ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ТЕЧЕН ТЕРМОМЕТЪР - Студопедия
2.1 Метод на изчисление
При изчисляване на течен термометър се използват следните параметри и физични величини на термометъра:
m е масата на работния флуид;
Влоуър - обемът, зает от течността, при долната температурна стойност от определения температурен диапазон (обем на работния резервоар);
Въп. е обемът, зает от течността при горната температурна стойност на определения температурен диапазон;
ΔV е увеличението на обема на течността, когато температурата се промени от долната граница на определения температурен диапазон до горната;
tlower – по-ниска температурна стойност от определения диапазон;
туп. е горната температурна стойност от определения диапазон;
βср. е средната стойност на коефициента на обемно разширение;
ρпо-ниско - стойността на плътността на работния флуид при долната температурна стойност на определения температурен диапазон;
ρгорна е стойността на плътността на работния флуид при горната температурна стойност на определения температурен диапазон;
l е дължината на скалата на термометъра;
S е площта на напречното сечение на капиляра;
d е диаметърът на капиляра.
Масата на работния флуид може да се изчисли, като се знае плътността на флуида и обема, който заема при дадена температура:
По същия начин, като знаете масата и плътността, можете да намерите обема.
Коефициентът на обемно разширение (β) показва относителната промяна в обема на течност, газ или твърдо вещество при повишаване на температурата от T1 до T2.
β = (2)
където V1 и V2 са обемът, зает от течността, съответно при температури T1 и T2. Тогава обемът на течността при всяка температура T2, знаейки обема на течността при температура T1, може да се изчисли по формулата:
Размер на коефициента на обемно разширение (β): 1/K.
Стойностикоефициентите на обемно разширение за основните работни течности, използвани в течните термометри, са дадени в таблица 6.
| Течност | вода | живак | Етанол |
| Температура,◦С | |||
| β×10 -3, 1/K | 0,207 | 0,1319 | 1.08 |
Стойността на коефициента на обемно разширение зависи от температурата. Тази зависимост е особено силна във водата. Следователно, когато се изчислява течен термометър, тези стойности и формули 2, 3 се използват само за груби изчисления. По-точни изчисления могат да бъдат направени, като се използва стойността на β, осреднена за определен температурен диапазон. Този интервал е работният температурен диапазон на изчисления термометър от tlow. до туп. Увеличаването на обема на течността по време на нагряване от долната до горната граница на определения температурен диапазон, като се знае плътността на течността при tlow. и tup., могат да се изчислят по формулата:
Средната стойност на коефициента на обемно разширение (βср.) може да се изчисли по формулата:
βср. = ΔV / (tup - tlow) = (5)
Стойностите на плътността на основните работни течности, използвани в течни термометри при различни температури, са дадени в таблици 7 - 9.
Таблица 7. Плътност на живак при различни температури, kg/m3.
| Температура, ◦С | ||||
| 13595.1 | 13590.1 | 13585.2 | 13580.2 | 13575.3 |
| 13570.4 | 13565.4 | 13560.5 | 13555.6 | 13550.7 |
| 13545.7 | 13540.8 | 13535.9 | 13531.0 | 13526.1 |
| 13521.2 | 13516.3 | 13511.4 | 13506.5 | 13501.6 |
| 13496.7 | 13491.8 | 13486.9 | 13482.1 | 13477.2 |
| 13472.3 | 13467.4 | 13462.6 | 13457.7 | 13452.8 |
| 13448.0 | 13443.1 | 13438.2 | 13433.4 | 13428.5 |
| 13428.7 | 13418.8 | 13414.0 | 13409.1 | 13404.3 |
| 13399.5 | 13394.6 | 13389.8 | 13385.0 | 13380.2 |
| 13375.3 | 13370.5 | 13365.7 | 13350.9 | 13356.1 |
| 13351.4 |
Таблица 8. Плътност на етилов алкохол при различни температури.
| Температура, ◦С | |||||||
| Плътност, kg / m 3 | 806.3 | 797.9 | 789.5 | 781.0 | 772.0 | 763.2 | 754.4 |
Таблица 9. Плътност на водата при различни температури, kg/m3.
| Температура, ◦С | ||||
| 999.84 | 999.94 | 999.97 | 999.94 | 999.85 |
| 999.70 | 999.49 | 999.24 | 998.94 | 998.59 |
| 998.20 | 997.77 | 997.29 | 996.78 | 996.23 |
| 995.64 | 994.03 | |||
| 992.21 | 990.21 | |||
| 988.04 | 985.70 | |||
| 983.21 | 980.56 | |||
| 977.78 | 974.86 | |||
| 971.80 | 968.62 | |||
| 965.31 | 961.89 | |||
| 958.35 |
Площта на напречното сечение на капиляра, въз основа на факта, че вътрешната част на капиляра има формата на цилиндър, може да се изчисли по формулата:
Като се има предвид, че разширяващата се течност запълва капилярната кухина, е възможно да се приравни увеличението на обема на течността, с повишаване на температурата от долната до горната граница на работния диапазон, до обема на цилиндъра, образуван от капиляра и имащ височина,равна на дължината на скалата.
От уравнение 7 можете да намерите всяко от трите количества, като знаете другите две.
При изчисляване се препоръчва, за да се избегнат грешки, да се преобразуват всички стойности в основни единици SI. Точността на изчисленията е най-малко четири значещи цифри.
2.2 Пример за решение на проблем
работна течност: вода;
температурен диапазон на работа: от +15 до +45 ◦С;
маса на течността: 1 g;
площ на напречното сечение на капиляра: 0,25 mm 2.
обемът на работния резервоар;
коефициент на обемно разширение;
Обемът на работния резервоар се основава на масата на работния флуид и неговата плътност при температурата на долната граница на работния температурен диапазон. Плътността на течността се намира в таблица 7. Таблицата не съдържа данни за плътността на водата при 15 ◦С, затова ще използваме метода на линейна интерполация на данни. Избираме от таблица 7 две стойности на плътност, най-близки до температурата от +15 ◦С: ρ14 = 999,24 kg/m 3 и ρ16 = 998,94 kg/m 3, където ρ14 и ρ16 са стойностите на плътността при температура t14 = 14 ◦С и t16 = 16 ◦С. Тогава ρ15 е стойността на плътността при температура t15 = 15 ◦С, може да се получи от формулата:
\u003d 999,24 + (998,94 - 999,24) ∙ (15 - 14) / (16 - 14) \u003d 999,09 kg / m 3
Обемът на работния резервоар може да се намери по формулата:
Влоуър = m / ρ15 = 1∙10 -3 / 999,09 = 1,001∙10 -6 m3 =1,001 ml (9)
Трябва да се отбележи, че този отговор е приблизителен, тъй като стойността на ρ15, получена в резултат на интерполация, е приблизителна.
Коефициентът на обемно разширение на водата може грубо да се намери от таблица 6 и е:2,07∙10 -4 1/K. За по-точно определяне на средната стойност на βср., можете да използвате стойностите на плътността на водата при различни температури (Таблица 9). Базиранформула 5, получаваме:
βср. = (10)
Таблицата не съдържа данни за плътността на водата за долната граница на посочения диапазон. Следователно, за приблизително изчисление, ще вземем температурните точки от наличните в таблицата, които са разположени най-близо до границите на посочения диапазон.
βср. ≈ = =2,942∙10 -4 1/К, (11)
където ρ14 и t14 са плътност и температура при 14 ◦С.
Както виждаме, табличните и изчислените стойности на β не съвпадат, тъй като табличната стойност съответства на 20 ◦С, а изчислената стойност съответства на температурния диапазон от +15 до +45 ◦С. За по-нататъшни изчисления ще използваме по-точна изчислена стойност.
Увеличението на обема може да се изчисли, като се знае средният коефициент на обемно разширение на течността, обемът на работния резервоар и увеличението на температурата. Въз основа на уравнение 3 получаваме:
= 1.001∙10 -6 ∙2.942∙10 -4 ∙(45-15) =8.835∙10 -9 m3 = 8.835∙10 -3 ml
При изчисленията използвахме предварително получените стойности на Vlow и βav.
Увеличението на обема може също да се изчисли от масата на течността и нейната плътност при горната и долната температура на работния температурен диапазон, като се използва уравнение 4.
ΔV = m/ ρгорна – m/ ρпо-ниско= 1∙10 -3 / 990.21- 1∙10 -3 / 999.09 = (13)
=8,976∙10 -9 m3 = 8,976∙10 -3 ml
Малка разлика в стойностите, получени от уравнения 12 и 13, се обяснява с грешката на изчислението и факта, че стойностите на ρlow, Vlow. и βav бяха намерени от нас приблизително. При по-нататъшни изчисления ще използваме по-точната стойност, получена от уравнение 13.
Диаметърът на капиляра се определя от площта на напречното му сечение:
d = = =0,5642 mm (14)
Дължината на скалата може да се намери от уравнение 7:
l \u003d ΔV / S \u003d 8,976 10 -9 / 2,5 10 -7 \u003d3,590∙10 -2 m = 35,90 mm (15)
При изчисляването не взехме предвид промяната в обема на работния резервоар, с промяна на температурата, поради термичното разширение на материала на резервоара (стъкло). Тъй като обемният коефициент на термично разширение на стъклото е доста малък в сравнение с обемния коефициент на термично разширение на работния флуид, той може да бъде пренебрегнат при приблизителните изчисления.
3 ЗАДАЧА ПО ВАРИАНТИ
4 КОНТРОЛНИ ВЪПРОСА
1. Видове стъклени течни пирометри.
2. Наименование на течности, използвани в течни термометри.
3. Принципът на действие на манометричните термометри.
4. Видове манометрични термометри.
5. Принцип на действие и обхват на дилатометричните термометри.
6. Принципът на действие и обхватът на биметалните термометри.
7. Електрически съпротивителни термометри. Принцип на действие и обхват.
8. Термоелектрически термометри. Принцип на действие и обхват.
9. Принципът на измерване на високи температури.
10. Кварцови и термотранзисторни термометри.
11. Принцип на действие и обхват на радиационните пирометри.
12. Принцип на действие и обхват на яркостните пирометри.
13. Принцип на действие и обхват на спектралните пирометри.
14. Принципът на действие на термометрите за измерване на ниски температури.
15. Какво е топлина?
16. Какво е мостова верига?
17. Как се балансира мостът?
18. Какво е съотношение?
19. Разликата между двупроводните и трипроводните схеми на свързване
20. Каква е времеконстантата на температурен сензор?
21. Какво е номиналното съпротивление на термистор?
22. Какъв ефект е свързан с термоЕМП?
23. Как работи кварцовият резонатор?
24. Как е изградена скалата на Келвин?
25. Какво определя константата на Болцман?
26. Какво означава числото на Авогадро?
РЕФЕРЕНЦИИ
1 Кухаркин Е.С. Електрофизика на информационните системи: Уч.пос.для вузов.-М.: Висш.шк., 2001.-671с.
2 Тартаковски D.F. Метрология, стандартизация и технически средства за измерване: Уч. За университети. М .: Висше училище, 2002.- 205с.
3 Физическа работилница. Изд. V.I. Иверонова. Уч.пос.унив.- М. Физматгиз. 1962.-956.
4. Мурашев.А. Справочна и образцова измервателна техника Справочник. НПО Интереталонприбор. - М.: Стандарт, 1977. -34 с.
5 Детлаф А.А., Яворски .. Курс по физика. - М., VSH.1989. –608s.
6 Робъртсън, Бари С. Съвременната физика в приложните науки. –М. Мир.1985. –272s.
7 Детлаф А.А. и др. Справочник по физика. М. 1990 г
8 Физически енциклопедичен речник (в 5 тома). –М. Изд. Съветска енциклопедия. 1966 г.
9 Физични величини. Наръчник Изд. И. С. Григориева. –М. Енергоатомиздат. 1991.-232с.
10 Еталонни и образцови средства за измерване. Наръчник.(в 2 тома). комп. N.A. Мурашев -М. Стандартен. 1977.-34с
| Разглеждан | Одобрено |
| на заседанието на отдел ОУ "___" ____________ 2011 г. Протокол № ____ Рък. Катедра PS _____________ Alimbaev S.T | Образователен и методически съвет на ICTS "___" ____________ 2011 г. Протокол № ____ Председател на метода на съвета на ICTS _____________ Kapzhapparova D.U. |
МЕТОДИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ ЗА ЛАБОРАТОРНА РАБОТА №1
"Изследване на физическите ефекти, свързани с получаване на информация за температурата"
дисциплина: "Физическа основа за получаване на информация"
за студентиспециалности: 5B071600 - Уредостроене
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката:
Деактивирайте adBlock! и обновете страницата (F5)наистина е необходимо