Измерение температуры в химической промышленности

Выполнил: студент группы 241 Афонин П. Д. Дата: 23.02.2012 Проверил: к.х.н., доцент Корытцева А. К.

Нижний Новгород

2012 г.

Цель работы:
1. Ознакомиться с различными методами измерения температуры.
2. Определить температуру в заданном температурном интервале различными термометрами, оценить их погрешность.

Теоретическая часть:

1. Что такое температура и на чём основано её измерение.

Температура является интенсивной величиной и не может быть определена непосредственно. Температуру можно измерить только через какое-то свойство веществ, однозначно изменяющееся с изменением температуры. Такие свойства называются термометрическими, а тела, обладающие этими параметрами – термодатчиками или термометрическими телами.

2. Виды термометрических параметров.

В качестве термометрического параметра наиболее часто используют:

а). Изменение объёма жидких или твёрдых тел или их линейных размеров при постоянном сечении.

б). Изменение давления газа при постоянном объёме.

в). Изменение объёма жидкости при постоянном давлении.

г). Изменение омического сопротивления.

д). Изменение термоэлектродвижущей силы.

е). Интенсивность электромагнитного излучения.

3. Жидкостные термометры расширения.

Из жидкостных термометров наибольшее распространение получили стеклянные жидкостные термометры, в которых одновременно изменяются объёмы жидкости и стекла. В этих термометрах изменение объёма V твёрдого или жидкого тела определяется коэффициентом объёмного расширения β:

На рис. 1 приведены принципиальные схемы термометров расширения.

Жидкостной термометр (рис. 1 а) состоит из стеклянных баллона (1), капиллярной трубки (3) и запасного резервуара (4). Термометрическая жидкость (2) (ртуть, спирт) заполняет баллон и часть капиллярной трубки. Свободное пространство в капилляре и резервуаре заполняется инертным газом или из него откачивается воздух. Об измеряемой температуре судят по величине расширения жидкости в капилляре. Все жидкостные термометры обычно используют для локальных измерений температуры от -200 до 600 °C с точностью, определяемой ценой деления шкалы. Достоинства: простота конструкции, высокая точность измерений. Недостатки: невозможность регистрации и передачи показаний на расстояние; зависимость показаний от измерения объёмов жидкости и резервуара, в котором она находится; тепловая инертность; невозможность ремонта.

4. Деформационные термометры.

Существуют термометры, основанные на расширении твёрдых тел. Они называются деформационными. Они бывают дилатометрические и биметаллические. Их действие основано на различии коэффициентов линейного расширения твёрдых материалов, из которых выполнены чувствительные элементы приборов.

Дилатометрический термометр (рис. 1 б) состоит из патрона (1), штока (2) и пружины (3). Патрон и шток изготавливают из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного сопротивления

Биметаллические термометры (рис. 1 в) также основаны на тепловом расширении твёрдых тел, состоящих из сваренных и спаянных пластин с разными коэффициентами расширения. При нагревании биметаллических элементов происходит деформация, которая используется для приведения в действие указанной системы. Биметаллические термометры имеют предел измерений от -150 до 700 °C и применяются в качестве чувствительных элементов в регуляторах температуры.

5. Электроконтактные термометры.

Электроконтактные термометры предназначены для сигнализации о заданной температуре и для включения или выключения соответствующего оборудования при достижении этой температуры. Электроконтактные термометры могут работать в системах для поддержания постоянной (заданной) температуры от -35 до +300 °С в различных промышленных, лабораторных, энергетических и других установках. Термоконтакторы изготавливаются из массивной капиллярной трубки, имеют один или два рабочих контакта. Применяются при погружении в измеряемую среду до соединительного (нижнего) контакта.

Практическая часть:

В работе использовались следующие термометры:

1. Ртутный термометр расширения.

2. Манометр показывающий.

3. Манометр ТГС.

4. Термопара.
5. Термоэлектрический термометр ТЭН-5.

Схема установки для измерения температуры различными термометрами приведена на рис. 5.

1 – термостат;
2 – ртутный термометр;

3 – термометр сопротивления с регистрирующим устройством ;

4 – термоэлектрический преобразователь с регистрирующим прибором ;

5 и 6 – манометрические приборы с регистрирующими приборами и ;

7 – контактный термометр.

Вода в термостате (1) была нагрета до 20 °C, после чего в термостат были опущены все термометры и включено нагревание. Через каждые 5 °C по ртутному термометру снимали показания с остальных термометров, пока температура не достигла 60 °C. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Табл. 1. Результаты эксперимента по определению температуры воды различными термометрами.

Расширение	Манометр показывающий	Манометр ТГС	Термопара	ТЭН-5
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
45 °C
50 °C
55 °C
60 °C

По данным табл. 1 была определена погрешность каждого из термодатчиков относительно ртутного термометра:

Результаты расчетов представлены в табл. 2.

Табл. 2. Результаты расчета относительной погрешности термодатчиков, %.

Манометр показывающий	Манометр ТГС	Термопара	ТЭН-5
-5,00	5,00	30,00	0,00
-12,00	-12,00	24,00	0,00
-13,33	-20,00	16,67	-3,33
-11,43	-25,71	11,43	-2,86
-10,00	-27,50	15,00	0,00
-11,11	-28,89	11,11	0,00
-8,00	-32,00	8,00	0,00
-7,27	-34,55	5,45	-1,82
-6,67	-36,67	5,00	0,00

Вывод:

В данной работе была определена температура воды при помощи различных термометров: ртутный термометр расширения, манометр показывающий, манометр ТГС, термопара и ТЭН-5, а также определена относительная погрешность данных термодатчиков по ртутному термометру. Наибольшей погрешностью обладает манометр ТГС.

Список литературы:

1. Ю. П. Клапшин, А. К. Корытцева – Методическая разработка «Измерение температуры в химической промышленности», Нижний Новгород, ННГУ, 2004 год – 32 с.