МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСИКЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра инженерной теплофизики

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ МЕТОДАМ ИССЛЕДОВАНИЯ

Студент: Стаханова А. А.

Группа: ТФ-13-06

Вариант: 13

Преподаватель: Устюжанин Е.Е.

Москва. 2008г.

Задание №1.

Раздел: «Методы измерения температуры»

Задача№1. (вариант 2)

Определите верхний предел температуры, при которой может быть использован ртутный стеклянный термометр со следующими характеристиками: объем капилляра над мениском ртути заполнен азотом при давлении 0,6 МПа.

Из жидкостных термометров наибольшее распространение получили ртутные, благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими жидкостями. Ртуть не смачивает стекло, легко поддается химической очистке, остается жидкой при атмосферном давлении в интервале температур от -38,87 °С до 356,58 °С. Собственное давление насыщенных паров ртути при температуре выше 356,58 °С невелико, что дает возможность при относительно небольшом увеличении давления над ртутью в стеклянном баллоне термометра повысить температуру кипения ртути и тем самым расширить температурный интервал применения термометра.

Температура кипения зависит от внешнего давления, в свою очередь температура кипения – это такая температура, при которой упругость ее насыщенных паров равна внешнему давлению. И если есть зависимость упругости насыщенных паров ртути от температуры, то приравняв упругость к внешнему давлению, мы найдем температуру кипения ртути, при данном давлении.

logP = 5,6640459 — bα^t + cβ^t

где log(bα^t) = 0,890208 — 0,0012438t

log(cβ^t) = 0,5820395 — 1 — 0,0119062t

где P – в мм. рт. ст.

Задано, что давление азота над ртутью равно 0.6 МПа, 0,6МПа = 4500,45 мм. рт. ст.

Тогда log(P)=log(4500,45)=3,6533

Таким образом, определяем, что искомый верхний предел температуры составит 472 °С.

Ответ: 472 °С.

Задача №2 (вариант 2).

Определить коэффициент ослабления А поглощающего стекла оптического пирометра, если известно, что температура Т₁ абсолютно черного тела, измеренная по шкале пирометра без применения поглощающего стекла, уменьшилась до Т₂ при введении поглощающего стекла. От каких физических свойств зависит коэффициент А?

Т₁=1900 °С, Т₂=720 °С.

Пирометр – средство измерения температуры тел по их тепловому излучению.

В
иды пирометров: оптический, цветовой, радиационный.

Принцип работы пирометра основан на сравнении яркостей нагретого тела 1 и нити накаливания пирометрической лампы 5 в монохроматиче­ском свете. Измерения выполняются следующим образом. Пирометр ви­зируют на объект в точку измерения температуры. Объект воспринимает­ся через красный светофильтр 7 в виде красного фона определенной ярко­сти. Подбирая соответствующую величину электрического тока в цепи лампы 5, добиваются такого же свечения нити накаливания, как и у объ­екта. В этом случае нить становится неразличима на фоне объекта, «исчезает». Измерительный прибор в этом случае дает значение яркостной температуры тела.

Следует подчеркнуть, что измерения проводятся в монохроматиче­ском свете. Этого добиваются с помощью красного светофильтра 7 и свойств человеческого глаза. Диафрагмы 3 и 8 позволяют регулировать углы α и β, добиваясь от­сутствия дифракции лучей на нити лампы и четкого ее изображения.

При высоких температурах объекта яркость фона велика, что мешает работе с пирометром. Кроме того, нить пирометрической лампы может устойчиво работать и иметь стабильную градуировку в ограниченном диапазоне температур (до 1400 °С). Поэтому с целью расширения рабоче­го диапазона температур пирометра на более высокие температуры устанавливают поглощающее стекло 4, которое ослабляет фактическую яр­кость объекта.

Для определения коэффициента пирометрического ослабления А поглощающего стекла оптического пирометра воспользуемся формулой:

_{А= 8.625731*10}^-4 _К^-1

Коэффициент А, характеризующий ослабляющее действие данного стекла, зависит от оптической плотности поглощающего стекла.

В качестве поглощающего стекла применяют обычно стекло марки ПС-2,а иногда марки НС-13. Оптическая плотность этих стёкол зависит от температуры самих стёкол. При повышении температуры поглощающих стекол ПС-2 его оптическая плотность увеличивается, а НС-13 – уменьшается. Следует также иметь ввиду, что влияние температуры у стекла НС-13 оказывается несколько сильнее, чем у стекла ПС-2.

Значение этого коэффициента показывает, какая доля лучистой энергии спектрального участка, используемого в оптическом пирометре, упавшая на стекло, пропускается им. Таким образом, измерение яркостных температур с включенным поглощающим стеклом производится путем сравнения неослабленной яркости нити пирометрической лампы с ослабленной яркостью источника излучения.

Задача №3 (вариант 2)

Определить температуру Т рабочего вещества при условиях, когда с помощью термопары были получены следующие данные: показание потенциометра, включенного в цеп хромель-алюмелевой (ХА) термопары, составило Е_ХА(Т, 37°С) = 22,8 мВ. Температура холодных спаев равнялась

37 °С.

Основное уравнение термоэлектрического термометра, выражающее в общем виде зависимость суммарной термо-э.д.с., возникающей в цепи из двух разнородных термоэлектродов А и В, от температуры мест их соединения:

Е_АВ(t,t₀)=е_АВ(t)-е_АВ(t₀)

E_АB(T, 37) = e_AB(T) - e_AB(37)

На основании закона Вольта в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В,когда температуры мест их соединения одинаковы t=t₀ и отсутствуют посторонние э. д. с., термотока не возникает. Т. е. e_AB(0) - e_AB(0) = 0

Объединяя эти два уравнения, получаем: E_АB(T, 37) = E_АB(T, 0) - E_АB(37, 0)

Отсюда: E_АB(T, 0) = E_АB(T, 37) + E_АB(37, 0)

E_АB(37, 0)=1,49 мВ (см. В.П. Преображенский «Теплотехничесике измерения и приборы» стр.652 табл. П4-7-3)

E_АB(T, 37)=22,8 мВ – по условию

E_АB(T, 0)=22,8+1,49=24,29 мВ

Из той же таблицы :

Найдем Х – искомый верхний предел температуры, аппроксимируя данные таблицы:

°С

Ответ: Т=585,3 °С

Задание №4 (вариант 2)

Цепь термодатчика составлена из рабочих термоэлектродов (A,B), удлинительных термоэлектродов (C, D) и медных проводов F (Рис. 1). Температура горячего спая равна Т₁, температура в месте подключения удлинительных электродов (контакты 2,2’) равна Т₂, температура Т₃ холодных спаев (контакты 3,3’) равна 20°С. Нарисовать эквивалентную электрическую схему термодатчика. Оценить показание потенциометра U в заданных условиях и двух комбинациях (а,б) удлинительных электродов. При определении термо-ЭДС Е_ХУ (Т,0°С) использовать стандартные функции преобразования Е_ХN (Т,0°С) и Е_YN (Т,0°С), где N – нормальный электрод из платины. Для расчета принять, что для материалов (манганин и константан) Е_ХN (Т,0°С) меняется линейно в интервале 0…100 ⁰С. Оценить показание потенциометра U при условии, что рабочие электроды A и B протянуты от точки 1 до точек 3 и 3’ без использования C и D.

А 2 Т₂ С 3 Т₃ E

U

Т₁ 1

В

2’ Т₂ D 3’ Т₃ E

A – платинородий, B – платина; Т₁ = 1000°С, Т₂ = 100 °С, комбинации дополнительных проводов:
а) C – манганин; D – константан

б) C – константан; D – манганин

E = e_AB(T₁) + e_BD(T₂) + e_DE(T₃) + e_EC(T₃) + e_CA(T₂) = e_AB(T₁) + e_BD(T₂) + e_DC(T₃) + e_CA(T₂)

Закон Вольта: e_AB(0) + e_BD(0) + e_DC(0) + e_CA(0) = 0

Вычитая из первого равенства второе, получаем:

U = E_АB(T₁, 0) + E_BD(T₂, 0) + E_DC(T₃, 0) + E_CA(T₂, 0)

Определим входящие в это выражение термо - э. д. с.

Если известна контактная термо-э. д. с. двух проводников по отношению к третьему, то этим самым определяется и контактная термо-э.д.с. между первыми двумя. Обычно таким «третьим» проводником является платина.

E_XY(T,0)=E_XN(T,0) – E_YN(T,0)

а) (В.В. Буринский «Измерения и обработка результатов» стр. 76 табл. 6.3)

В. П. Преображенский «Теплотехничесике измерения и приборы»

стр. 650 табл. П4-7-1)

E_BD(T₂,0)= E_BN(T₂,0) - E_DN(T₂,0)=0+3,4=3,4 мВ

E_DС(T₃,0)= E_DN(T₃,0) - E_CN(T₃,0)=(-3,4-0,76)/5= -0,832 мВ

E_СА(T₂,0)= E_СN(T₂,0) - E_АN(T₂,0)=0,76-0,643=0,117 мВ

E_АВ(T₁,0)=9,564 мВ

U=9,564+3,4-0,832+0,117=12,25 мВ

б) Поменяем термоэлектроды С и D местами:

E_ВD(T₂,0)= E_ВN(T₂,0)- E_DN(T₂,0)=0-0,76=-0,76 мВ

E_DС(T₃,0)= E_DN(T₃,0)- E_CN(T₃,0)=(0,76+3,4)/5=0,832 мВ

E_СА(T₂,0)= E_СN(T₂,0)- E_АN(T₂,0)=-3,4-0,643=-4,043 мВ

U=9,564-0,76+0,832-4,043=5,593 мВ