20_Skalowanie termopary i wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu.pdf

(122 KB) Pobierz
20_Skalowanie termopary i wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu.
Cel wiczenia
Celem wiczenia jest poznanie zjawisk termoelektrycznych oraz przykładów ich zastosowa ,
zapoznanie si z budow, zasad działania oraz metod pomiaru temperatury przy pomocy termopary, poprzez
jej skalowanie i wyznaczenie współczynnika termoelektrycznego oraz wyznaczenie temperatury krzepnicia
stopu Wooda.
Układ i metody pomiarowe
Termopary zwane te termoelementami, generuj napicie dziki umieszczeniu koców elementu w
rónych temperaturach. Zjawisko fizyczne, na podstawie którego pracuj termopary, pierwszy odkrył T.
Seebeck. Przeprowadził on dowiadczenie, w którym w zamknitym obwodzie elektrycznym wykonanym z
dwóch rónych metali, z których kady umieszczony został w innej temperaturze, popłynł prd elektryczny.
Zjawisko powstaje dziki rónej koncentracji elektronów w kadym z nagrzewanych metali, co powoduje
powstanie rónicy potencjałów na złczu metali, a w sytuacji zamknitego obwodu – przepływ prdu
elektrycznego. Na Rysunku 1 przedstawiono konstrukcj termopary. Natomiast Rysunek 2 zawiera termopar z
przyłczonym miliwoltomierzem, z którego odczyt napicia mona uzna za sił termoelektryczn.
Rysunek 1. Zjawisko Seebeck’a.
Rysunek 2. Układ pomiarowy termopary z przyłczonym
miliwoltomierzem.
W pierwszej czci wiczenia skalujemy termopar jedn z dwóch moliwych metod, tj. wyznaczamy
zaleno siły termoelektrycznej od rónicy temperatur. Wyniki skalowania termopary mona przedstawi na
dwa sposoby:
• w formie wykresu zalenoci siły termoelektrycznej od rónicy temperatur,
• poprzez wyznaczenie wartoci współczynnika termoelektrycznego wicego sił
termoelektryczn z temperatur metod regresji liniowej.
Skorzystamy z obu tych sposobów.
Druga cz zadania polegała na wyznaczeniu temperatury krzepnicia stopu Wooda. Temperatur
krzepnicia stopu wyznaczymy mierzc zaleno siły termoelektrycznej od czasu stygnicia stopu, a nastpnie
skorzystamy ze wzoru:
t =
U
k
, gdzie to wczeniej wyznaczony współczynnik termoelektryczny.
k
A
Przy wykonywaniu obu tych zada posługujemy si schematem pomiarowym zaprezentowanym na
Rysunku 3, przy czym dla pierwszej czci zadania w zbiorniku znajdujcym si po lewej stronie na schemacie
znajdowała si woda, a dla czci drugiej rozpuszczony stop Wooda.
Rysunek 3. Schemat pomiarowy.
607734570.051.png 607734570.060.png
 
607734570.061.png
Pomiary i obliczenia
Pomiarów dokonamy przy pomocy:
• Miliwoltomierza cyfrowego DC typu VC 20 na zakresie 0 ÷ 20 mV o dokładnoci
± (1 % rdg + 2dgt )
• Termometru Multi-Termo na zakresie 20 ÷ 100 °C o dokładno ci
± 1 ° C
CZ I. Skalowanie termopary
Temperatura pokojowa termometru wynosiła 26,3 °C. Nastpnie dla grzanej wody kolejno, co 2 °C, a
do osignicia temperatury ok. 95 °C, odczytujemy napicie na podłczonym do termopary miliwoltomierzu.
Wyniki pomiarów przedstawia Tabela 1:
Tabela 1. Wyniki pomiarów temperatury i napicia na spojeniach term opary.
L.p. T [ o C] T[ o C] U [mV] U [mV]
1.
26,3
1
0,938
0,011
2.
28,3
1
1,019
0,012
3.
30,3
1
1,082
0,013
4.
32,3
1
1,189
0,014
5.
34,3
1
1,279
0,015
6.
36,3
1
1,371
0,016
7.
38,3
1
1,460
0,017
8.
40,3
1
1,512
0,017
9.
42,3
1
1,617
0,018
10.
44,3
1
1,680
0,019
11.
46,3
1
1,791
0,020
12.
48,3
1
1,893
0,021
13.
50,3
1
1,958
0,022
14.
52,3
1
2,060
0,023
15.
54,3
1
2,139
0,023
16.
56,3
1
2,224
0,024
17.
58,3
1
2,286
0,025
18.
60,3
1
2,382
0,026
19.
62,3
1
2,475
0,027
20.
64,3
1
2,551
0,028
21.
66,3
1
2,672
0,029
22.
68,3
1
2,749
0,029
23.
70,3
1
2,835
0,030
24.
72,3
1
2,919
0,031
25.
74,3
1
3,029
0,032
26.
76,3
1
3,133
0,033
27.
78,3
1
3,195
0,034
28.
80,3
1
3,286
0,035
29.
82,3
1
3,388
0,036
30.
84,3
1
3,463
0,037
31.
86,3
1
3,537
0,037
32.
88,3
1
3,632
0,038
33.
90,3
1
3,745
0,039
Na podstawie powyszych pomiarów mona wysun pierwszy wniosek: napicie ronie wraz ze
wzrostem temperatury. By sprawdzi czy jest to zale no liniowa i by wyznaczy ewentualny trend rysujemy
wykres. Efekty naszej pracy wida na Wykresie 1:
607734570.001.png 607734570.002.png 607734570.003.png 607734570.004.png 607734570.005.png 607734570.006.png
4,0
3,6
3,2
2,8
2,4
Y = 0,0438X - 0,2349
R 2 = 0,9997
2,0
1,6
1,2
0,8
25
35
45
55
65
75
85
95
Temperatura [ o C]
Wykres 1. Zaleno napicia (siły termoelektrycznej) na spojeniach termopary od temperatury wody.
607734570.007.png 607734570.008.png 607734570.009.png 607734570.010.png 607734570.011.png 607734570.012.png 607734570.013.png 607734570.014.png 607734570.015.png 607734570.016.png 607734570.017.png 607734570.018.png 607734570.019.png 607734570.020.png 607734570.021.png 607734570.022.png 607734570.023.png 607734570.024.png 607734570.025.png 607734570.026.png 607734570.027.png
Jak wida z wykresu jest to zaleno idealnie liniowa, co potwierdza wyznaczona przy pomocy
arkusza kalkulacyjnego Excel oraz programu Regresja.pas linia trendu oraz jej dopasowanie, które wynosi
99,97%. Współczynnik termoelektryczny termopary to współczynnik kierunkowy linii trendu, która
charakteryzuje si równaniem:
U = 0,0438 T – 0,2349
Niepewnoci wyznaczonych współczynników równanie wynosz odpowiednio:
a = 0,00015 oraz b = 0,0090
Wzory i przykładowe obliczenia
Niepewno napicia liczymy z dokładnoci przyrzdu pomiarowego. Przykładowe obliczenia
przeprowadzimy dla pierwszego pomiaru.
D
U
=
1
%
rdg
+
2dgt
=
0,01
×
0
938
+
0
002
=
0
011
mV
CZ II. Wyznaczanie temperatury krzepnicia stopu Wooda
Zanim przystpimy do pomiarów, naszym działaniem było ogrzanie stopu do uzyskania stanu
płynnego. Nastpnie na podstawie danych uzyskanych z pierwszej czci zadania pomiar wskaza
miliwoltomierza w zalenoci od czasu co 20 sekund dla przedziału temperaturowego wskazanego przez
prowadzcego zajcia, tj. 75 ÷ 55 °C, co odpowiada przedziałowi napicia 3,05 ÷ 2,18 mV. Dla pewnoci
pomiary zaczłymy odrobin wczeniej od 3,5 mV. Za niepewno pomiaru czasu przyjmujemy 0,5 s (jest to
czas reakcji niezbdny do przerzucenia wzroku ze stopera na miliwoltomierz w celu spisania odczytu).
Uporzdkowane dane zawarte s w Tabeli 2.
Tabela 2. Pomiar napici a na termop arze podczas stygnicia stopu.
L.p.
t [s] t [s] U [mV] U [mV]
L.p.
t [s] t [s] U [mV] U [mV]
1.
0
0,5
3,500
0,03700
26.
500
0,5
2,421
0,02621
2.
20
0,5
3,372
0,03572
27.
520
0,5
2,420
0,02620
3.
40
0,5
3,246
0,03446
28.
540
0,5
2,414
0,02614
4.
60
0,5
3,119
0,03319
29.
560
0,5
2,406
0,02606
5.
80
0,5
3,004
0,03204
30.
580
0,5
2,401
0,02601
6.
100
0,5
2,913
0,03113
31.
600
0,5
2,402
0,02602
7.
120
0,5
2,836
0,03036
32.
620
0,5
2,401
0,02601
8.
140
0,5
2,769
0,02969
33.
640
0,5
2,399
0,02599
9.
160
0,5
2,706
0,02906
34.
660
0,5
2,388
0,02588
10.
180
0,5
2,645
0,02845
35.
680
0,5
2,369
0,02569
11.
200
0,5
2,586
0,02786
36.
700
0,5
2,356
0,02556
12.
220
0,5
2,532
0,02732
37.
720
0,5
2,344
0,02544
13.
240
0,5
2,484
0,02684
38.
740
0,5
2,339
0,02539
14.
260
0,5
2,449
0,02649
39.
760
0,5
2,343
0,02543
15.
280
0,5
2,426
0,02626
40.
780
0,5
2,345
0,02545
16.
300
0,5
2,410
0,02610
41.
800
0,5
2,345
0,02545
17.
320
0,5
2,404
0,02604
42.
820
0,5
2,342
0,02542
18.
340
0,5
2,403
0,02603
43.
840
0,5
2,330
0,02530
19.
360
0,5
2,404
0,02604
44.
860
0,5
2,312
0,02512
20.
380
0,5
2,409
0,02609
45.
880
0,5
2,283
0,02483
21.
400
0,5
2,413
0,02613
46.
900
0,5
2,247
0,02447
22.
420
0,5
2,417
0,02617
47.
920
0,5
2,212
0,02412
23.
440
0,5
2,420
0,02620
48.
940
0,5
2,182
0,02382
24.
460
0,5
2,420
0,02620
49.
960
0,5
2,149
0,02349
25.
480
0,5
2,421
0,02621
Zaprezentowane powyej pomiary wykorzystane zostały do narysowania Wykresu 2, tj. zalenoci siły
termoelektrycznej od czasu schładzania stopu.
607734570.028.png 607734570.029.png 607734570.030.png 607734570.031.png 607734570.032.png 607734570.033.png 607734570.034.png 607734570.035.png 607734570.036.png 607734570.037.png 607734570.038.png 607734570.039.png
3,60
3,40
3,20
3,00
2,80
2,60
2,40
2,20
2,00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Czas [s]
Wykres 2. Zaleno siły termoelektrycznej (napicia) od czasu stygnicia stopu.
607734570.040.png 607734570.041.png 607734570.042.png 607734570.043.png 607734570.044.png 607734570.045.png 607734570.046.png 607734570.047.png 607734570.048.png 607734570.049.png 607734570.050.png 607734570.052.png 607734570.053.png 607734570.054.png 607734570.055.png 607734570.056.png 607734570.057.png 607734570.058.png 607734570.059.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin