Olsztyn dn.27.10.2004

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

kierunek: mechanika i budowa maszyn

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z TERODYNAMIKI

TEMAT: Pomiary temperatury

Wyznaczanie charakterystyki dynamicznej

Piwowarska Lidia

III MiBM gr.2

1. Wstęp teoretyczny

Zasada działania termometru termoelektrycznego jest oparta na zjawisku termoelektrycznym. W obwodzie zamkniętym składającym się z dwóch różnych metali płynie prąd elektryczny, jeżeli miejsca styku tych metali znajdują się w różnych temperaturach. Zjawisko to jest wynikiem efektu Peltiera (powstanie napięcia stykowego w miejscu zetknięcia się dwóch różnych metali) i zjawiska Thomsona (powstanie różnicy potencjałów w przewodniku, którego końce są umieszczone w różnych temperaturach). Powstająca w obwodzie siła termoelektryczna jest zależna od rodzaju metali a i b oraz temperatur T iT₀.

Termometr termoelektryczny składa się z termoelementu, którego spoina pomiarowa jest umieszczona w temp. T₁, termoelektrod 2 łączących się z przewiodami kompensacyjnymi 3. Spoiny odniesienia 5 (połączenia przewodów kompensacyjnych z przewodami łączącymi 4) są umieszczone w termostacie w stałej temperaturze odniesienia T₀. Miernik 7 (miliwoltomierz) mierzy napięcie na zaciskach przyrządu (a nie siłę termoelektryczną termoelementu) co, wymaga zastosowania dodatkowego opornika wyrównawczego 6 o takiej wartości, by był spełniony warunek:

R_zn=R_T+R_pk+R_p+R_w

R_zn- nominalna rezystancja zewnętrzna przy której wzorcowany był miernik

R_T- rezystancja termoelementu

R_pk- rezystancja przewodów kompensacyjnych

R_p- rezystancja przewodów łączeniowych

R_w- rezystancja opornika wyrównawczego

RODZAJE TERMOMETRÓW

1.Termometry rozszerzalnościowe.

2.Termometry manometryczne.

3.Termometry termoelektryczne.

4.Termometry rezystancyjne.

5.Termometry półprzewodnikowe.

6.Pirometry.

CHARAKTERYSTYKA DYNAMICZNA CZUJNIKA TERMOMETRYCZNEGO

Przebieg charakterystyki dynamicznej termometru zależy od budowy czujnik, który ma przeważnie kształt walca. Czujniki rzeczywiste wykazują pewne różnice we właściwościach, wynikające głównie z różnic konstrukcyjnych, użytych materiałów i warunków pracy.

Wyróżniamy następujące rodzaje czujników:

- czujniki działania objętościowego (aktywną część stanowi cała masa czujnika, np. termometry rtęciowe o niewielkiej grubości szkła);

- czujniki działania powierzchniowego (aktywną część stanowi powierzchnia, np. nieosłonięte uzwojenie czujnika termometru rezystancyjnego, termometr dylatacyjny);

- czujniki działania środkowego (aktywną częśc stanowi środek przekroju, np. termoelementy w osłonie);

Graficzny obraz krzywej wykładniczej ΔT_cz=f(τ) otrzymanej na podstawie poniższego równania nazywany jest charakterystyka dynamiczną czujnika.

2.CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Opis stanowiska pomiarowego:

- termometr termoelektryczny;

- miernik;

- termostat;

Tabele wyników:

T a b e l a 1

	Temperatura ( ^0C)	Napięcie (mV)
1	20	0
2	22	0,15
3	24	0,26
4	26	0,36
5	28	0,47
6	30	0,57
7	32	0,69
8	34	0,78
9	36	0,89
10	38	0,98
11	40	1,11
12	42	1,21
13	44	1,31
14	46	1,44
15	48	1,53
16	50	1,64
17	52	1,74
18	54	1,84
19	56	1,95
20	58	2,06
21	60	2,16

T a b e l a 2

Temperatura ( ^0C)	Czas ustalenia się temperatury (s)
		pomiar 1	pomiar 2	pomiar 3	średnia
20	0	0	0	0
25	0,60	0,67	0,54	0,603
30	1,03	1,10	1,08	1,07
35	1,52	1,53	1,74	1,6
40	2,01	2,11	2,79	2,303
45	3,07	3,35	4,00	3,47
50	4,56	4,47	5,66	4,9
55	7,38	8,67	10,53	8,86
60	50,27	44,80	47,06	47,36

Odczyty i obliczenia

Temperatura początkowa T₀=12⁰C

Temperatura końcowa T_k=60⁰C

τ _0,5- 2,4

τ _0,9- 12,5

Wnioski:

Wyznaczenie charakterystyki dynamicznej czujnika termometrycznego i wyznaczeniu stałej czasowej czujnika pozwoliło nam stwierdzić iż jest to czujnik działania powierzchniowego

Podczas wyznaczania stałej czasowej różnymi sposobami zachodziły pewne odchylenia które spowodowane były mało dokładnym pomiarem czasu ustalania się temperatury w szczególności na początku pomiaru (przy bardzo szybkim wzroście temperatury).

Wykonywane na laboratorium wyskalowanie termometru termoelektrycznego umożliwia nam pomiar temperatury(odczyt napięcia za pomocą termoelementu ośrodka badanego i na podstawie wykonanego wykresu odczytanie temperatury odpowiadającej danemu napięciu). Ważne jest tu jednak utrzymywanie stałej temperatury odniesienia.

---