Temat: POMIARY TEMPERATURY - TERMOMETRY
Skład zespołu:
1. Marcin Kamianowski
2. Grzegorz Grabski
3. Kajetan Dobrenko
4. Maciej Warowny
5. Mariusz Raczkowski
6. Michał Raczkiewicz
1. Wprowadzenie
Temperatura jest jednym z podstawowych parametrów termodynamicznych.
Jej wielkość jest zależna od średniej energii kinetycznej cząteczek danego ośrodka, którą mierzy się pośrednio poprzez pomiar innych własności substancji zależnych od temperatury jak np. rozszerzalności, ciśnienia, rezystancji bądź siły elektromotorycznej.
Podstawową skalą temperatur układu SI jest bezwzględna skala Kelvina [K], najbardziej powszechną w użyciu jest skala Celciusza [oC], mniej używane są skale Fahrenheita [oF] oraz Rankina [oR]
Najczęściej stosowanymi w przemyśle miernikami są termoelementy, zwane też termoparami. Korzystają one ze zjawiska Seebecka, polegającym na powstaniu siły elektromotorycznej w obwodzie gdy złącza dwóch metali bądź pół
przewodników znajdują się w różnych temperaturach. Odwrotnym do zjawiska Seebacka jest efekt Peltiera. Moduł Peltiera został dodatkowo zaprezentowany na laboratorium – wykorzystuje on prąd do procesu chłodzenia bądź ogrzewania.
Drugim badanym elementem był termometr bezstykowy czyli pirometr.
Zasada jego działania opiera się na pomiarze promieniowania cieplnego, w naszym wypadku metodą wzrokową, poprzez porównanie i regulację koloru nagrzewanego materiału w środku urządzenia z kolorem promieniowania obiektu pomiaru.
2. Krótki opis ćwiczenia
Przeprowadzone ćwiczenie miało trzy główne punkty :
•
badanie rodzaju termopary,
•
pomiar temperatury pieca przy pomocy pirometru
•
pomiar temperatury pieca termoparą wraz z wyznaczeniem jej stałej czasowej τ
3. Sposób przeprowadzenia pomiarów
Część pierwsza (badanie rodzaju termopary) polegała na zmierzeniu temperatury oraz siły elektromotorycznej, a następnie wyznacznie stałej k -
czułości termoelektrycznej termoelementu.
Pomiar pirometrem zawierał podgrzenie pieca do wysokiej temperatury kilkuset stopni, aby zaobserwować promieniowanie cieplne.
Część trzecia miała na celu nagrzenie termoelementu do wysokiej temperatury i pomiar spadku temperatury w czasie (co 2s) .
4. Wyniki pomiarów
μV
Pomiar czułości termoelektrycznej termoelementu k dał wynik ~39 [
] ,
K
który uwzględniając błąd pomiaru mógł wskazywać zarówno na typ K –
chromel-alumel jak i typ N – nicrosil-nisil. Dowiedzieliśmy się, iż był to element typu K.
Użyty wzór to :
ε=( S − S )( T − T ) 1
2
2
1
gdzie S1 i S2 to współczynniki Seebacka charakterystyczne dla danych μV
substancji, a (S1-S2) to czułość termoelektryczna k
[
] danego
K
termoelementu.
Wskazania pirometru różniły się w zależności od osoby mierzącej temperaturę w piecu, były to odpowiednio wyniki: 770oC, 860oC, 850oC, 800oC, co daje wynik średni na poziomie 820oC.
Pomiar termoelementu ilustruje wykres:
Pomiar temperatury w piecu
400
350
300
250
]
200
pomiar
[CT
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
t[s]
Korzystając ze wzoru
T
− t
1− T
(
)
= e τ
T − T
1
2
Mogliśmy obliczyć stałą czasową τ , która kształtuje się na poziomie τ = 11,536
Średni błąd wyniósł ~6%
Porównanie ilustruje wykres:
Pomiar temperatury w piecu
400
350
300
250
pomiar
]
200
[C
wzór
T
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
t[s]
6. Wnioski końcowe
•
ze względu na podobne czułość termoelektryczne termoelementów typu K,J,E,N w warunkach laboratoryjnych, gdzie wszystkie mierzone temperatury mieszczą się w zakresie stosowalności, trudno jednoznacznie określić typ materiału – błąd pomiarowy ma tu duże znaczenie
•
różnica w pojedynczych pomiarach pirometrem wyniosła nawet 90oC , więc należy stosować wiele pomiarów, a także traktować je ze sporym marginesem błędu, biorą pod uwagę, iż jest to metoda wzrokowa.
•
znając stałą czasową termoelementu możemy z dużą dokładnością przewidzieć jego zachowanie w zmiennych warunkach temperatury