Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Июня 2014 в 05:39, дипломная работа
Стрімкий розвиток електроніки та обчислювальної техніки виявилося передумовою для широкої автоматизації найрізноманітніших процесів в промисловості, в наукових дослідженнях, у побуті. Однак реалізація цієї передумови значною мірою визначається можливостями пристроїв для отримання інформації про регульованому параметрі чи процесі. Зрозуміло, застосування датчиків не обмежується тільки автоматизованими системами, оскільки вони можуть виконувати також функції елементів просто вимірювальних систем.
За визначенням до датчиків відносяться всі основні вузли електронної схеми для вимірювання неелектричних величин, розташовані безпосередньо у об'єкту. Необхідність перетворення вимірюваної неелектричної величини в адекватний їй електричний сигнал послужила пізніше підставою для введення терміну «вимірювальний перетворювач».
2.2.3. Пірометр
Термічний аналіз (калориметрія) - метод дослідження фізико-хімічних процесів, заснований на реєстрації теплових ефектів, супроводжуючих перетворення речовин в умовах програмування температури. Цей метод дозволяє фіксувати так звані криві нагрівання (або охолодження) досліджуваного зразка, тобто зміна температури останнього в часі. У разі будь-якого фазового перетворення першого роду в речовині (або суміші речовин) відбувається виділення або поглинання теплоти і на кривій (термограмме) з'являються майданчик або злами.
Простий термічний аналіз має невисоку чутливість. При малій питомій тепловому ефекті на одиницю маси або при невеликому кількості перетворюється фази перегини на термічних кривих, відповідних перетворенню, стають ледь помітними і такі перетворення можуть бути не виявлені. Набагато більшою чутливістю мають диференціальні методи в основі яких лежить метод порівняння температур між вимірюваним зразком і так званим еталоном - термічно стабільним матеріалом, без фазових переходів, з температурою плавлення багато вище інтервалу температур, в якому проводяться дослідження.
Рис. 4.1. Принципова електрична схема пирометра М.С. Курнакова
В основі всіх диференціальних термічних методів лежить схема, запропонована М.С. Курнаковим ще в 1903 році, яка згодом отримала назву пірометра Курнакова (рис. 4.1.). Для вимірювання різниці температур між зразком і еталоном використовують диференціальну термопару, що складається з двох простих термопар, включених послідовно шляхом з'єднання однойменних дротів (А і Б). Один з гарячих спаїв диференціальної термопари поміщають в центр зразка, а інший в центр еталона. При нагріванні спаїв термопар, що знаходяться в зразку і стандарті, виникає термо е.р.с., в ланцюзі з'являється електричний струм, який викликає поворот рамок гальванометрів (Р1 і Р2) і з'єднаних з ними зеркалец. Промені світла, що направляються на дзеркальця від спеціальних освітлювачів, відбиваються від них і відхиляються при повороті зеркалец. Відбиті промені проходять через циліндричну лінзу, збираються в точки і потрапляють на фотопапір, закріплену на обертовому барабані. У результаті на фотопапері записуються криві залежностей температури зразка і різниці температур зразка і еталону від часу. Схема Курнакова, за винятком способу вимірювання струму диференціальної термопари, збереглася практично незмінною до наших днів. На ній грунтуються сучасні методи термічного аналізу:
- Диференціальний термічний
аналіз - вимірюється різниця
- Диференціальна скануюча калори
- Синхронний термічний
аналіз - комбінація методів
4.2. Диференційний скануючий калориметр
Рис. 4.2. Схема вимірювання методом диференційно скануючого калориметра
F – піч (нагрівач), S – зразок, R – еталон, TF, TmS, TmR - температури печі та спаїв диференціальної термопари зразка та еталона, ФFS, ФFR - теплові потоки
Як було зазначено вище вимірювальна камера диференційно скануючої калориметра складається з двох осередків (рис. 4.2.), в одній (S) знаходиться досліджуваний зразок, в іншу, звану осередком порівняння (R), поміщають еталон. Вимірювальну камеру конструюють максимально симетрично (однакові осередки, однакові сенсори, однакову відстань від нагрівача печі (F) до осередків - Δl і т. п.). На відміну від методу диференційного термічного аналізу, де термопара знаходиться безпосередньо в контакті з дном тигля (контейнера із зразком або еталоном), і температура вимірюється в одній точці, в методі диференційно скануючої калориметрії між тиглем і термопарою знаходиться теплопровідна колонка, яка дозволяє вимірювати усереднену температуру з усієї площі тигля.
Експериментально вимірюється тимчасова залежність різниці температур між осередком із зразком і осередком порівняння.
Теплота в методі диференційно скануючої калориметрії визначається через тепловий потік, похідну теплоти по часу (звідси термін "Диференційний").
Тепловий потік вимірюється як різниця температур в двох точках вимірювальної системи в один момент часу. Вимірювання можна проводити як в ізотермічних умовах, так і в динамічному режимі при програмованому зміні температури печі. Калориметри такого типу називають "скануючими".