Компенсационный метод измерения коэффициента теплового расширения проводящих и непроводящих жидкостей (1103426), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Приведенные на рис. 7 б) результаты калибровки показывают,22/ Rобр , I эффRобр ичто измеренные различными способами мощности U эффU эфф I эфф совпадают между собой и согласуются в пределах ошибки срассчитанной мощностью Wпермнож. Мощность Wпермнож, рассчитана по16показаниям перемножителя Uперм. Это говорит о правильной настройке схемыобратной связи и о правильном расчете мощности.При несущей частоте ~10 кГц необходимо было оценить влияние скинэффекта.
Расчет показал, что изменение сопротивления при учете скинэффекта не превышает 2 % в интервале температур 0-3000 С.1601602140W 1=U /R2W 3=I *RМощность W, ВаттМощность W Ватт1202W 1=U /R100W 2=I*U802W=U /RW=I*U2W=I *R2W=U /RW=I*U2W=I *R140W 2=I*U2W 3=I *R60402012010080604020002040608010012014001600Мощность Wпермнож , Ватт20406080100120Мощность Wпермнож , Ватт140160а)б)Рис.
7. Калибровочные измерения мощности эл. тока а) - без учетапоправки б) - с учетом поправки для сопротивления медной шины Rэт.В параграфе 4.6 описывается калибровка датчика давления. В установкеприменен датчик давления Mediamate – 1000 американской фирмыHoneywell. Его калибровка производилась с помощью грузопоршневогоманометра МП-60 М класса 0,02. Измерение осуществлялось с шагом0.05МПа.(0,5атм.) в диапазоне от 0 до 4,5 МПа. Помимо статическихнагрузок, была проверена работа датчика в динамическом режиме припомощи генератора периодической составляющей давления. Полученнаяформа сигнала переменного давления согласуется с формой, полученнойранее.
Однако в данном случае форма проработана более детально, что имеетважное значение при гармоническом анализе сигнала. Вид приведеннойкривой, в частности, указывает на довольно заметные отличие формыколебаний давления от гармонического закона.В параграфе 4.7 описывается проверка работоспособности узловизмерительной части установки, и выполнения необходимого условияизмерения к.т.р. Были проведены контрольные измерения, в которых былаизучена зависимость амплитуды температурных колебаний образца отамплитуды колебаний мощности электрического тока, протекающего черезобразец.
В случае отсутствия наводки зависимость амплитудытемпературныхколебанийотамплитудыколебаниймощностиэлектрического тока должна быть линейной. Что и было подтвержденопроведеннымиизмерениями.Результатыпроверкивыполнениянеобходимого условия корректности измерения коэффициента тепловогорасширения представлены на рис.
8, который демонстрирует поведение17отношения W~ P~ при различных амплитудах колебаний давления.Рис. 8. Зависимость отношения W/P от амплитуды колебаний давления P.P~ -амплитуда давления, W~/P~ - отношение амплитуд переменныхмощности и давления при компенсации температурных откликов.Из рисунка видно, что имеется определенный диапазон значений P~ , вкотором отношение W~ P~ остается постоянным в пределах погрешностей.Крайние правые две точки на рис.
8, обозначенные пустыми квадратиками,соответствуют пределу возможности усилителя мощности. Форма сигналамощности в этих условиях претерпевает искажения. Температурный сигналот воздействия электрическим током не может полностью компенсироватьсигнал от воздействия давления. И при максимально возможнойкомпенсации значение отношения W~ P~ оказывается ниже значений присредних и малых амплитудах давления.В параграфе 4.8 представлены результаты апробации модуляционногометода измерения к.т.р.
на жидкометаллическом образце. В качестве образцаиспользовалась калий – натриевая смесь. В связи с тем, что генераторпеременной составляющей давления не позволяет обеспечить чистогармоническую форму колебаний давления в системе (температурный откликсреды, помимо основного тона содержит гармоники), на первом этапеапробации метода результаты определения к.т.р. калий-натриевой смесибыли получены путем последовательного измерения сигналов.
Необходимобыло выделить первые гармонические составляющие для четырех сигналов:сигналадавления,сигналамощностиэлектрическоготокаисоответствующих им температурных откликов. Измерения проводились вследующем порядке: при заданной амплитуде колебаний давленияпроизводилась регистрация температурных колебаний образца в единицахвыходного напряжения усилителя. Данные записывались в памятикомпьютера. Затем отключался генератор давления, и включалась системамодуляциимощностиэлектрическоготока.Уровеньмощностиустанавливался таким, чтобы амплитуда температурных колебаний образцабыла близка температурному отклику, вызванному колебаниями давления.18Производилось несколько измерений, соответствующих разным значенияммощности. Все данные записывались в памяти ЭВМ. С помощью Фурьеанализа определялись первые гармоники всех полученных сигналов. Затемпутем интерполяции определялось значение мощности, при котором первыегармоники обоих температурных откликов совпадали.
Соответствующиеэтому значению температурного отклика амплитуды мощности и давленияиспользовались для определения к.т.р. Результаты определения к.т.р. калийнатриевой смеси показаны на рис.9. Крестиками обозначены значения к.т.р.Рис. 9. Температурная зависимость коэффициентатепловогорасширения P калий-натриевой смеси эвтектического состава припоследовательном воздействии на образец переменного давления иэлектрического тока.калий-натриевой эвтектики, полученные из данных справочника длятемпературной зависимости плотности этой смеси [8]. Систематическоерасхождение между экспериментальными данными и данными рассчитанныхпо температурной зависимости плотности, составляет около 40 %.
Этопримерно соответствует ошибке определения коэффициента тепловогорасширения из данных о плотности. Существенно то, что достигнутавозможность измерения к.т.р. в абсолютных единицах.Следующим шагом испытания метода стало проведение измерений к.т.р.калий-натриевой эвтектики при одновременном воздействии на образецпеременного давления и переменного тока. Для этого была создана такаяформа модуляции мощности электрического тока, которая обеспечивалатемпературный отклик, максимально близкий по форме тому, которыйвызван колебаниями давления, но противоположный по знаку. Такимобразом, измерение к.т.р. выполняется при одновременном включении обеихмодуляционных систем.На рис.
10 представлены формы температурных колебаний, вызванныхдвумя видами модуляционных воздействий на образец. Коэффициент19теплового расширения определялся в соответствии с формулой (3). Для этогоопределялись амплитуды колебаний давления и мощности электрическоготока на основном тоне. Анализ температурного отклика при компенсациипоказал, что компенсация по первой гармонике составляет в среднем 85%.Спектры всех сигналов определялись методомРис. 10. Сравнение форм температурных откликов от воздействияпеременного давления и электрического тока на образец.Фурье-анализа в среде LabView.
Результаты измерения коэффициентатеплового расширения калий–натриевой смеси в небольшом температурноминтервале показаны на рис.11. Среднее значение коэффициента тепловогорасширения составляет 0.00062 1/K. В измерениях, проведенных ранее спомощью последовательного измерения сигналов, были получены болеенизкие значения: 0.00033 1/K. Увеличение к.т.р.
может быть объясненоприсутствием в образце примесей, в том числе газовых. Их попаданиеРис. 11. Температурная зависимость коэффициента тепловогорасширения P калий-натриевой смеси эвтектического состава приодновременном воздействии на образец переменного давления иэлектрического тока.является следствием избыточно длительного пребывания калий-натриевойсмеси в измерительной ячейке после заполнения. Тем не менее, точностьпоследних измерений в абсолютных единицах выше. Приводимые данныеполучены после внесения усовершенствований в измерительный тракт исоответствуют указанной на рис. 11 точности.В параграфе 4.9 приведены результаты апробации модуляционного методаизмерения к.т.р. на жидком цезии.
В среде LabView была создана программа,которая позволяла осуществлять гармонический анализ сигналовнепосредственно в процессе измерения. Это дало возможность производить20компенсацию по первой гармонике в режиме реального времени. Такимобразом, различие форм температурных откликов от обоих воздействий ужене влияло на точность полученного результата. Кроме того, был примененматематический фильтр, освобождающий полученный сигнал от наводок. Вкачестверегистраторасигналовиспользовался4х-канальныйвысокоскоростной АЦП марки NI USB-9162.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
