Метеорологические датчики контроля среды
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
я из теоремы Карно или свойств идеального газа. Согласно теореме Карно, коэффициент полезного действия (к. п. д.) ? тепловой машины с обратимым циклом, температура рабочего тела которой в процессе цикла меняется в пределах между значениями, выраженными изначально в произвольной шкале и равными ?1 и ?2, зависит лишь от ?1 и ?2:
?=(1-F(?1))/ F(?2)
Вид функции F зависит от выбора шкалы температур, по которой определяется ?, и, наоборот, выбор функции F определяет шкалу температур. Абсолютную термодинамическую температуру Т определяют, полагая
F=(?)= Т.
В этом случае к. п. д. обратимой тепловой машины записывается в виде
? =1-T1/T2,
где T1 и Т2 - абсолютные термодинамические температуры двух источников тепла.
Идеальный газ (теоретическое понятие) определяется следующими свойствами: его внутренняя энергия U зависит только от температуры; уравнение состояния, связывающее его давление р, объем v и температуру ? , имеет вид:
pv = G(?).
Можно показать, что при определении температуры по термодинамической шкале:
G(?) = RT,
где R - константа, называемая универсальной газовой постоянной, значение которой для заданной массы газа - одной грамм- молекулы - зависит только от выбранной единицы измерения абсолютной температуры. Чтобы определить числовое значение температуры Т, необходимо выбрать для нее единицу измерения. Для этого достаточно произвольно установить значение температуры, соответствующей четко определенному и воспроизводимому явлению.
Шкала Кельвина. Единица измерения кельвин (К) определяется из того условия, что температура воды в тройной точке (температура равновесия воды, льда и пара) равна 273,16 К.
Шкала Рэнкина. Единица измерения - градус Рэнкина (R)-равен 5/9 кельвина; при таком определении температура в тройной точке воды равна 491,69 R.
Шкала Цельсия. Она получается из абсолютной шкалы Кельвина, если за нуль принять температуру замерзания воды; единица измерения этой шкалы - градус Цельсия (С) - равна одному кельвину:
Т (С)=T (К)- 273,16.
Шкала Фаренгейта. Эта шкала получается смещением нуля абсолютной шкалы Рэнкина; единица измерения - градус Фаренгейта (F) -равна одному градусу Рэнкина:
T(F)=T(R)-459,67.
Формулы перехода от одной шкалы к другой имеют следующий вид:
T(C) = [T(F)-32] (5/9), T(F) = (9/5)T(C)+32.
В качестве примера в табл. 2.1 приведены соответствующие значения нескольких важных температур для различных шкал.
Таблица 2.1. Шкалы и некоторые важные значения температур
ТемпературыШкалы температурКельвина, КЦельсия,С (после1990г) Рэнкина, RФаренгейта,F10-273,150-459,672273,150491,67323173,150,01491,6732,0184373,1599,974671,67212
- абсолютные нуль; 2 - температура равновесия смеси воды и льда при нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па; 3 -тройная точка воды; 4 - температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
Для осуществления на практике точных измерений температуры без использования газового термометра были выбраны три физические величины: сопротивление, электродвижущая сила (э.д.с.) термопары и излучение черного тела. В интервале температур от -259,34 (тройная точка водорода) до 630,74С (точка затвердевания сурьмы) используется температурная зависимость сопротивления проволоки, изготовленной из очень чистой пластины. В интервале температур от 0 до 630,74С температура Т (С) может быть выражена через измеренное сопротивление R(T) формулой
R(T)=R0(1+AT+BT2),
где R0- сопротивление при температуре 0С, а значения А и В вычисляют по результатам измерения R при температурах кипения воды (100 С) и серы (444,6 С).
В диапазоне температур от -259,39 до 0С температура Т(С) определяется по измеренному сопротивлению R(T) из формулы
R(T)=R0[1+AT + BT2+C(T- 100) T3],
где Rо, А, В - величины, определенные в предыдущем интервале, а С определяется по измеренному сопротивлению в точке кипения кислорода.
В интервале температур от 630,74 до 1064,3 С (точка затвердевания золота) измеряется э. д. с. е термопары платинородий (10% Rh)-платина, зависимость которой от температуры в градусах Цельсия выражается формулой
е(Т)=а+bТ + сТ2.
Константы а,b,с определяются по результатам измерения е при температурах затвердевания сурьмы (630,74 С), - серебра (961,93 С) и золота (1064,43 С) в условиях, когда температура нулевого спая равна 0С.
При температурах выше 1064,43С (1337,58 К) абсолютная температура тела Т в практической шкале температур определяется по интенсивности излучения (энергетической светимости) L(T) черного тела на длине волны ?:
,
где L(TAu) - интенсивность излучения на длине волны ? при температуре плавления золота, А=0,014388 К?м - константа. Интенсивность излучения измеряют с помощью монохроматического оптического пирометра.
На рисунке 2.1 представлена обобщенная схема, характеризующая различные шкалы температур и взаимосвязи между ними.
Рис.2.1 - Различные шкалы температур
Температура Тс, измеренная с помощью резистора или термопары, фактически является температурой датчика. Она, конечно, зависит от температуры Тх среды, в которую погружен датчик, но также и от существующего теплообмена. При формулировании упрощенной модели процесса измерения предполагается, что в условиях измерений погрешность Тх-Тс мала.
Теп?/p>