Прецизионный двухконтурный термостат
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Курсовая работа
Прецизионный двухконтурный термостат
Радиофизика
Оглавление
Введение
. Измерение и стабилизация температуры
1.1 МТШ-90
.2 Платиновый терморезистор
.3 Измерение температуры
1.4 ПИД-регулятор
.5 Настройка регуляторов
1.6 Постановка задачи и выбор метода исследования
2. Экспериментальная установка
.1 Структурная схема
.2 Принципиальная электрическая схема
2.3 Описание термостатируемого блока
Введение
Одним из важнейших параметров как лабораторных экспериментов, так и технологических процессов многих отраслей промышленности является температура. По оценкам отечественных и зарубежных специалистов технические измерения температуры составляют 40-50% общего числа всяких измерений.
Температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в термодинамическом равновесии. Если изолированная система не находится в равновесии, то с течением времени переход энергии (теплопередача) от более нагретых частей системы к менее нагретым приводит к выравниванию температуры во всей системе. Температура определяет: распределение образующих систему частиц по уровням энергии и распределение частиц по скоростям; степень ионизации вещества; свойства равновесного электромагнитного излучения тел - спектральную плотность излучения, полную объёмную плотность излучения и т. д. Температуру, входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют температурой возбуждения, в распределение Максвелла - кинетической температурой, в формулу Саха - ионизационной температурой, в закон Стефана - Больцмана - радиационной температурой. Поскольку для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, их называют просто температурой системы. В кинетической теории газов и других разделах статистической механики температуру количественно определяется так, что средняя кинетическая энергия поступательного движения частицы (обладающей тремя степенями свободы) равна 3/2кТ, где k - Больцмана постоянная, Т - температура тела. В общем случае температура определяется как производная от энергии тела в целом по его энтропии. Такая температура всегда положительна, её называют абсолютной температурой. За единицу абсолютной температуры в Международной системе единиц (СИ) принят кельвин (К) [1].
Строго определённой температурой характеризуется лишь равновесное состояние тел. Существуют, однако, системы, состояние которых можно приближённо охарактеризовать несколькими не равными друг другу температурами. Например, в плазме, состоящей из лёгких (электроны) и тяжёлых (ионы) заряженных частиц, при столкновении частиц энергия быстро передаётся от электронов к электронам и от ионов к ионам, но медленно от электронов к ионам и обратно. Существуют состояния плазмы, в которых системы электронов и ионов в отдельности близки к равновесию, и можно ввести температуру электронов и температуру ионов, не совпадающие между собой [2].
В телах, частицы которых обладают магнитным моментом, энергия обычно медленно передаётся от поступательных к магнитным степеням свободы, связанным с возможностью изменения направления магнитного момента. Благодаря этому существуют состояния, в которых система магнитных моментов характеризуется температурой, не совпадающей с кинетической температурой, соответствующей поступательному движению частиц. Магнитная температура определяет магнитную часть внутренней энергии и может быть как положительной, так и отрицательной. В процессе выравнивания температуры энергия передаётся от частиц (степеней свободы) с большей температурой к частицам (степеням свободы) с меньшей температурой, если они одновременно положительны или отрицательны, но в обратном направлении, если одна из них положительна, а другая отрицательна. В этом смысле отрицательная температура "выше" любой положительной [2].
1. Измерение и стабилизация температуры
1.1 МТШ-90
Положение о международной температурной шкале - это главный законодательный документ в области термометрии. Он устанавливает значения температур основных реперных точек (фазовых переходов чистых веществ) и способ интерполяции между точками. Каждое изменение шкалы - результат научных исследований метрологических центров всего мира. Цель изменения - максимальное приближение к термодинамической температурной шкале, которая реализуется через основные физические законы, связывает температуру с другими основными физическими величинами и универсальными постоянными, но реализация которой очень трудоемка и не может быть воспроизведена с достаточной точностью и стабильностью во всех национальных метрологических центрах - хранителях государственных эталонов. Введение новой редакции температурной шкалы сказывается на градуировках всех средств измерения температуры [3].
Для обеспечения единства и точности температурных измерений служит Государственный эталон единицы температуры - кельвин, что позволяет в диапазоне 1,5-2800 К воспроизводить международную практическую шкалу с наивысшей достижимой в настоящее время точностью. Дадим определение кельвина. Единицей фундаментальной физической величины, ?/p>