inne, Sprawozdanie30, POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

Sprawozdanie z ćwiczenia Nr 30

Paweł Wnuk

Temat: Pomiar temperatury pirometrem.

Wydział Elektroniki Rok I

Data: 17.03.99

Ocena:

1. Wstęp

Celem doświadczenia był pomiar temperatury pirometrem optycznym. Pirometr optyczny jest urządzeniem do zdalnego pomiaru temperatury. Jego działanie opiera się na badaniu spektrum fali emitowanej przez ciało badane i porównywaniu jej ze spektrum fali emitowanej przez ciało doskonale czarne będące w tej samej temperaturze.

Każde ciało będące w temperaturze wyższej od zera (w kelwinach) emituje falę elektromagnetyczną. W doświadczeniu ciałem tym było wolframowe włókno żarówki (schemat układu poniżej) , a do pomiaru posłużył pirometr optyczny ze znikającym włóknem. Włókno zanikło wtedy, gdy w pewnym przedziale długości fali emitowało tyle samo energii co badane ciało. W ten sposób można było wyznaczyć temperaturę czarną badanego ciała a następnie obliczyć temperaturę rzeczywistą korzystając ze specjalnego nomogramu lub wzoru:

0x01 graphic

Klasa woltomierza - 1.5 ; zakres - 10V

Klasa amperomierza - 0.5 ; zakres - 7.5A

Przy obliczaniu pobieranej mocy korzystam ze wzoru:

Temperaturę w kelwinach [K] obliczamy: T [K] = T[C] +273

2. Tabele pomiarów i wyników

2.1 Pomiar temperatur w zakresie 800  1400C (położenie „1”)

Pomiar 1

(2V ; 1,5A)

Pomiar 2

(2,5V ; 1,6A)

Pomiar 3

(3V ; 1,8A)

1030C

1150C

1. 1250C

2. 1260C

3. 1270C

4. 1280C

5. 1270C

6. 1260C

7. 1300C

8. 1320C

9. 1270C

10. 1260C

0x01 graphic

2.2 Pomiar temperatur w zakresie 1200  2000C (położenie „2”)

Pomiar 4

(4V ; 2,2A)

Pomiar 5

(4,5V ; 2,3A)

Pomiar 6

(5V ; 2,5A)

1550C

1610C

1. 1770C

2. 1780C

3. 1790C

4. 1770C

5. 1800C

6. 1780C

7. 1770C

8. 1790C

9. 1770C

10. 1800C

0x01 graphic

2.3 Pomiar temperatur w zakresie 1800  5000C (położenie „3”)

Pomiar 7

(6V ; 2,7A)

Pomiar 8

(7V ; 2,9A)

Pomiar 9

(8V ; 3,2A)

Pomiar 10

(9V ; 3,4A)

2200C

2300C

1. 2450C

2. 2400C

3. 2500C

4. 2450C

5. 2350C

6. 2400C

7. 2400C

8. 2450C

9. 2450C

10. 2450C

0x01 graphic

2800C

2.4 Tabela wyników pomiarów i błędów.

U	U	I	I	P	P	T_cz	T_cz	T_rz	T_rz	T_rz
V	V	A	A	W	W	C	K	C	K	K
2,0	0,15	1,5	0,0375	3,75	0,30	1030		1094	1367
2,5	0,15	1,6	0,0375	4,00	0,33	1150		1228	1501
3,0	0,15	1,8	0,0375	5,40	0,38	1274	6,70	1370	1643	6,31
4,0	0,15	2,2	0,0375	8,80	0,48	1550		1670	1943
4,5	0,15	2,3	0,0375	10,35	0,51	1610		1750	2023
5,0	0,15	2,5	0,0375	12,50	0,56	1782	3,89	1950	2223	3,58
6,0	0,15	2,7	0,0375	16,20	0,63	2200		2460	2733
7,0	0,15	2,9	0,0375	20,30	0,70	2300		2580	2853
8,0	0,15	3,2	0,0375	25,60	0,78	2430	13,33	2750	3023	11,84
9,0	0,15	3,4	0,0375	30,60	0,85	2800		3230	3503

3. Przykładowe obliczenia błędów wyników pomiarów.

3.1 Do obliczenia średniej pomiarów temperatur stosuję wzór:

0x08 graphic

0x08 graphic
3.2 Do obliczenia średniego błędu kwadratowego (T_cz) pomiaru T_cz stosuję wzór:

0x08 graphic

0x08 graphic
3.3 Obliczenie wartości temperatury rzeczywistej T_rz :

3.4 Obliczenia wartości T_rz :

0x08 graphic

3.5 Obliczenie wartości błędu bezwzględnego woltomierza i amperomierza:

3.6 Obliczanie wartości błędu pobieranej mocy:

0x08 graphic

4. Dyskusja błędów i wnioski z doświadczenia.

Zdecydowanie największy wpływ na błąd pomiaru temperatury miała trudność w jednoznacznej ocenie, czy oba włókna mają jednakową jasność. Spowodowało to duże rozbieżności w ocenie temperatury włókna (rzędu kilkudziesięciu stopni). Wielkość błędów średnich kwadratowych wyznaczonych przy seriach 10-pomiarów okazała się niewielka. Dodatkowo bezpośrednio (związane z klasą dokładności przyrządów) błędy wprowadzały mierniki co wpłynęło pośrednio na błąd dotyczący mocy wydzielanej na żarówce. Wykres zależności temperatury rzeczywistej od pobieranej mocy odbiega od rzeczywistości (powinna być to krzywa logarytmiczna). Spowodowane jest to za dużą różnicą wartości granicznych temperatur w poszczególnych zakresach (różnica temperatur między pomiarem czwartym a trzecim wynosi 1550C - 1274C = 276C, tymczasem różnica między pomiarem drugim a pierwszym wynosi zaledwie 1150C - 1030C = 120C). Do obliczania błędu T_rz skorzystałem z różniczki logarytmicznej. Dla dwóch większych pomiarów do obliczenia T_rz skorzystałem z wzoru, pozostałe wartości T_rz odczytałem z nomogramu.

T_rz - temperatura rzeczywista

T_cz - temperatura czarna

 - długość fali = 650 nm

C₂ - 1,44  10^-2 m  K

A - 0,476 - 2  10^-5 T_cz []

0x01 graphic