I. Część opisowa.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności pomiędzy podziałką przyrządu wskazującego a wielkością temperatury tzn. czy temperatura wskazywana przez termometr czy termoparę jest zgodna
z rzeczywistością, czyli odpowiada temperaturze czujnika. Najczęściej przy wzorcowaniu termometrów porównujemy wskazania termometru sprawdzanego ze wskazaniem termometru wzorcowego. W naszym przypadku termometrem wzorcowym jest rtęciowy termometr cieczowy. Do jego wskazań będziemy porównywali wskazania termometru oporowego, rtęciowego oraz termopary.

2.Sposób przeprowadzenia ćwiczenia.

Po uruchomieniu układu oczekujemy na wzrost temperatury na termometrze wzorcowym do 100°C. W tym momencie dokonujemy odczytów temperatury z pozostałych termometrów i termopary. Uzyskane wyniki notujemy w tabelce. Następnie czekamy aż temperatura na termometrze wzorcowym osiągnie 110°C i ponownie dokonujemy odczytów temperatury. Sytuację powtarzamy do 180°C. Po przekroczeniu temperatury 180°C na termometrze wzorcowym wyłączamy zasilanie naszego układu. Tym samym powodujemy ochładzanie całego układu. Podczas spadku temperatury powtarzamy te same czynności co przy wzroście tj. dokonujemy kolejnych odczytów wskazań termometrów i termopary co 10°C z tą różnicą, że zaczynamy od temperatury 180°C. Ostatni odczyt przeprowadzamy w temperaturze 100°C. Otrzymane wyniki zamieszczamy w tabelce.

3. Schemat układu pomiarowego.

4. --> [Author:JS] Analityczne opracowanie wyników pomiaru.

Aby porównać w jakim stopniu wskazania cechowanych termometrów i termopary pokrywają się ze wskazaniami termometru wzorcowego zastosowaliśmy do tego celu współczynnik korelacji R. Korelacja jest miarą przewidywalności zmian zmiennej jednej ( w naszym przypadku wskazania termometru wzorcowego ) ze zmianą wielu zmiennych (wskazania pozostałych termometrów i termopary ). Miarą ścisłości związku między zmiennymi jest współczynnik korelacji R. Wartości współczynnika R zawarte są w granicach przedziału < -1 ;1 >. Jeśli R = 1, to istnieje całkowite powiązani zmiennych. Dla R = 0 istnieje całkowicie przypadkowy związek między zmiennymi i nie ma przypadku korelacji.

Współczynnik korelacji najczęściej określamy wzorem :

; gdzie

średnie wartości zmiennej x oraz y

ilość pomiarów

LP.	Ogrzewanie	Oziębianie	Średnia arytmetyczna
1. Termometr rtęciowy	R = 0,9995747	R = 0,9901915	0,9948831
2. Termometr oporowy	R = 0,9990636	R = 0,9960392	0,9975514
3. Termopara	R = 0,9993960	R = 0,9953171	0,9973565

Wyniki zamieszczone w tabeli obrazują powiązanie wskazań cechowanych mierników temperatury ze wzorcowym termometrem. Daje się zauważyć, że otrzymane wartości są bardzo zbliżone oczekiwanemu wynikowi, a mianowicie jedynce (taką wartość osiągnęły by, gdyby ich wskazania były
identyczne ze wzorcowym). Jednak są one w stosunku do termometrów za małe (oczekiwane wartości powinny osiągać liczbę 9 co najmniej do czwartego miejsca po przecinku).

6. Dyskusja otrzymanych wyników.

a) termometr rtęciowy

w

T [°C] różnica przy wzroście	-1,5	-1,0	-2,0	-4,0	-3,5	-4,0	-6,0	-6,5	-7,0
T [°C]	100	110	120	130	140	150	160	170	180
T [°C] różnica przy spadku	13,0	14,0	13,0	12,0	14,0	11,0	8,5	2,0	-2,5

	-3,94
	9,44

- wykazuje tendencję do stopniowego opóźniania wskazań rzeczywistej temperatury (rozbieżność jest w zakresie -7,0 ÷ 14,0). Jest to spowodowane przede wszystkim zmianami związanymi z bezwładnością wskazań termometrów, które wynikają z różnic długości i objętości kapilar oraz określonej pojemności cieplnej czujnika i intensywności wymiany ciepła między nim a ciałem.. Ponadto charakteryzuje go błąd histerezy pomiarowej.

b) termometr oporowy

w

T [°C] różnica przy wzroście	0,0	0,0	-3,0	-1,0	-2,0	-2,0	-4,0	-1,0	-2,0
T [°C]	100	110	120	130	140	150	160	170	180
T [°C] różnica przy spadku	8,0	7,0	10,0	6,0	10,0	5,0	5,0	3,0	-1,0

	-1,66
	5,88

- okazała się najdokładniejszym miernikiem (rozbieżność jest w zakresie -4,0 ÷ 10,0). Jego dokładność związana jest zapewne z możliwością punktowych pomiarów szybko zmiennych temperatur. Ujemną stroną czujników oporowych jest stosunkowo duży rozrzut własności termoelektrycznych poszczególnych egzemplarzy i niewysoką stabilność ich charakterystyk wzorcowania. Jednakże wady te miały niewielki wpływ na przebieg ćwiczenia, oraz wpłynęły w niewielkim stopniu na wyniki pomiarów.

c) termopara

w

T [°C] różnica przy wzroście	0,0	1,0	2,0	2,0	1,0	2,0	0,0	3,0	1,0
T [°C]	100	110	120	130	140	150	160	170	180
T [°C] różnica przy spadku	10,0	10,0	11,0	10,0	13,0	11,0	9,0	6,0	2,0

	1,33
	9,11

- rozbieżność jest w zakresie 3,0 ÷ 13,0, czyli mniejszym od pozostałych, jednakże jest to wynikiem systematycznego zawyżania mierzonej temperatury zarówno przy ogrzewaniu jak i schładzaniu termopary. Przy sprawdzaniu termopar piec należy także izolować z wszystkich stron, aby uniknąć prądów powietrznych.

Ponadto termometry powinny być w całości umieszczone w piecu, jednak wtedy ograniczona byłaby możliwość odczytu wskazań. Dodatkowo liczba odczytów każdego punktu powinna wynosić przynajmniej pięć, a szybkość nagrzewania lub stygnięcia pieca nie powinna być większa od 1÷2°C w czasie pięciu minut.

termometr oporowy

termometr wzorcowy

termomtr rtęciowy

termopara

piec

licznik

termometr pokazujący jaka jest temperatura w piecu

podstawa

≅ 6,69°C

≅ 3,77°C

≅ 5,22°C

---