Вимірювання термо-ЕРС компенсаційним шляхом

Вимірювання термо-ЕРС термопари прямим шляхом, по силі струму в колі постійного струму, за допомогою мілівольтметра, можна здійснити порівняно просто. Однак цей метод має ряд недоліків, які створюють додаткові погрішності, що в більшості випадків не дозволяє одержати високу точність вимірювання.

У вимірювальній техніці крім прямих методів вимірювання відомі компенсаційні методи чи методи протиставлення (порівняння) невідомої величини величині відомій. Компенсаційні методи дозволяють провести виміри більш точно, хоча і не завжди так просто, як прямий вимір.

Основна перевага компенсаційного вимірювання термо-ЕРС, у порівнянні з прямим, за допомогою мілівольтметра, полягає в тому, що в момент вимірювання струм у колі термопари дорівнює 0. Це означає, що величина опору зовнішнього кола не має значення: ніякого регулювання опору зовнішнього кола робити не треба і турбуватися про вплив температури навколишнього середовища на зовнішнє коло немає необхідності

Завдання:

1. Перевірити “нульову” точку термометра.

2. Перевірити проміжні точки та точку кипіння води.

3. Побудувати графік залежності поправок показань термометра від величини вимірювання температури.

4. Побудувати графік константи охолодження термометра.

Увага! При виконання роботи проявіть особливу обережність в користування ртутними термометрами.

Чутливість термометра показує, наскільки змінюється положен­ня стовпчика ртуті при нагріванні на 1 К (1°С). Вона визначається діаметром капіляра (для термометрів високої чутливості виготов­ляють капіляри діаметром в кілька сотих мм) і об'ємом посудини з ртуттю (останній не перевищує 1 см³ через можливі завищення інерційності та нерівномірності температури по об'єму).

Точність термометра залежить від ціни його поділки. Ціна по­ділки стандартних термометрів вибирається не менш як 0,01°С (в метастатичному термометрі Бекмана ціна поділки становить 0,005°С).

Ртутні термометри, як і інші, відзначаються інерційністю, вони не відразу реєструють температуру середовища Т_с (якщо Т_с = const, вся ртуть у резервуарі термометра лише через деякий час матиме температуру Т_с; якщо Т_с = var, то покази термометра запізнюються: при зростанні температури вони менші, а при знижен­ні — більші).

На основі закону охолодження Ньютона dT =k·(q ­– T)dt (тут q­ і T – температури середовища і термометра; k – константа охо­лодження термометра; t – час), час, через який температура за термометром дорівнюватиме температурі середовища, обчислюєть­ся за формулою

t = k·ln

де T₀ – початкова температура термометра; T_t –його темпера­тура в розглядуваний момент; Т– температура середовища.

Для визначення k термометр нагріва­ють на 10-15°С вище від температури термостата, куди цей термометр занурю­ють. Через рівні проміжки часу, які фіксу­ються секундоміром, реєструють покази термометра T_t. Далі будують на напівлогарифмічному папері графік, відкладаючи вздовж осі ординат ln (T_t – T), а вздовж осі абсцис – t, c.

Графік повинен мати вигляд, як на рис.1, тобто починатися з деякого значення ln (T₀ – T) при t₀ = 0.

Значення k визначають з графіка: k = ctg a, де a — кут нахилу прямої до осі t.

При вимірюванні температури середовища не завжди вдається розмістити в ньому весь термометр (здебільшого розміщується тіль­ки посудина з ртуттю та деяка частина стовпчика ртуті в капілярі; виступаючий стовпчик має іншу температуру). Це може привести до значних помилок у вимірюванні. Тому потрібно внести поправку на виступаючий стовпчик: D = a · n (T₂ – T₁), де a – термічний коефіцієнт розширення скла; n – число градусів виступаючого стовпчика; T₂ – температура за термометром; Т₁ – середня температура виступаючого стовпчика.

При точних вимірюваннях температури слід вносити також по­правки на калібр (врахування різниць перерізів капіляра на окре­мих ділянках), зовнішній тиск, на внутрішній (гідростатичний) тиск (тиск плюс тиск парів ртуті при вимірюванні високих темпе­ратур).

До значних похибок може привести так званий «мертвий хід» термометра. У вузьких капілярах проявляється вплив тертя ртутi об стінки капіляра (термометр дає занижені покази, коли ртуть ру­хається вгору і навпаки). Щоб уникнути цього, рекомендується; перед зніманням показів злегка вдаряти по термометру.

Отже, вимірювання температури потребує не тільки додержан­ня ряду правил, а й систематичної перевірки приладу. Це реалізується за методом сталих точок. Стали­ми точками є температура рівноваги між рідкою водою і її парою (точка кипіння води 100°С), потрійна точка води (+0,01°С) та інші (ГОСТ 13417-76).Щоб перевірити 0°С, встановлюють термометр у посудину Дьюара міст­кістю 1-2 л, наповнену сумішшю тов­ченого льоду, приготовленого з дисти­льованої води, і дистильованої води настільки, щоб резервуар і стовпчик ртуті були вкриті цієюсумішшю.Через деякий час (5—10 хв) зніма­ють покази термометра.

Проміжні точки до 90°С можна пе­ревірити, порівнюючи покази дослі­джуваного термометра із зразковим термометром. Для цього обидва тер­мометри підвішують на однаковій ви­соті і занурюють у водяний термостат, що міститься на нагрівачі. Покази з них знімають через кожні 5°С зміни температури. Точку кипіння води пере­віряють на спеціальному приладі (рис. 2). Резервуар з ртуттю термо­метра вміщують не у воду, а в пару. Для підтримання пари при атмосфер­ному тиску вона має вільний вихід по трубці 1 через отвір 2; 3 - нагрівач. Температуру кипіння води при розглядуваному тиску зна­ходять з таблиць, атмосферний тиск визначають барометром.

Поиск по сайту: