ГРАДУИРОВКА ТЕРМОПАРЫ С ПОМОЩЬЮ ВОЛЬТМЕТРА

Если из двух различных металлов или полупроводников составить замкнутую цепь и места контактов (спаи) поддерживать при разных температурах, то в цепи возникает электрический ток. Его называют термотоком, а описанное выше устройство - термопарой. В термопаре происходит преобразование тепловой энергии в электрическую.

Величина термоЭДС зависит от концентрации свободных электро-нов в образующих термопару металлах и от разности температур ее спаев. По классической теории электропроводности металлов термоЭДС термопары

, (1)

где е - заряд электрона;

к - постоянная Больцмана;

n₁, n₂ - концентрация свободных электронов в каждой из

ветвей термопары;

Т₁ и Т₂ - температуры спаев.

Величина называется постоянной термопары.

Определение электродвижущей силы термопары

с помощью вольтметра

Электродвижущую силу термопары можно измерять вольтметром, если его внутреннее сопротивление достаточно велико по сравнению с внутренним сопротивлением термопары.

Составим электрическую цепь из источника тока (с электродвижу-щей силой Е и внутренним сопротивлением r) и вольтметра, внутреннее сопротивление которого R_В. Сопротивление подводящих проводов R. Согласно закону Ома

Е = Ir + IR + IR_B, (2)

где U_B = IR_B (3)

- падение напряжения на внутреннем сопротивлении вольтметра.

Рисунок 1

При измерении ЭДС термопары вольтметром, подразумевается, что

U_B = Е, (4)

т.е. допускается систематическая ошибка

DЕ_С = I(R + r), (5)

что в процентном отношении к измеряе-мой величине Е составляет

(6)

Сопротивление ветвей термопары r исопротивление подводящих проводов R - малы (~10^-2 Ом). При внутреннем сопротивлении вольт-метра R_B ~ 10⁹ Ом систематическая ошибка оказывается незначи-тельной:

d_с = (10^-2/10⁹)×100 % = 10^-9 %. (7)

4 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Проградуировать термопару - означает получить зависимость ее термоЭДС E_x от разности температур спаев DT.

В данной работе термоЭДС и разность температур спаев определяют с помощью одного и того же вольтметра.

Для измерения разности температур спаев исследуемой термопары используют контрольную хромель-копелиевую термопару, градуировочная кривая которой задана графически и в виде таблицы.

Рисунок 2

Спаи контрольной А и ис-следуемой В термопар поме-щают в узкую и длинную печь, т. е. поддерживают при одина-ковой температуре Т_x (рисунок 2).

Концы термопар С и D вы-водят наружу и поддерживают при комнатной температуре Т₁. С помощью переключателя П₁П₂ вольтметр можно под-ключать поочередно то к од-ной, то к другой термопаре.

Измерив ЭДС контрольной термопары, по градуировочной кривой определяют разность температур DТ ее спаев, а следовательно, и спаев исследуемой термопары.

5 ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

1 Стандартная (хромель-копелиевая) термопара.

2 Двухполюсный переключатель.

3 Электропечь.

4 Исследуемая термопара.

5 Вольтметр.

6 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1 Включить электропечь и нагреть ее до указанной на установке температуры.

2 Измерить вольтметром ЭДС Е_х исследуемой термопары (переключа-тель в положении П₂).

3 Измерить ЭДС Е контрольной термопары (переключатель в положе-ние П₁).

4 Выключив печь из сети, провести попарные измерения Е_х и Е по п.п. 2,3 через каждую минуту до тех пор, пока температура внутри печи не станет постоянной.

5 По градуировочному графику хромель-копелиевой термопары опре-делить разности температур DТ = Т₂ - Т₁ для всех измеренных значений. Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

7 По результатам измерений и вычислений построить график Е_х=f(DТ).

8 Вычислить среднее значение постоянной термопары <a>.

9 Сделать выводы по работе.