Рефераты, дипломные работы и прочие учебные работы.
Измерение низких температурСогласно статистическим данным около 40 % всех измерений приходятся на температурные [1]. В некоторых отраслях народного хозяйства эта доля значительно выше. Так, в энергетике температурные измерения составляют до 70 % общего количества измерении. Огромное значение имеет температура при контроле, автоматизации и управлении технологическими процессами. Точность соблюдения температурного режима часто определяет не только качество, но и принципиальные возможности применения продукции в определенных целях, например при выращивании полупроводниковых монокристаллов. В современных условиях технологические требования к точности поддержания температуры находятся на уровне высших метрологических достижений [2]. Во время прохождения производственной практики изучены методы и средства измерения криогенных температур. Отчет по практике содержит описания, характеристики и условия применения различных термопреобразователей, а также государственную поверочную схему термопреобразователей в диапазоне измерения от 13,8 до 303 К. 1 ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР Характерной особенностью термоэлектрического метода измерения низких температур является то, что с убыванием температуры ухудшаются условия генерирования термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) [3]. 1.1 Медь - константановый термопреобразователь Медь - константановый термопреобразователь в практике измерения низких температур получил наиболее широкое применение. Условное обозначение номинальных статических характеристик (НСХ) преобразования в соответствии с ДСТУ 2837-94 [4]: МК (М) с термоэлектродами медь (М1) и сплав копель МНМц 43…0,5 (56 % Cu – 44 % Ni ) для диапазона измеряемых температур -200…+400 С (70…670 К). В отличие от электродов из чистых металлов сплавы часто выходят за рамки требований по однородности, предъявляемых к термоэлектродам. Особенно это относится к константану, выбор которого для измерения низких температур требует особой тщательности и внимания. Для термопреобразователей пригоден только термопарный константан. Обычная электротехническая медь удовлетворяет требованиям по однородности [5]. ТЭДС медь - константанового термопреобразователя убывает с температурой и при 20 К становится меньше 5 мкВ/К. При температурах ниже тройной точки водорода (13,81 К) используются сплавы Кондо, значительно более эффективные, чем медь - константановые термопреобразователи в диапазоне температур 2...20 К [6]. 1.2 Термопреобразователи из сплавов Кондо в паре с обычными термоэлектродами Такие термопреобразователи эффективны при измерениях температур ниже тройной точки водорода. Сплавы Кондо представляют твердые растворы, в которых в обыкновенном металле в очень небольших количествах растворены переходные или редкоземельные металлы. Молярное содержание растворов составляет от нескольких тысячных до нескольких десятых долей процента. Для них характерна очень большая по сравнению со всеми остальными металлами и сплавами ТЭДС. Наиболее исследованы растворы железа, кобальта, марганца, серебра, меди [7]. На рис. 1.1 и 1.2 представлены температурные зависимости полной и дифференциальной ТЭДС для термопар, которые составлены из термоэлектродов, изготовленных из сплава золота и кобальта (молярное содержание 2,1 %), и других металлов [8]. Перспективным является термоэлектрод из сплава меди с железом. Т ермопреобразователи , имеющие такие термоэлектроды, по метрологическим характеристикам уступают термопреобразователям , у которых термоэлектроды изготовлены из сплава золота с железом, но более доступны. Кроме того, зарубежные фирмы выпускают термопреобразователи типа железо-константанового термопреобразователя с условным обозначением НСХ преобразования железо-константан (ЖК) с термоэлектродами железо и сплав константан (55 % С u + 45 % Ni , М n , F е) для диапазона измеряемых температур -200…+700 С (73…973 К). Для измерения температуры в промышленности широкое распространение получили преобразователи с условным обозначением НСХ преобразования хромель-копель (ХК) [13]. Государственный первичный эталон воспроизводит значения температуры в диапазоне от 13,80 до 273,16 К [17]. По ДСТУ 3742-98 [14] государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы температуры со средним квадратическим отклонением результатов измерений S =(5 10 -4 -1 10 -3 ) К при 10 независимых наблюдениях и с неисключенной систематической погрешностью = (1 10 - 3 -3 10 - 3 ) К. Характеристики воспроизведения единицы температуры государственным первичным эталоном в реперных точках приведены в табл. 2.1 [14]. В соответствии с ДСТУ 3194-95 [15] для обеспечения воспроизведения единицы температуры с указанной точностью должны быть соблюдены правила хранения и применения эталона, утвержденные. Государственный первичный эталон применяют для передачи размера единицы температуры вторичным рабочим эталонам методами непосредственного сличения, прямых измерений и градуировки в реперных точках температуры в соответствии с ДСТУ 2708-99 [16]. Таблица 2.1 — Характеристики воспроизведения единицы температуры государственным первичным эталоном в реперных точках
Пределы допускаемых абсолютных погрешностей рабочих средств измерительной техники ( ) составляют: — для полупроводниковых термопреобразователей сопротивления в диапазоне от 13,8 до 30 К =(0,05-0,2) К, в диапазоне от 13,8 до 303 К = (0,04-0,3) К, в диапазоне от 200 до 303 К = (0,3-1,0) К; — для полупроводниковых и угольных термопреобразователей сопротивления в диапазоне от 13,8 до 303 К = (0,15-5) К; — для родий-железных термопреобразователей сопротивления в диапазоне от 13,8 до 303 К = (0,005-0,05) К и = (0,05-1,0) К; — для платиновых термопреобразователей сопротивления в диапазоне от 13,8 до 303 К К, в диапазоне от 77 до 303 К 0,015 К , = (0,02-0,2) К, =(0,15-3) К; — для платиновых и платинокобальтовых термопреобразователей сопротивления в диапазоне от 13,8 до 303 К = (0,05-3,0) К; — для медных, никелевых и других металлических термопреобразователей в диапазоне от 13,8 до 303 К = (0,1-3,0) К, в диапазоне от 73 до 303 К = (0,15-3) К; — для термоэлектрических преобразователей в диапазоне от 13,8 до 273 К = (0,05-3) К, в диапазоне от 73 до 273 К = (0,5-3) К; — для ядерных квадрупольных термометров в диапазоне от 77 до 303 К =(0,005-0,02) К и =(0,02-0,05) К; — для медь-константановых термоэлектрических преобразователей в диапазоне от 73 до 273 К 0,15 К; — для пьезокварцевых термометров в диапазоне от 77 до 303 К = (0,03-2,0) К; — для стандартных образцов сплава копель-медь в диапазоне от 73 до 273 К — для цифровых термометров в диапазоне от 73 до 303 К = (0,05-5) К; — для манометрических термометров в диапазоне от 73 до 273 К = (0,25-5) К; — для жидкостных термометров в диапазоне от 73 до 303 К =(0,05-5) К, в диапазоне от 235 до 303 К =(0,02-0,04) К [14]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В процессе производственной практики сделан выбор термопреобразователя для измерения температур выше тройной точки водорода – термопреобразователь медь-константан (55 % Cu – 45 % Ni , Mn , Fe ). В соответствии с ДСТУ 2708-99 [16] проведена поверка выбранного термопреобразователя, в результате которой сделан вывод о его пригодности. ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК 1. Куинн Т. Температура. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 420 с. 2. С.И. Лаздина, В. П. Лаздин и др. - М.: Изд-во стандартов, 1987. – 296 с. 3. и механических величин: Справочник / А.Ю. Кузин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1996. - 128 с. 4. ДСТУ 2837-94 (ГОСТ 3044-94). Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования. - К.: Держстандарт Украины, 1995. – 38 с. 5. Термоелектричні прилади контролю / В. П. Гондюл та інш. – К.: Либідь, 1994. - 198 с. 6. Енциклопедія термометрії / Я.Т. Луцик, Л.К. Буняк, Ю.К. Рудавський, Б.І. Стадник. - Львів: Львівська політехніка, 2003. - 428 с. 7. Абилов Г.С. Исследование термометров для измерения низких температур в магнитных полях // Труды ВНИИФТРИ. - 1975. - Вып. 21. – С. 49-55. 8. 2-е изд., перераб. и доп. – К.: Наук. думка, 1989. – 704 с. 9. ДСТУ 3622-97 (ГОСТ 30543-97). Преобразователи термоэлектрические. Основные требования к вибору и использование. - К.: Держстандарт Украини, 1998. – 15 с. 10. 11. 12. ДСТУ 2857-94 (ГОСТ 6616-94). Преобразователи термоэлектрические. О бщие технические условия. – К.: Держстандарт Украини, 1994. - 22 с. 13. температуры // Контрольно-измерительные приборы и системы. – 1998. - № 12. - С. 32 - 33. 14. ДСТУ 3742-98. Метрология. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры. Контактные средства измерений температуры. – К.: Держстандарт України, 1998. - 18 с. 15. ДСТУ 3194-95 Метрология. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры. Термометры излучения. - К.: Держстандарт Украини, 1995. – 24 с. 16. ДСТУ 2708-99. Метрология. |