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>