Szymon Godlewski 22.X.2003

Budownictwo

Rok 1 gr.2

Sprawozdanie

Temat: Wyznaczanie sprawności grzejnika elektrycznego

Pomiarów dokonujemy na dwa sposoby. Schemat według którego postępowaliśmy przedstawiony jest w poniższym sprawozdaniu:

Sposób I

l. Ważymy pusty grzejnik wraz z przykrywką i mieszadełkiem — masa m₁

2 Nalewamy do grzejnika wodę (1/2 - 2/3 objętości czajnika) i ważymy — masa m₂ Obliczamy masę wody: m_w =m₂ -m₁.

3. Łączymy przyrządy zgodnie ze schematem na rys. l. Zamiast woltomierza i amperomierza można podłą­czyć watomierz, pozwalający mierzyć moc bezpo­średnio. Watomierz ma oddzielne wyjścia napięciowe i prądowe, które łączymy również wg schematu.

4. Sprawdzamy czy napięcie wyjściowe autotransformatora AT jest ustawione na zero (pokrętło skręcone całkowicie w lewo) i włączamy autotransformator do sieci. Odczytujemy temperaturę początkową wody w grzejniku, ustawiamy napięcie wyjściowe autotransformatora AT, tak aby moc prądu wynosiła ok. 2/3 mocy maksymalnej i włączamy stoper.

5. Co minutę notujemy wskazania mierników (woltomierza i amperomierza lub watomierza) i temperaturę wody. W przedziale temperatur od 30°C do 90°C można zapis temperatury pro­wadzić co 2 minuty. Przed każdym odczytem należy wymieszać wodę za pomocą mieszadełka M. Ogrzewanie wody prowadzimy do temperatury wrzenia. Wyłączamy zasilanie — polega to na ustawieniu pokrętła regulacyjnego autotransformatora w położeniu zerowym, a następnie odłączeniu go od sieci.

6. Sporządzamy na papierze milimetrowym wykres zależności tempe­ratury wody od czasu ogrzewania

7. Obliczamy sprawność grzejnika, wzór
; podstawiamy do wzoru średnią arytmetyczną mocy. Z wykresu widać, że w pierwszych minutach temperatura wody wzra­sta wolniej, niż w minutach następnych. Jest to spowodowane tym, że początkowo znaczna część wydzielonego ciepła pochłaniana jest przez obudowę grzejnika. Z tego względu wartość współczynnika η obliczamy dwa razy: dla pełnego zakresu temperatur (od temperatury począt­kowej do wrzenia) — η_I oraz dla zakresu zmniejszonego (w przedziale odpowiadającym prosto­liniowej części wykresu) — η_II .Współczynnik η_II ma nieco większą wartość niż η_{I :}η_{II >} η_I

Sposób 2.

1. Nalewamy do grzejnika wodę (1/2 - 2/3 objętości czajnika) i doprowadzamy ją do wrzenia, a następnie szybko ważymy — masa m2.

2. Wykorzystujemy wodę podgrzaną do wrzenia w l. części ćwiczenia.

3. Szybko ważymy grzejnik z wodą i włączamy do źródła prądu. Gdy woda zacznie wrzeć, notuje­my co 2 minuty wskazania woltomierza i amperomierza lub watomierza. Po kilkunastu minu­tach przerywamy wrzenie.

4. Ponownie ważymy grzejnik — masa m₃. Masa wody zamienionej na parę: m_p = m₂ - m₃. Obli­czamy sprawność grzejnika, wzór
. Wyznaczona sposobem 2. wartość sprawności jest więk­sza od wyników otrzymanych metodą l. ponieważ ciało ogrzewane (woda) i naczynie grzejnika mają tę samą temperaturę i straty są jedynie wynikiem oddawania ciepła do otoczenia.

Rachunek błędów

Maksymalny błąd względny pomiaru sprawności grzejnika obliczamy metodą różniczki zupełnej w wyniku czego otrzymujemy:

Sposób l

Jeżeli mierzymy moc P bezpośrednio to

Sposób 1

• Błąd pomiaru ΔU, ΔI, lub ΔP obliczamy na podstawie klasy miernika.

• Δτ szacujemy nie na podstawie dokładności stosowanego czasomierza, ale w zależności od te­go jak szybko jesteśmy w stanie ustawić bądź odłączyć określone napięcie zasilania za pomocą autotransformatora (ok. 10 sekund).

• Błędy bezwzględne Δm_w, Δm_p równe są podwójnej dokładności ważenia, a Δ(t-t₀) oznacza po­dwójną dokładność odczytu temperatury.

Wnioski:

---