Серед СРТ найбільше розповсюдження мають термометри з ртуттю. Вони мають такі переваги: ртуть не змочує скло, є хімічно чистою речовиною; при нормальному атмосферному тиску залишається рідиною для діапазону температур від -38,87 до +356,58°С. Важливе те, тиск насиченої пари ртуті при температурі вище за +356,58°С не великий в порівнянні з насиченими парами інших рідин. Це дозволяє при невеликому збільшенні тиску в капілярі термометра підвищити температуру її кипіння, що дозволяє1 значно розширити температурний діапазон використання термометрів з ртуті.
За призначенням та областю використання СРТ поділяються на такі групи: зразкові, лабораторні і спеціального призначення; технічні, метрологічні, для сільського господарства, медичні, побутові.
В залежності від способу градуювання термометри поділяються на дві групи: термометри, градуювання яких відбувається при повному устромлянні в рідину (речовину), термометри, градуювання яких відбувається при частковому устромлені.
Термометри першої групи при вимірюванні температури устромлюються в середовище до значення на шкалі, що відповідає температурі середовища. При підвищенні температури середовища термометр устромлюється глибше до необхідної позначки. Таким чином, при підвищенні температури глибина устромляння термометра підвищується як при градуюванні так і при вимірюванні.
Для термометрів другої групи глибина устромляння фіксована і обов'язково показується на термометрі. Це стосується і градуювання і вимірювання. При використанні цих термометрів треба ураховувати, що частина капіляра з термометричною рідиною знаходиться над середовищем, температуру якого вимірюють. Температура капіляра з термометричною рідиною, що знаходиться над середовищем, відрізняється від температури середовища і близька за значенням до температури навколишнього повітря.
Основні причини виникнення похибок при вимірюванні температури СРТ є: похибка показів термометра при нормальних умовах роботи; похибка, що виникає при відхиленні умов роботи від нормальних; похибка від дефектів конструкції термометра;
похибка, що обумовлена індивідуальними властивостями людини, яка вимірює температуру.
Похибка показів термометра при нормальних умовах роботи є слідством похибок при градуюванні термометра. При градуюванні термометра (в термостатах) на шкальну пластину наносять дві або декілька основних відміток при контролі температури за допомогою зразкового термометру. Потім проміжки між відмітками поділяють на рівні частки. При таких умовах похибки виникають від помилок при нанесенні основних та проміжних відміток шкали; нерівномірність розрізу капіляру по його довжині; нелінійна залежність об'ємів термометричної рідини і резервуару від температури.
Похибка, що виникає при відхиленні умов роботи від нормальних, є слідством термічних наслідків в склі; неправильне устромлення термометр;зміни зовнішнього і внутрішнього тисків, що впливають на стінки термометра. Всі ці похибки легко усуваються введенням різних поправок.
Значні похибки показів термометра пов'язані з його різними дефектами. Наприклад, розривами стовпчику термометричної рідини, возгонкою термометричної рідини і дистиляцією її в верхній частині капіляру тощо. Всі ці дефекти повинні усуватися.
Похибка може бути обумовлена індивідуальними властивостями людини, що вимірює температуру. Показ термометра спостерігається неозброєним оком, коли потрібна висока точність, або за допомогою лупи або мікроскопа, коли необхідна точність вимірювання до однієї десятої долі найменшої поділки шкали. Існує три види помилок: помилка від паралакса, помилка на оцінці найменшої поділки, помилка на оцінці значення ціни ділення, що називають "промахами".
Нормативні документи (НД) визначають допустимі похибки показів термометрів. Ці похибки залежать від двох факторів: ціни поділки і температурного діапазону шкали термометру. Чим більше ціна поділки і діапазон термометра, тим більше допустима похибка, що встановлена НД. Точність вимірювання температури термометра не може перебільшувати допустиму похибку, що забезпечується при нормальних умовах. Якщо є необхідність підвищення точності вимірювання, наприклад в лабораторних умовах, то враховують всі поправки. Більшість поправок визначається в результаті додаткових досліджень і вимірювань в лабораторних умовах або при повірках. Похибки показів термометра і різних точках шкали відрізняються величиною і знаком. Введення поправок може значно підвищити точність вимірювання.
4. Література та посібики
4.1. Температурные измерения / Справочник. Под редакцией О.А. Гращенко. - Киев.: Наукова думка, 1989;
4.2. Олейник Б.Н., Лаздина СИ., Лаздин В.П., Жугало О.М. Приборы и методы температурных измерений. - М.: Из-во стандартов, 1987;
4.3. ГОСТ 28498-90. Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний.
5. Контрольні питання
5.1. На якій залежності побудовано принцип дії СРТ?
5.2. В якому діапазоні температур використовується СРТ?
5.3. Зробіть перелік переваг і недоліків СРТ.
5.4. Назвіть всі елементи конструкції СРТ.
5.5. Як вимірюють температуру за допомогою СРТ?
5.6. Який коефіцієнт об'ємного розширення використовується при розрахунку СРТ?
5.7. Чому при розрахунках СРТ використовується видимий коефіцієнт об'ємного теплового розширення?
5.8. Які коефіцієнти термічних наслідків в склі Вам відомі?
5.9. Що визначає "старіння" скла?
5.10. Що таке "депресія" в склі?
5.11. Яким чином зменшується величина термічних наслідків в склі?
5.12. Від чого залежить зміна показів СРТ при наявності термічних наслідків в склі?
5.13. Які термометричні речовини використовуються для заповнення СРТ?
5.14. Які переваги має ртуть як термометрична речовина?
5.15. Які недоліки має ртуть як термометрична речовина?
5.16. Перелічіть переваги та недоліки органічних рідин як термометричних речовин.
5.17. Перекажіть особливості градуювання СРТ повного занурення в рідину.
5.18. Перекажіть особливості градуювання СРТ частинного занурення в рідину.
5.19. Чим відрізняються робочі СРТ від еталонних?
5.20. Які метрологічні характеристики СРТ Вам відомі?
5.21. Як визначаються границі допустимих похибок СРТ?
5.22. Яким чином знаходять числове значення поправки при зміщенні нульової точки СРТ від термічних наслідків в склі?
5.23. Чому виникає похибка від неповного занурення в рідину СРТ повного занурення?
5.24. Запишіть формулу поправки на виступаючий стовпчик термометричної рідини для СРТ повного занурення.
5.25. Чому виникає похибка показів у СРТ частинного занурення, коли температура виступаючого стовпчика відрізняється при градуюванні від температури при експлуатації?
5.26. Запишіть формулу поправки в показ СРТ частинного занурення, коли температура виступаючого стовпчика відрізняється при градуюванні від температури при експлуатації.
Відповіді
Порядок виконання завдання
6.1. У викладача візьміть СРТ повного та частинного занурення.
6.2. Визначте типи отриманих термометрів, основні технічні та метрологічні характеристики. Результати внесіть до табл. 6.1.
| Таблиця 6.1 | ||
| Найменування типів, технічних та метрологічних характеристик СРТ | СРТ №1 | СРТ №2 |
6.3. За допомогою еталонного термометра визначте температуру в нульовому термостаті. Зробіть три відліки з інтервалом в 1 хвилину. Результати вимірювань запишіть в табл. 2.(дивіться в додаток).
6.4. У викладача візьміть додатковий паличний СРТ.
6.5. За допомогою СРТ повного зануренням зробіть вимірювання
температури в ультратермостаті УТ-15 при неправильному занурені термометра. Відмітку, до якої слід устромлювати СРТ в середовище, слід дізнатися у викладача. Результати вимірювань запишіть в табл. 3. (дивіться в додаток).
6.6. За допомогою СРТ повного занурення зробіть вимірювання температури в ультратермостаті УТ-15 при правильному зануренні термометра. Результати вимірювань запишіть в табл. 4. (дивіться в додаток).
Для контролю за вашими діями при виконанні цього вимірювання запросіть викладача.
6.7 Зробіть вимірювання температури в термостаті пари ТП-5 за \ допомогою СРТ частинного занурення. Результати вимірювань запишіть в табл. 7.1. (дивіться в додаток).
6.8. Ознайомте викладача з результатами вимірювань. Всі термометри, з якими Ви проводили дослідження, поверніть викладачеві!
7. Оформлення результатів вимірювання
7.1. Визначте положення нульової точки як середнє арифметичне значення трьох відліків.
7.2. Визначте поправку на зміщення нульової точки.
7.3. Проаналізуйте отриманий результат досліджень і зробіть висновок, який із процесів термічних наслідків в склі впливає на показ СРТ. Висновок обгрунтуйте.
7.4. Визначте поправку в показ СРТ повного занурення на виступаючий стовпчик і дійсну температуру середовища, що показав СРТ з урахуванням двох поправок.
Результати обчислення запишіть в табл.З.
7.5. Визначте поправку в показ СРТ часткового занурення при температурі виступаючого стовпчика, що відрізняється від температури при якій виконувалося градуювання термометра. Визначте дійсну температуру середовища, що показав СРТ.
Результати обчислення запишіть в табл.7.1.
7.6. В звіті повинно бути: мета заняття; прилади і обладнання, що використовували; таблиці 7.1, 7.2, 7.3; Розрахункові формули і зроблені розрахунки;висновки.
| Таблиця 7.1 | ||||||
| №СРТ | Номер відліку | Положення нульової точки °С | ||||
| Таблиця 7.2 Градуювання при повному зануренні | ||||||
| Найменування параметра | Значення | |||||
| 1. | Відмітка, до якої устромелений СРТ, °С | |||||
| 2. | Температура, яку показує СРТ при неправильному зануренні, °С | |||||
| 3. | Середня температура стовпчика, що виступає над середовищем, °С | |||||
| 4. | Поправка на температуру стовпчика, що виступає над середовищем, °С | |||||
| 5. | Поправка на зміщення нульової точки, °С | |||||
| 6. | Дійсна температура середовища, °С | |||||
| 1. | Температура, яку показує СРТ при правильному устромленні, °С | |||||
| 2. | Дійсна температура середовища, °С | |||||
| Таблиця 7.3- Градуювання при не повному зануренні | ||||||
| Найменування параметра | Значення | |||||
| 1. | Відмітка, до якої занурений СРТ, °С | |||||
| 2. | Температура, яку показує СРТ, °С | |||||
| 3. | Температура стовпчика, що виступає над середовищем, при градуюванні термометру, °С | |||||
| 4. | Температура стовпчика, що виступає над середовищем, при вимірюванні, °С | |||||
| 5. | Поправка відліку температури стовпчика, що виступає над середовищем, при вимірюванні від температури при градуюванні, °С | |||||
| 6. | Дійсна температура, °С | |||||
Основні формули для розрахунків
При частковому зануренні
t 1- середня температура виступаючого стовпчика при градуюванні
t 2 -середня температура виступаючого стовпчика при вимірюванні
Дійсна температура середовища дорівнює
tд =t +D t
При повному зануренні
t- покази термометра
t 1- середня температура виступаючого стовпчика
Дійсна температура середовища буде дорівнювати
t д =t + Dt,
Розрахунки
Висновок:
Оцінка________
Підпис викладача_____________
Лабораторне заняття №2
«Вимірювання температури манометричними термометрами»
Мета заняття
1.1. Визначити основні позначки, технічні та метрологічні характеристики манометричного термометра (МТ), що запропонований до дослідження.
1.2. Вивчити методику вимірювання температури МТ.
Прилади та обладнання
2.1. Манометричний термометр.
2.2. Еталонні СРТ 3-го розряду.
2.3. Нульовий термостат або посудина Дюара.
2.4. Масляний термостат ТС-24А
2.5. Паровий термостат ТП-15.
3. Загальні відомості
Принцип дії манометричних термометрів, що побудований на використанні залежності між температурою та тиском робочої (термометричної) речовини в замкнутій герметичній термосистемі.
В залежності від робочої речовини манометричні термометри бувають газові, рідинні та конденсаційні (парорідинні). Робоча речовина впливає на їх використання для вимірювання рідинних та газових середовищ в діапазоні від -200 до +600 °С. Термометри з спеціальним заповнювачем термосистеми призначені для вимірювання температури від 100 до 1000 °С.
Манометричні термометри (МТ) виготовляють показуючими та самописними. Самописні термометри бувають з дисковим та стрічковим діаграмним папером. Пересування паперу здійснюється синхронним двигуном або часовим механізмом. МТ бувають з однобічною, двобічною або безнульовою шкалою. МТ - це тільки робочі прилади. Виготовляють їх таких класів: 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Відповідно до засобу з'єднання термобалона з корпусом приладу МТ виконуються з жорсткім зв'язком; з гнучким зв'язком (дистанційні). Довжина гнучкого капіляра може бути від 0,6 до 60 м.
За стійкістю до механічних впливів і впливу зовнішнього середовища МТ поділяються на звичайні, тряскоміцні, тряскостійкі, вібростійкі, ударостійкі, пилезахищені, бризкозахищені, водозахищені, вибухонепроникні та захищені від агресивних середовищ.
Також виготовляють МТ без додаткових пристроїв, з додатковими пристроями (пневмонічні, електричні), для дистанційного передавання сигналів, з сигналізацією, з регулюванням, інше.
Клас точності конденсаційних МТ відповідає тільки останнім 2/3 температурної шкали, а на першій 1/3 клас не повинен бути нижче наступного класу точності.
Основними причинами похибок при вимірюванні температури МТ є:
- похибки показів або запису при нормальних умовах роботи;
- зміна показів, які виникають при умовах, що не відповідають нормальним;
- похибки відліку показів;
- умови теплообміну, при яких порушується рівновага температур між термобалоном та середовищем;
- теплова інерційність термометрів.
Похибки показів МТ при нормальних умовах роботи виникають через похибки градуювання при виготовленні термометра, та варіація показів.
Варіація показів термометра виникає в наслідок гістерезису, що виникає як наявність невеликої величини термінової остатньої деформації манометричної пружини при її роботі. Ця деформація порушує однозначну залежність тиску в термосистемі від показів МТ при прямому та зворотному руху стрілки уздовж шкали.
Похибки МТ, що виникають від відхилень умов вимірювань від нормальних є слідством змін температури навколишнього середовища (додаткова температурна похибка), зміни атмосферного тиску (барометрична похибка), зміни розташування термобалона відносно пружини (гідростатична похибка). Всі ці похибки легко усуваються завдяки введенню різних поправок.
Загальними і спеціальними стандартами на МТ встановлені допустимі похибки їх показів. Ці величини залежать від класу точності термометра і діапазону температур, які виміряють.
Допустимі похибки характеризують ту точність вимірювання температури, яка може бути забезпечена при нормальних умовах роботи термометра. При необхідності підвищення точності вимірювання температури, наприклад при лабораторних дослідженнях , то до показу термометрів додають поправки, що визначені в результаті повірки термометра. Всі систематичні градуювальні похибки при цьому не враховуються. Похибки показів термометра в різних точках шкали можуть бути різними за величиною та знаком. Введенням поправок можна значно підвищити точність вимірювання.
4. Література
4.1. Температурные измерения . Справочник. Под редакцией О.А. Геращенко.- Киев: Наукова думка, 1989.
4.2. Олейник Б.Н., Лаздина С.И., Лаздин В.П., Жагулло О.М. Приборы и методы температурных измерений. - М.: Из-во стандартов, 1987.
4.3. ГОСТ 16920-93 Термометры и преобразователи температуры манометрические. Общие технические требования и методы испытаний.
5. Контрольні питання
5.1. На підставі якої залежності побудований принцип дії МТ?
5.2. Із яких основних частин побудована термосистема МТ?
5.3. Як класифікуються МТ в залежності від термометричної речовини в термосистемі?
5.4. Які термометричні речовини використовуються в газових МТ?
5.5. Які термометричні речовини використовуються в рідинних МТ?
5.6. Які термометричні речовини використовуються в конденсаційних МТ?
5.7. Які групи похибок виникають при вимірюванні температури за допомогою МТ?
5.8. Чому виникають похибки при вимірюванні температури за допомогою МТ при нормальних умовах роботи?
5.9. Чому виникає варіація показів МТ?
5.10. Що є причиною похибок при вимірюванні температури МТ в умовах, що відрізняються від нормальних?
5.11. Наведіть метрологічні характеристики МТ.
Відповіді