Лабораторная работа № 3 Градуировка термопар и термометров сопротивления по образцовому термодатчику

Данную лабораторную работу на одном рабочем месте (за одним стендом) может выполнять бригада из двух или (при нехватке свободных стендов) из трех студентов. При этом студенты имеют возможность градуировать свои, индивидуально изготовленные температурные датчики, но только поочередно.

Цель работы: 1) Ознакомиться с градуировкой лабораторных контактных температурных датчиков индивидуального изготовления по образцовому термометру сопротивления.

2) Отградуировать температурные датчики (две термопары и один термометр сопротивления), изготовленные в первой работе.

3.1. Особенности градуировки по образцовому термометру

Для проведения такой, упрощенной градуировки необходим лабораторный стенд и сосуд Дьюара с жидким азотом. Студенты поочередно могут ставить на стенде градуировочные опыты со своими датчиками. В стенде при этом должен быть задействован образцовый температурный датчик и градуируемые датчики.

Дюралевый цилиндрик охлаждается и нагревается в тепловых ячейках. Благодаря высокой теплопроводности дюралюминия, в цилиндрике на протяжении опыта сохраняется равномерное температурное поле. Поэтому датчики, установленные концентрично в цилиндрике, из-за малой внутренней тепловой инерционности, имеют в процессе опыта одинаковую температуру, т. е. температуры градуируемых датчиков равны температуре образцового датчика . Для образцовой термопары (ТП) известен интерполяционный полином

, (3.1)

где – известные коэффициенты у градуировочной характеристики образцовой ТП. Передаточная функция (3.1) позволяет по показаниям образцового датчика в милливольтах определить температурный перепад дюралевого образца относительно комнатной температуры. По известной температуре цилиндрика возможно определить передаточные функции для градуируемых датчиков.

3.2. Порядок выполнения работы

1. Получить у лаборанта или преподавателя лабораторный стенд, соединительный кабель, дюралевый цилиндр, см. рис. 3.1, пластмассовую ампулу с крышкой, образцовую медь-константановую термопару (красная полимерная трубочка), манганин-константановую термопару (белая полимерная трубочка) и медный термометр сопротивления (ТС) (черная полимерная трубочка).

Рис. 3.1.

2. Записать численные значения коэффициентов для передаточной функции образцовой ТП. Значения коэффициентов выдает преподаватель.

3. Установить лабораторный стенд на своё рабочее место.

4. Вставить одну из вилок RJ-45 соединительного кабеля в разъем “Ethernet” контроллера. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия, до щелчка.

5. Вставить вторую вилку RJ-45 соединительного кабеля в компьютерную розетку RJ-45, находящуюся на стене рядом с электрической розеткой. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия, до щелчка.

6. Подключить используемые датчики к блоку “холодных спаев” лабораторного стенда: одну образцовую ТП (красная полимерная трубочка) к разъему 1, градуируемую ТП (белая полимерная трубочка) к разъему 2, а ТС к разъему 5, см. рис. 3.2.

Рис. 3.2.

7. Снять крышку у пластмассовой ампулы. Крышка имеет четыре концентрических отверстия. Продеть через отверстия шнуры температурных датчиков, как это показано на рис. 3.3.

Рис. 3.3.

8. Вставить рабочие концы всех датчиков в соответствующие по диаметру концентрические отверстия (гнезда) дюралевого цилиндра, см. рис. 3.3. Установить цилиндр в ампулу и закрыть ее крышкой.

9. Поместить ампулу с цилиндром, в котором размещены датчики, в металлическое ядро тепловой ячейки.

10. Вставить вилку сетевого шнура контроллера в электрическую розетку.

11. Включить питание контроллера. После включения питания на дисплее контроллера высветится меню “Исходные параметры”, представленное на рис. 3.4. По умолчанию в памяти контроллера установлен номер работы “1”, поэтому его в данной работе следует исправить на “3”. Для изменения номера работы следует нажать на соответствующую строку сенсорного экрана.

Исходные параметры

Номер работы 1

ДАЛЕЕ

Рис. 3.4.

12. Нажать командную строку “ДАЛЕЕ”. На дисплее появится “Главное меню”, как это показано на рис. 3.5.

Главное меню

Эксперимент

Градуировка

Настройка каналов

Передача данных

Системные установки

Настройка Ethernet

Рис. 3.5.

13. Нажать строку “Градуировка” в главном меню (рис. 3.5). На экране высветится меню “Параметры <Градуировка>”, рис. 3.6.

Параметры <Градуировка>
Номер опыта 1
t (шаг), с 5
N (число шагов) 150
Тфп, К 77.36
ОТМЕНА	ВВОД

Рис. 3.6.

14. Задать параметры опыта: номер опыта; интервал между измерениями t в секундах; число шагов N. Рекомендуемые значения t и N указаны на рис. 3.6. Номер опыта изменяется при каждом последующем эксперименте.

15. Записать показания лабораторного термометра, который находится в лаборатории.

16. Под присмотром преподавателя или лаборанта заполнить одну из температурных ячеек стенда жидким азотом.

17. Плотно закрыть тепловую ячейку специальной крышкой.

18. Опустить ампулу с дюралевым цилиндром в отверстие крышки тепловой ячейки (непосредственно в жидкий азот).

19. Без промедления нажать “ВВОД” меню “Параметры <Градуировка>” (рис. 3.6). После этого запускается измерительный блок и начинается опыт. На дисплей контроллера выводятся показания термодатчиков в милливольтах по всем каналам и номер измерения N (рис. 3.7).

Градуировка 
N : 7
Канал	Е, мВ	Е, мВ	Е, мВ	Е, мВ
1	20,0	24,0	26,0	26,0
2	20,0	24,0	26,0	26,0
3	40,0	45,0	46,0	46,0
4	40,0	45,0	46,0	46,0
5	24,5	28,5	29,5	29,5
6	24,5	28,5	29,5	29,5
7	30,5	36,5	37,5	37,5
8	30,5	36,5	37,5	37,5
ОСТАНОВ

Рис. 3.7.

В процессе опыта контроллер автоматически производит опрос температурных датчиков, при этом каждое измерение сопровождается одиночным звуковым сигналом. Если требуется досрочно прекратить опыт, то необходимо нажать строку “ОСТАНОВ”. После окончания опыта контроллер выдает продолжительный звуковой сигнал.

20. По окончанию опыта нажать крестик в правом верхнем углу меню “Градуировка”, после чего на экране появится “Главное меню” (рис. 3.5). Контроллер готов к проведению следующего опыта в режиме нагрева.

21. Передать экспериментальные данные проведенного опыта в базовый компьютер. Для этого следует нажать строку главного меню “Передача данных” (рис. 3.5).

Внимание! Контроллер сохраняет в памяти данные только одного опыта, поэтому не забывайте передавать данные на базовый компьютер после опыта.

После завершения передачи данных контроллер готов к проведению градуировочного опыта в режиме нагрева дюралевого цилиндра.

22. Нажать строку “Градуировка” в главном меню (рис. 3.5). На экране высветится меню “Параметры <Градуировка>”, рис. 3.6.

23. Задать параметры опыта: номер опыта; интервал между измерениями t в секундах; число шагов N. Рекомендуемые значения t и N указаны на рис. 3.8.

Параметры <Градуировка>
Номер опыта 2
t (шаг), с 5
N (число шагов) 150
Тфп, К 293.15
ОТМЕНА	ВВОД

Рис. 3.8.

24. Записать показания лабораторного термометра, который находится в лаборатории.

25. Переставить ампулу с дюралевым цилиндром из тепловой ячейки с жидким азотом в металлическое ядро второй тепловой ячейки.

26. Без промедления нажать “ВВОД” меню “Параметры <Градуировка>” (рис. 3.8). После этого запускается измерительный блок и начинается опыт. На дисплей контроллера выводятся показания термодатчиков в милливольтах по всем каналам и номер измерения N (рис. 3.7).

27. По окончанию опыта нажать крестик в правом верхнем углу меню “Градуировка”, после чего на экране появится “Главное меню” (рис. 3.5).

28. Передать экспериментальные данные проведенного опыта в базовый компьютер. Для этого следует нажать строку главного меню “Передача данных” (рис. 3.5).

Внимание! Контроллер сохраняет в памяти данные только одного опыта, поэтому не забывайте передавать данные на базовый компьютер после опыта.

29. Выключить питание контроллера.

30. Выдернуть сетевой шнур контроллера из розетки.

31. Открыть крышку ампулы и вытащить оттуда цилиндр с вмонтированными датчиками. Извлечь температурные датчики из цилиндра.

32. Отсоединить температурные датчики от блока “холодных спаев” лабораторного стенда.

33. Отключить соединительный кабель от разъема “Ethernet” на контроллере и от компьютерной розетки.

34. Сдать лаборанту или преподавателю лабораторный стенд, соединительный кабель, температурные датчики.

35. Выполнить обработку полученных экспериментальных данных согласно разделу 3.3.