צמדים תרמיים. עיבוד נתונים ניסיוניים

ממירים תרמיים (צמדים תרמיים)

עקרון הפעולה, מעגלים לחיבור ושימוש בצמד תרמי, כיול, דיוק מדידה. סגסוגות עבור צמדים תרמיים, ייצור.

עקרון הפעולה של צמד תרמי מבוסס על האפקט התרמו-אלקטרי, המורכב מהעובדה שבמעגל סגור המורכב משני מוליכים לא דומים, נוצר תרמו-EMF (מתח) אם לצמתים של המוליכים יש טמפרטורות שונות. אם ניקח מעגל סגור המורכב ממוליכים לא דומים (תרמו-אלקטרודות), אז יופיעו emf תרמי E(t) ו-E(tо) בצמתים שלהם, התלויים בטמפרטורות של צמתים אלה t ו-t 0 . מכיוון שהתרמו-EMF הנחשבים מתבררים מחוברים נגד זרם, התרמו-EMF המתקבל הפועל במעגל ייקבע כ-E(t) - E(t 0 ).

אם הטמפרטורה של שני הצמתים שווה, ה-EMF התרמי המתקבל יהיה אפס. בפועל, אחד מצומת הצמד התרמי טובל בתרמוסטט (בדרך כלל ממיס קרח) והפרש הטמפרטורה והטמפרטורה של הצומת השני נקבעים ביחס אליו. הצומת שקוע בסביבה המבוקרת (הבדוקה) נקרא קצה העבודה של הצמד התרמי, והצומת השני (בתרמוסטט) נקרא הצומת החופשי.

עבור כל זוגות של מוליכים הומוגניים, גודל ה-thermoEMF המתקבל אינו תלוי בחלוקת הטמפרטורה לאורך המוליכים, אלא תלוי רק באופי המוליכים ובטמפרטורת הצמתים. אם המעגל התרמו-אלקטרי נפתח בכל מקום וכלולים בו מוליכים לא דומים, אז בתנאי שכל נקודות החיבור המופיעות נמצאות באותה טמפרטורה, ה-EMF התרמו-אלקטרי שנוצר במעגל לא ישתנה. תופעה זו משמשת למדידת ערך thermoEMF של צמד תרמי. EMF הנוצר בצמדים תרמיים קטן: הוא פחות מ-8 mV עבור כל 100° C, וככלל, אינו עולה על 70 mV בערך מוחלט.

באמצעות צמדים תרמיים, ניתן למדוד טמפרטורות בטווח שבין -270 ל-2200° ג למדידת טמפרטורות עד 1100 0C, צמדים תרמיים עשויים

מתכות בסיסיות, למדידת טמפרטורות בטווח של 1100 עד 1600° C - צמדים תרמיים עשויים ממתכות אצילות, כמו גם סגסוגות קבוצת פלטינה. כדי למדוד אפילו יותר טמפרטורה גבוההנעשה שימוש בצמדים תרמיים העשויים מסגסוגות עמידות בחום על בסיס טונגסטן.

כיום, פלטינה, פלטינה-רודיום, כרומל ואלומל משמשים לרוב לייצור צמדים תרמיים.

בעת מדידת טמפרטורה על פני טווח רחב, יש צורך לקחת בחשבון את חוסר הלינאריות של פונקציית ההמרה של צמד תרמי. לדוגמה, פונקציית ההמרה של נחושת - צמדים תרמיים קבועים עבור טווח טמפרטורות מ -200 עד 300° עם שגיאה של כ ± 2 μV מתואר על ידי הנוסחה

E = At^2 + Bt + C,

כאשר A, B ו-C הם קבועים, אשר נקבעים על ידי מדידת emf תרמי בשלוש טמפרטורות, t היא הטמפרטורה של צומת העבודה ב°C.

קבוע הזמן (אינרציה) של ממירים תרמו-אלקטריים תלוי בתכנון הצמד התרמי, באיכות המגע התרמי בין צומת העבודה של הצמד התרמי לבין האובייקט הנבדק. עבור צמדים תרמיים תעשייתיים, קבוע הזמן הוא מספר דקות. עם זאת, ישנם גם צמדים תרמיים בעלי אינרציה נמוכה שקבוע הזמן שלהם נע בטווח של 5 - 20 שניות ואף נמוך יותר.

מכשיר המדידה מחובר למעגל התרמי אל הקצה החופשי של הצמד התרמי ואל אחת התרמואלקטרודות.

כפי שצוין לעיל, בעת מדידת טמפרטורה, הקצה החופשי של הצמד התרמי חייב להיות בטמפרטורה קבועה. אם אורך הצמד התרמי עצמו אינו מספיק, אז כדי להוביל את הקצה הזה לאזור עם טמפרטורה קבועה, משתמשים בחוטים המורכבים משתי ליבות העשויות מחומרים (מתכות) בעלות אותן תכונות תרמו-אלקטריות כמו האלקטרודות של המדחום. .

עבור צמדים תרמיים ממתכת לא יקרה, חוטי הארכה עשויים לרוב מאותם חומרים כמו התרמו-אלקטרודות הראשיות. עבור צמדים תרמיים העשויים ממתכות אצילות, חוטי הארכה עשויים מחומרים אחרים (לא יקרים) המתפתחים בזוגות זה עם זה בטווח הטמפרטורות 0 - 150° עם אותו EMF תרמו כמו האלקטרודות של הצמד התרמי. לדוגמה, עבור צמד תרמי פלטינה-פלטינה-רודיום, אלקטרודות מאריכות עשויות נחושת וסגסוגת מיוחדת, היוצרות צמד תרמי הזהה בתרמו-EMF לצמד תרמי פלטינה-פלטינה-רודיום בטווח 0 - 150° ג. עבור צמד תרמי כרומל-אלומל, תרמו-אלקטרודות הארכה עשויות נחושת וקונסטנטן, ולצמד תרמו כרומל-קופל, צמדי תרמו מאריכים יכולים להיות תרמו-אלקטרודות בסיסיות העשויות בצורה של חוטים גמישים. אם התרמו-אלקטרודות של ההרחבה מחוברות בצורה שגויה, עלולה להתרחש שגיאה משמעותית.

בתנאי מעבדה, הטמפרטורה של הקצה החופשי של הצמד התרמי נשמרת על 0° על ידי הנחתו בבקבוק דיואר מלא בקרח כתוש ומים. IN תנאים תעשייתייםהטמפרטורה של הקצוות החופשיים של הצמד התרמי בדרך כלל שונה מ-0° C ובדרך כלל שווה לטמפרטורת החדר (טמפרטורת החדר). מכיוון שכיול של צמדים תרמיים מתבצע בטמפרטורה של הקצוות החופשיים של 0° C וטבלאות כיול ניתנות ביחס ל-0° C, אז ההבדל הזה עשוי להיות מקור לטעות משמעותית; כדי להפחית את השגיאה המצוינת, ככלל, תיקון מוכנס לקריאות מדחום. בעת בחירת תיקון, נלקחים בחשבון גם הטמפרטורה של הקצוות החופשיים של הצמד התרמי וגם ערך הטמפרטורה הנמדדת (זאת בשל העובדה שפונקציית ההמרה של הצמד התרמי אינה ליניארית); זה מקשה על תיקון השגיאה במדויק.

כדי לבטל את השגיאה, נעשה שימוש נרחב בתיקון אוטומטי של הטמפרטורה של הקצוות החופשיים של הצמד התרמי. לשם כך, מחברים גשר למעגל התרמי ו-מיליוולטמטר, שאחת מזרועותיו היא תרמיסטור נחושת, והזרועות הנותרות נוצרות על ידי תרמיסטורים של מנגנין. בטמפרטורה של הקצוות החופשיים של הצמד התרמי שווה ל-0° ג, הגשר נמצא בשיווי משקל; כאשר הטמפרטורה של הקצוות החופשיים של הצמד התרמי חורגת מ-0° C, המתח במוצא הגשר אינו אפס ומתווסף לתרמו-EMF של הצמד התרמי, תוך הכנסת תיקון לקריאות המכשיר (ניתן לכוון את ערך התיקון באמצעות נגד מיוחד). בשל חוסר הלינאריות של פונקציית ההמרה של צמד תרמי, לא ניתן להשיג פיצוי מלא של השגיאה, אך השגיאה המצוינת מצטמצמת באופן משמעותי.

בפועל, בעת שימוש בצמד תרמי, משתמשים לרוב בדיאגרמות החיבור הבאות (בהתאם לדיוק הנדרש). לדוגמה, נלקח צמד תרמי נחושת (M) - קבוע (K):

מה קרה EMF(כוח אלקטרו-מוטיבי) בפיזיקה? לא כולם מבינים זרם חשמלי. כמו המרחק הקוסמי, רק מתחת לאף שלך. באופן כללי, אפילו מדענים אינם מבינים זאת עד הסוף. מספיק לזכור ניקולה טסלהעם הניסויים המפורסמים שלו, הקדימו במאות שנים את זמנם וגם היום נותרו בהילה של מסתורין. היום אנחנו לא פותרים תעלומות גדולות, אבל אנחנו מנסים להבין מהו EMF בפיזיקה.

הגדרה של EMF בפיזיקה

EMF- כוח חשמלי. מסומן במכתב ה או האות היוונית הקטנה אפסילון.

כוח אלקטרומוטיבי- סקלר כמות פיסית, המאפיין את עבודתם של כוחות חיצוניים ( כוחות ממקור לא חשמלי), הפועלים במעגלים חשמליים של זרם חילופין וישר.

EMF, כמו מתחה, נמדד בוולט. עם זאת, EMF ומתח הם תופעות שונות.

מתח(בין נקודות A ל-B) - כמות פיזית, שווה לעבודהשדה חשמלי יעיל, המתרחש כאשר מטען יחידת בדיקה מועבר מנקודה אחת לאחרת.

אנו מסבירים את המהות של EMF "על האצבעות"

כדי להבין מה זה מה, נוכל לתת דוגמה-אנלוגיה. בואו נדמיין שיש לנו מגדל מים מלא לגמרי במים. בואו נשווה את המגדל הזה עם סוללה.

מים מפעילים לחץ מרבי על תחתית המגדל כאשר המגדל מלא לחלוטין. בהתאם לכך, ככל שפחות מים במגדל, כך הלחץ והלחץ של המים הזורמים מהברז נחלשים. אם תפתחו את הברז, המים יזרמו החוצה בהדרגה, תחילה בלחץ חזק, ולאחר מכן לאט יותר ויותר עד שהלחץ ייחלש לחלוטין. כאן, מתח הוא הלחץ שהמים מפעילים על הקרקעית. הבה ניקח את החלק התחתון של המגדל כרמת המתח האפסית.

זה אותו דבר עם הסוללה. ראשית, אנו מחברים את המקור הנוכחי שלנו (סוללה) למעגל, סוגרים אותו. תן לזה להיות שעון או פנס. כל עוד רמת המתח מספיקה והסוללה אינה ריקה, הפנס מאיר בבהירות, ואז נכבה בהדרגה עד שהוא כבה לחלוטין.

אבל איך לוודא שהלחץ לא יתייבש? במילים אחרות, איך לשמור על מפלס מים קבוע במגדל, והפרש פוטנציאל קבוע בקטבים של מקור הזרם. בעקבות הדוגמה של המגדל, ה-EMF מיוצג כמשאבה המבטיחה זרימה של מים חדשים לתוך המגדל.

אופי EMF

הסיבה להתרחשות EMF במקורות עכשוויים שונים היא שונה. בהתבסס על אופי ההתרחשות, נבדלים הסוגים הבאים:

• emf כימי.מתרחש בסוללות ובמצברים עקב תגובות כימיות.
• תרמו EMF.מתרחש כאשר אלה עם טמפרטורות שונותהמגעים של מוליכים לא דומים מחוברים.
• אינדוקציה emf.מתרחש בגנרטור כאשר מוליך מסתובב ממוקם בשדה מגנטי. EMF יושרה במוליך כאשר המוליך חוצה את קווי החשמל DC שדה מגנטיאו כאשר השדה המגנטי משתנה בגודלו.
• emf פוטו-אלקטרי.ההתרחשות של EMF זה מתאפשרת על ידי התופעה של אפקט פוטו-אלקטרי חיצוני או פנימי.
• emf פיזואלקטרי. EMF מתרחש כאשר חומרים נמתחים או דחוסים.

חברים יקרים, היום הסתכלנו על הנושא "EMF for dummies". כפי שאנו יכולים לראות, EMF - כוח לא חשמלי, שתומך בזרימה זרם חשמליבשרשרת. אם אתה רוצה לדעת כיצד נפתרות בעיות עם EMF, אנו ממליצים לך לפנות לכותבים שלנו- מומחים שנבחרו ומאומתים בקפידה שיסבירו במהירות ובבהירות את תהליך פתרון כל בעיה נושאית. ולפי המסורת, בסיום אנו מזמינים אתכם לצפות בסרטון הדרכה. צפייה מהנה ובהצלחה בלימודים!

צמד תרמי (ממיר תרמי חשמלי) הוא מכשיר המשמש למדידת טמפרטורה בתעשייה, מחקר מדעי, רפואה, במערכות אוטומציה.

עקרון הפעולה מבוסס על אפקט Seebeck או, במילים אחרות, האפקט התרמו-אלקטרי. יש הבדל פוטנציאל מגע בין המוליכים המחוברים; אם המפרקים של מוליכים המחוברים בטבעת נמצאים באותה טמפרטורה, הסכום של הפרשי פוטנציאל כאלה שווה לאפס. כאשר המפרקים נמצאים בטמפרטורות שונות, הפרש הפוטנציאל ביניהם תלוי בהפרש הטמפרטורה. מקדם המידתיות בתלות זו נקרא מקדם תרמו-EMF. למתכות שונות יש מקדמי תרמו-emf שונים, ובהתאם לכך, ההבדל הפוטנציאלי הנובע בין הקצוות של מוליכים שונים יהיה שונה. על ידי הצבת צומת של מתכות עם מקדמי תרמו-emf שאינם אפס בסביבה עם טמפרטורה ט 1, אנו מקבלים את המתח בין מגעים מנוגדים הממוקמים בטמפרטורה שונה ט 2, שיהיה פרופורציונלי להפרש הטמפרטורה ט 1 ו ט 2 .

היתרונות של צמדים תרמיים

• דיוק גבוה של מדידת טמפרטורה (עד ±0.01 מעלות צלזיוס).
• טווח מדידת טמפרטורה גדול: מ -250 מעלות צלזיוס עד +2500 מעלות צלזיוס.
• פַּשְׁטוּת.
• זוֹל.
• מהימנות

• כדי להשיג דיוק גבוה של מדידת טמפרטורה (עד ±0.01 מעלות צלזיוס), נדרש כיול פרטני של הצמד התרמי.
• הקריאות מושפעות מטמפרטורת העלייה, שיש לתקן אותה. עיצובים מודרניים המבוססים על צמד תרמו משתמשים במדידת טמפרטורת בלוק הצומת הקר באמצעות תרמיסטור מובנה או חיישן מוליכים למחצה ומתקנים אוטומטית עבור ה-emf הנמדד.
• אפקט פלטייר (בעת ביצוע קריאות, יש צורך להוציא את זרימת הזרם דרך הצמד התרמי, מכיוון שהזרם הזורם דרכו מקרר את הצומת החם ומחמם את הצומת הקר).
• התלות של TEMF בטמפרטורה היא לא ליניארית באופן משמעותי. זה יוצר קשיים בעת פיתוח ממירי אותות משניים.
• התרחשות של אי-הומוגניות תרמו-אלקטרית כתוצאה משינויי טמפרטורה פתאומיים, מתחים מכניים, קורוזיה ותהליכים כימיים במוליכים מובילה לשינויים במאפייני הכיול ושגיאות של עד 5 K.
• על פני אורכים ארוכים של חוטי צמד תרמי וחוטי הארכה, אפקט "אנטנה" עלול להתרחש לשדות אלקטרומגנטיים קיימים.

דרישות טכניות לצמדים תרמיים נקבעות על ידי GOST 6616-94. טבלאות סטנדרטיות עבור מדי חום תרמו-אלקטריים (NSH), דרגות סובלנות וטווחי מדידה ניתנות בתקן IEC 60584-1.2 וב-GOST R 8.585-2001.

• פלטינה-רודיום-פלטינה - TPP13 - סוג R
• פלטינה-רודיום-פלטינה - TPP10 - סוג S
• platinumrhodium-platinumrhodium - TPR - סוג ב'
• ברזל-קונסטנטן (ברזל-נחושת-ניקל) TLC - סוג J
• נחושת-קונסטנטן (נחושת-נחושת-ניקל) TMKn - סוג T
• nichrosil-nisil (ניקל-כרום-ניקל-ניקל-סיליקון) TNN - סוג N.
• chromel-alumel - THA - סוג K
• chromel-constantan THCn - סוג E
• כרומל-קופל - THK - סוג L
• נחושת-קופל - TMK - סוג M
• sil-silin - TSS - סוג I
• טונגסטן ורניום - טונגסטן רניום - TVR - סוג A-1, A-2, A-3

כדי להשתמש במחשבון המקוון, בשדה "Thermo-EMF (mV)", עליך להזין את הערך של התרמו-EMF של הצמד התרמי. כמו כן, יש לקחת בחשבון שהטמפרטורה תוצג מבלי לקחת בחשבון את הטמפרטורה סביבה. לנוחות השימוש מחשבון מקווןבשדה "טמפרטורת הסביבה". סביבה" עליך להזין את טמפרטורת הסביבה ב-°C וכל הקריאות יהיו עם טמפרטורת הסביבה דלפה.

מחשבון מקווןהמרת תרמו-EMF לטמפרטורה (°C) עבור צמד תרמי כרומל-אלומל - TXA - סוג K.

מחשבון מקוון

סוג כרומל-אלומל - TXA - סוג K.

מחשבון מקווןהמרת תרמו-EMF לטמפרטורה (°C) עבור סוג צמד תרמי

כרומל-קופל - TXK - סוג L.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג כרומל-קופל - TXK - סוג L.

בעת חישוב הטמפרטורה, יש לקחת בחשבון את התכונה הבאה שהטמפרטורה T=Ttherm(mV)+Tambient(mV) >°C, והביטוי T=Ttherm(mV) >°C + Tambient(°C) הוא לא נכון, אז ממיר הטמפרטורה ממיר את טמפרטורת הסביבה ב-mV, מוסיף אותה לקריאות הצמד התרמי ורק אז ממיר mV ל-°C.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג רודיום-פלטינה - TPP - סוג R.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג רודיום-פלטינה - TPP - סוג S.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג רודיום-פלטינה - TPR - סוג ב'.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג ברזל - קבוען - TFA - סוג J.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג נחושת - קבוע - TMK - סוג T.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג כרומל - קבוע - THKn - סוג E.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג nichrosil - ניסיל - TNN - סוג N.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג טונגסטן - רניום - TVR A-1, A-2, A-3.

מחשבון מקווןהמרת טמפרטורה (°C) לתרמו-EMF (mV) עבור צמד תרמי

סוג נחושת - קופל - TMK - סוג M.

מכשירים למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-EMF של חיישני פעילות חמצן iM Sensor Lab מיועדים למדידת תרמו-EMF המגיע מממירים תרמו-אלקטריים ראשוניים המודדים את הטמפרטורה של מתכות נוזליות (ברזל יצוק, פלדה, נחושת ואחרות) ו-EMF הנוצרים על ידי חיישני פעילות חמצן.

תיאור

עקרון הפעולה

אותות תרמו-EMF מהממיר התרמו-אלקטרי הראשי (תרמו-צמד) ו-EMF מחיישני פעילות חמצן (mV) המסופקים לכניסת "מדידה" של המכשיר למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-EMF של חיישני פעילות חמצן iM2 Sensor Lab. צורה דיגיטלית, ובאמצעות התוכנית המתאימה, מומרים לערכי טמפרטורה ופעילות חמצן. אותות אלו נתפסים על ידי שעונים עם תדר של עד 250 s-1. למכשיר 4 כניסות: Ch0 ו-Ch2 - למדידת אותות מצמדים תרמיים, ו-Ch1, Ch3 - למדידת אותות EMF מחיישני פעילות חמצן.

בתהליך של מדידות טמפרטורה, השינוי באות הקלט הנכנס מנותח על מנת לקבוע את הפלט שלו לקריאות יציבות (המאופיינים על ידי הפרמטרים של מה שמכונה "פלטפורמת הטמפרטורה", שנקבעים על ידי האורך (הזמן) והגובה ( שינוי טמפרטורה) אם במהלך הזמן שצוין על ידי אורך הפלטפורמה, השינוי בפועל בטמפרטורה אינו עולה על הגובה שצוין (כלומר, שינוי הטמפרטורה המותר), אז האתר נחשב כבחר לאחר מכן, מכשיר iM Sensor Lab למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-EMF של חיישני פעילות חמצן, ממוצע ערכי טמפרטורת השעון הנמדדים לאורך האתר הנבחר ומציג אותם כתוצאה של מדידות על המסך.

באופן דומה מזוהים אזורים התואמים לכך שה-EMF מגיע לקריאות יציבות, שמידותיהם מצוינות גם לפי אורך (זמן) וגובה (שינוי מותר בערך EMF).

בנוסף למדידת טמפרטורת האמבטיה, המכשיר מאפשר לקבוע את טמפרטורת הליקוויד של פלדה נוזלית, אותה ניתן להמיר לתכולת פחמן באמצעות משוואה אמפירית. בהתבסס על תוצאות מדידות של EMF שנוצר על ידי חיישני פעילות חמצן, פעילות החמצן בפלדה נוזלית, ברזל יצוק ונחושת, תכולת הפחמן בפלדה, תכולת גופרית וסיליקון בברזל יצוק, פעילות FeO (FeO +MnO) בסיג מתכות נוזלי וכמה פרמטרים אחרים נקבעים על ידי חישוב, הקשורים למצב התרמי ולהרכב הכימי של מתכות נוזליות. למכשיר יש גם יכולת לקבוע את מפלס האמבט (מיקום גבול הסיגים-מתכת) על ידי ניתוח קצב שינויי הטמפרטורה כאשר טבילה צמד תרמי באמבטיה וקביעת עובי שכבת הסיגים בעזרת בדיקות מיוחדות.

להתקנים למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-EMF של חיישני פעילות החמצן של iM2 Sensor Lab יש שני שינויים, הנבדלים בנוכחות או בהיעדר מסך מגע LCD (איור 1). בהיעדר מסך, המכשיר נשלט ממחשב חיצוני או מטאבלט תעשייתי. במקרה זה, מסופקת תוכנה מיוחדת שתאפשר תקשורת ביניהם.

מסך המגע ממוקם בפאנל הקדמי של המכשיר ומציג את התקדמות המדידות, תוצאותיה ומידע נוסף הקשור למדידות בצורות דיגיטליות וגרפיות. על המסך מוצג גם תפריט בצורת לשוניות טקסט, בעזרתו ניתן לשלוט, לאבחן ולצפות במכשיר.

גיליון מס' 2 סה"כ גיליונות 4

מדידות שנמדדו בעבר. בשינוי "ללא מסך", כל המידע לעיל מוצג על מסך מחשב או טאבלט תעשייתי.

הלוחות האלקטרוניים של המכשיר למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-EMF של חיישני פעילות החמצן iM2 Sensor Lab מותקנים במארז פלדה עמיד בפני אבק, עשוי לפי תקן "19 להתקנה על מתלה הרכבה או הרכבה לוּחַ.

ניתן להעביר אותות מממירים ראשיים למכשיר בשתי דרכים - באמצעות כבל ובאמצעות רדיו. במקרה האחרון, המכשיר מחובר ליחידת הקליטה (Reciver Box) באמצעות ממשק טורי, ועל ידית השרביטים הצוללים מותקן התקן שידור (QUBE) הממיר את האותות המגיעים מהחיישנים לאותות רדיו. מועבר ליחידה המקבלת. האחרון מקבל אותם ומעביר אותם למכשיר לעיבוד.

המכשיר אינו אטום.

תוֹכנָה

הַתקָנָה תוֹכנָה(תוכנה) מתבצעת אצל היצרן. גישה לחלק משמעותי מבחינה מטרולוגית מהתוכנה היא בלתי אפשרית.

העיצוב של מכשיר המדידה שולל את האפשרות של השפעה בלתי מורשית על תוכנת מכשיר המדידה ומידע המדידה.

רמת הגנת קושחה מפני שינויים לא מכוונים ומכוונים

גבוה לפי R 50.2.077-2014.

מפרטים

מטרולוגי ו מפרטיםמכשירים למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות וחיישני פעילות חמצן EMF iM2 Sensor Lab מופיעים בטבלה 1. טבלה 1

* - מבלי לקחת בחשבון את השגיאה של הממיר הראשי, כבל מאריך וחיישן EMF.

סימן אישור סוג

סימן אישור הסוג מודפס על שַׁעַרתיעוד תפעולי בהדפסה ובפאנל הקדמי של המכשיר באמצעות דפוס אופסט.

שְׁלֵמוּת

הסט המלא של מכשיר המדידה מוצג בטבלה 2. טבלה 2

אימות

מבוצע על פי MP RT 2173-2014 "מכשירים למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-EMF של חיישני פעילות חמצן iM2 Sensor Lab. מתודולוגיית אימות", שאושרה על ידי מרכז הפיקוח המרכזי של המדינה של המוסד התקציבי הפדרלי "Rostest-Moscow" ב-26 באוקטובר 2014.

אמצעי האימות העיקריים מובאים בטבלה 3. טבלה 3

מידע על שיטות מדידה

מידע על שיטות מדידה כלול במדריך ההוראות.

מסמכים רגולטוריים וטכניים הקובעים דרישות למכשירים למדידת הטמפרטורה של מתכות נוזליות ו-emf של חיישני פעילות חמצן iM2 Sensor Lab

1 תיעוד טכני מהיצרן Heraeus Electro-Nite GmbH & Co. ק"ג.

2 GOST R 52931-2008 "התקני בקרה וויסות תהליכים טכנולוגיים. תנאים טכניים כלליים".

3 GOST R 8.585-2001 "GSP. צמדים תרמיים. מאפיינים סטטיים נומינליים של טרנספורמציה".

4 GOST 8.558-2009 "GSP. ערכת אימות מדינה עבור מכשירי מדידת טמפרטורה."

בעת ביצוע עבודה כדי להעריך את התאימות של מוצרים וחפצים אחרים דרישות חובהבהתאם לחוק הפדרציה הרוסיתעל רגולציה טכנית.

משרד החינוך והמדע של הפדרציה הרוסית

הסוכנות הפדרלית לחינוך

מדינת סרטוב

אוניברסיטה טכנית

מדידת אלקטרודה

פוטנציאלים ו-emf

הנחיות

בקורס "אלקטרוכימיה תיאורטית"

לתלמידי התמחות

כיוון 550800

מהדורה אלקטרונית של הפצה מקומית

אושר

עריכה והוצאה לאור

מועצת סרטוב

מדינה

אוניברסיטה טכנית

סרטוב - 2006

כל הזכויות לשכפול והפצה בכל צורה נשארות בידי היזם.

העתקה בלתי חוקית ושימוש במוצר זה אסורים.

הולקט על ידי:

נערך על ידי

סוקר

הספרייה המדעית והטכנית של SSTU

מספר רישום 060375-E

© מדינת סרטוב

האוניברסיטה הטכנית, 2006

מבוא

אחד המושגים הבסיסיים של אלקטרוכימיה הוא המושגים פוטנציאל אלקטרוכימיו-EMF של המערכת האלקטרוכימית. הערכים של פוטנציאל האלקטרודה וה-emf קשורים למאפיינים חשובים כל כך של פתרונות אלקטרוליטים כמו פעילות (a), מקדם פעילות (f), מספרי העברה (n+, n-). על ידי מדידת הפוטנציאל וה-EMF של המערכת האלקטרוכימית, ניתן לחשב a, f, n+, n - אלקטרוליטים.

מַטָרָה הוראות מתודולוגיותהוא להכיר לתלמידים רעיונות תיאורטיים לגבי הגורמים לקפיצות פוטנציאליות בין האלקטרודה לתמיסה, עם סיווג האלקטרודות, שליטה יסודות תיאורטייםשיטת פיצוי למדידת פוטנציאלים של אלקטרודות ו-emf, יישום שיטה זו לחישוב מקדמי פעילות ומספרי העברת יונים בתמיסות אלקטרוליטים.

מושגים בסיסיים

כאשר אלקטרודת מתכת טבולה בתמיסה, מופיעה שכבה כפולה חשמלית בממשק, וכתוצאה מכך, מופיעה קפיצה פוטנציאלית.

התרחשות של קפיצה פוטנציאלית נגרמת על ידי בגלל הרבה סיבות. אחד מהם הוא חילופי חלקיקים טעונים בין המתכת לתמיסה. כאשר מתכת טבולה בתמיסת אלקטרוליט, יוני מתכת עוזבים סריג קריסטלועוברים לתמיסה, הם מביאים לתוכו את המטענים החיוביים שלהם, בעוד פני המתכת, שעליהם נשארים עודף אלקטרונים, הופך למטען שלילי.

סיבה נוספת להופעתם של פוטנציאלים היא ספיחה סלקטיבית של אניונים מ תמיסה מימיתמלחים על פני השטח של כל מתכת אינרטית. ספיחה מובילה להופעת מטען שלילי עודף על פני המתכת, ובהמשך, להופעת מטען חיובי עודף בשכבת התמיסה הקרובה ביותר.

שְׁלִישִׁי סיבה אפשרית- היכולת של חלקיקים לא טעונים קוטביים להיות מכוונים נספג ליד גבול הפאזה. בספיחה מכוונת, קצה אחד של הדיפול של מולקולה קוטבית פונה לממשק, והקצה השני לכיוון השלב אליו שייכת המולקולה.

אי אפשר למדוד את הערך המוחלט של קפיצת הפוטנציאל בממשק אלקטרודה-פתרון. אבל אפשר למדוד את ה-EMF של אלמנט המורכב מהאלקטרודה הנבדקת ואלקטרודה שהפוטנציאל שלה נחשב בדרך כלל לאפס. הערך המתקבל בדרך זו מכונה הפוטנציאל ה"פנימי" של המתכת - E.

האלקטרודה, שפוטנציאל שיווי המשקל שלה הוא אפסי, היא אלקטרודת מימן סטנדרטית.

פוטנציאל שיווי המשקל הוא הפוטנציאל המאופיין בשיווי המשקל שנקבע בין המתכת לתמיסת המלח. כינון מצב שיווי משקל אינו אומר שלא מתרחשים תהליכים כלל במערכת האלקטרוכימית. חילופי היונים בין השלב המוצק והנוזל נמשך, אך שיעורי מעברים כאלה הופכים להיות שווים. שיווי המשקל בממשק מתכת-פתרון מתאים לתנאי

אניל= אניא= אניעל אודות , (1)

איפה אניל- זרם קתודה;

אניעל אודות – חילופי זרם.

כדי למדוד את הפוטנציאל של האלקטרודה הנבדקת, ניתן להשתמש באלקטרודות אחרות, שהפוטנציאל שלהן ביחס לאלקטרודת סטנדרט המימן ידוע - אלקטרודות ייחוס.

הדרישות העיקריות לאלקטרודות ייחוס הן עמידות של הזינוק הפוטנציאלי ושחזור טוב של תוצאות. דוגמאות לאלקטרודות ייחוס הן אלקטרודות מהסוג השני: calomel:

Cl- / Hg2 Cl2 , Hg

אלקטרודת כסף כלוריד:

Cl- / AgCl, Ag

אלקטרודת כספית סולפט ואחרים. הטבלה מציגה את הפוטנציאלים של אלקטרודות הייחוס (בסולם המימן).

הפוטנציאל של כל אלקטרודה, E, נקבע בטמפרטורה ולחץ נתונים לפי ערך הפוטנציאל הסטנדרטי ופעילויות החומרים המשתתפים בתגובת האלקטרודה.

אם תגובה מתרחשת בצורה הפיכה במערכת אלקטרוכימית

υAA+υBB+…+.-zF→υLL+υMM

ואז https://pandia.ru/text/77/491/images/image003_83.gif" width="29" height="41 src=">ln ו-Cu2+ (5)

אלקטרודות מהסוג השני הן אלקטרודות מתכת המצופות במלח מסיס במשורה של מתכת זו וטבולות בתמיסה של מלח מסיס מאוד שיש לו אניון משותף עם המלח המסיס בקושי: דוגמאות כוללות כסף כלורי, אלקטרודות קלומל וכו'.

הפוטנציאל של אלקטרודה מהסוג השני, למשל, אלקטרודת כסף כלוריד, מתואר על ידי המשוואה

EAg, AgCl/Cl-=E0Ag, AgCl/Cl-ln aCl - (6)

אלקטרודת חיזור היא אלקטרודה העשויה מחומר אינרטי וטבולה בתמיסה המכילה חומר בצורות מחומצנות ומופחתות.

ישנן אלקטרודות חיזור פשוטות ומורכבות.

באלקטרודות חיזור פשוטות, נצפה שינוי בערכיות המטען של החלקיק, אבל תרכובת כימיתנשאר קבוע.

Fe3++e→ Fe2+

MnO-4+e→MnO42-

אם נסמן יונים מחומצנים על ידי Ox, ויונים מופחתים על ידי אדום, אז כל התגובות שנכתבו לעיל ניתנות לביטוי באמצעות משוואה כללית אחת

שׁוֹר+ ה→ אדום

אלקטרודת חיזור פשוטה כתובה כתרשים אָדוֹם, שׁוֹר/ Pt, והפוטנציאל שלו ניתן על ידי המשוואה

ה אדום, שור=E0 אדום, שור+https://pandia.ru/text/77/491/images/image005_58.gif" width="29" height="41 src=">ln (8)

הפרש הפוטנציאלים בין שתי אלקטרודות כאשר המעגל החיצוני כבוי נקרא כוח אלקטרו-מוטורי (EMF) (E) של המערכת האלקטרוכימית.

ה= ה+ - ה- (9)

מערכת אלקטרוכימית המורכבת משתי אלקטרודות זהות הטבולות בתמיסה של אותו אלקטרוליט בריכוזים שונים נקראת יסוד ריכוז.

EMF באלמנט כזה נוצר עקב ההבדל בריכוזים של תמיסות אלקטרוליטים.

טכניקה נסיונית

שיטת פיצוי למדידת EMF ופוטנציאל

מכשירים ואביזרים:פוטנציומטר R-37/1, גלוונומטר, סוללה, אלמנטים ווסטון, אלקטרודות פחמן, נחושת, אבץ, תמיסות אלקטרוליטים, אלקטרודת ייחוס כסף כלוריד, מפתח אלקטרוליטי, תא אלקטרוכימי.

הרכיבו את תרשים ההתקנה (איור 2)

ה. אני. - תא אלקטרוכימי;

ה. ו. - אלקטרודה במחקר;

ה. עם. - אלקטרודת התייחסות;

ה. k. – מפתח אלקטרוליטי.

DIV_ADBLOCK84">

הריכוזים של יוני CrO42- ו-H+ קבועים ושווים ל-0.2 g-ion/l ו-3-ion/l, ריכוז H+ משתנה והוא: 3; 2; 1; 0.5; 0.1 g-ion/l;

ריכוז יוני CrO42-, Cr3+ קבוע ושווה ל-2 g-ion/l ו-0.1 g-ion/l, בהתאמה, ריכוז יוני H+ משתנה והוא: 2; 1; 0.5; 0.1; 0.05; 0.01 גרם-יון/ליטר.

משימה 4

מדידת הפוטנציאל של מערכת חיזור פשוטה Mn+7, Mn2+ גרפיט.

הריכוז של יון Mn2+ קבוע ושווה ל-0.5 g-ion/l

ריכוז יוני MnO2-4 משתנה והוא 1; 0.5; 0.25; 0.1; 0.01 g-ion/l;

ריכוז יוני MnO-4 קבוע ושווה ל-1 g-ion/l

ריכוז יוני Mn2+ משתנה והוא: 0.5; 0.25; 0.1; 0.05; 0.001 g-ion/l.

עיבוד נתונים ניסיוניים

1. יש להמיר את כל נתוני הניסוי המתקבלים לסולם המימן.

3. בנו תלות גרפית של הפוטנציאל בריכוז בקואורדינטות E, lgC, והסיקו מסקנה לגבי אופי ההשפעה של ריכוז היונים הקובעים פוטנציאל על ערך פוטנציאל האלקטרודה.

4. עבור רכיבי ריכוז (משימה 2), חשב את קפיצת פוטנציאל הדיפוזיה φα באמצעות המשוואה

φα = (10)

בעת מדידת EMF בשיטת הפיצוי

1. הפוטנציומטר חייב להיות מוארק לפני ההפעלה.

2. בעבודה עם סוללות, עליך:

השתמש במד מתח נייד כדי לבדוק את המתח במסופים;

בעת הרכבת סוללות לסוללה, הימנע מקצר במארז ובמסופים כדי למנוע כוויות חמורות.

3. לאחר העבודה, כבה את כל המכשירים.

סִפְרוּת

1. אלקטרוכימיה של אנטרופוב:

ספר לימוד / .- מהדורה 2. עובד מחדש נוסף-מ.: בוגר בית - ספר, 1984.-519p.

2.-אלקטרוכימיה רוטיניאנית: ספר לימוד/,

ל.: כימיה, עמ'.

3. דמשק /, .- מ.: בית ספר גבוה, 1987.-296 עמ'.