TERMOPARA

Termoparą nazywamy obwód zbudowany z dwóch różnych metali lub półprzewodników. Jeżeli temperatury złącz różnią się między sobą to między punktami C i D powstaje siła termoelektryczna E. Siła ta jest wypadkową potencjałów Galvaniego i Thompsona. Dla niezbyt dużych różnic temperatur między złączami moemy założyć że siła termoelektryczna jest proporcjonalna do różnicy temperatur T₁-T₂. Termopary najczęściej wykonane są z:

-miedzi i konstantu(40%Ni i 60%Cu) zakres pomiarowy od 70 K do 800 K.

-platyny i platyno rodu(90%Pt i 10%Rh) zakres pomiarowy do 1300 K

-irydu i stopu irydu z rodem - zakres pomiarowy do 2300K

Siła termoelektryczna termopary zależy od czystości oraz obróbki mechanicznej metali, z których została wykonana. Dlatego tak ważny jest dobór metali do wykonania termopary.

Zasady pomiaru układ pomiarowy

Skalowanie termopary polega na wyznaczeniu zależności siły termoelektrycznej od różnicy temperatur między spojeniami. Najczęściej jako temperaturę odniesienia przyjmuje się temperaturę 0⁰C, którą się uzyskuje z mieszaniny wody z lodem w termosie.

Najdokładniejszą metodą wyznaczania siły termoelektrycznej jest metoda kompensacyjna. Budowane obecnie woltomierze cyfrowe mają tak duży opór wewnętrzny, że wyznaczone za ich pomocą napięcie można uznać za siłę termoelektryczną. Skalowanie termopary można wykonać wyznaczając zależność prądu płynącego przez mikroamperomierz zawierający termoparę od różnicy temperatur między jej spojeniami.

Natężenie prądu:

Gdzie: E- siła termoelektryczna, R_T- opór termopary, natomiast R_A- opór wewnętrzny amperomierza.

Wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu

Temperaturę krzepnięcia stopu wyznaczamy mierząc zależność temperatury stopu od czasu. Ciało o temperaturze wyższej od temperatury otoczenia stygnie, przekazując energię do otoczenia. Energia przekazywana jest poprzez konwekcje , przewodnictwo cieplne oraz promieniowanie .

Ilość ciepła przekazywana do otoczenia przez otoczenie w jednostce czasu poprzez konwekcje:

Gdzie T- temperatura, S- powierzchnia stygnącego ciała, k_k- stała, ΔT- różnica między temperaturą ciała i temperaturą otoczenia T₀

Moc przekazywana do otoczenia na skutek przewodnictwa cieplnego:

Gdzie K oznacza współczynnik przewodnictwa cieplnego

Lub też sumując te równania możemy otrzymać :

Ciepło dσ przekazywane przez stygnące ciało do otoczenia powoduje obniżenie jego temperatury o dT

Zależność stygnącego ciała od czasu wygląda następująco

ΔT_o oznacza różnicę między temperaturą ciała i otoczenia w chwili t=0

Równanie to jest również nazywane równanie NEWTONA, z tego równania wynika, że szybkość stygnięcia ciała jest proporcjonalna do różnicy między temperaturą ciała oraz otoczenia i zależy ekspotencjalnie od sumarycznego współczynnika strat ciepła oraz pola powierzchni stygnącego ciała. Szybkość stygnięcia jest tym mniejsza, im większa jest pojemność cieplna (iloczyn mc) stygnącego ciała. Jeżeli podczas stygnięcia ciała zachodzi przemiana fazowa pierwszego rodzaju to z przemianą tą związany jest efekt polegający na wydzielaniu ciepła bez zmiany temperatury ciała. Ciepłem przemiany fazowej nazywamy ilość ciepła wydzieloną lub pochłoniętą podczas przemiany fazowej bez zmiany temperatury ciała. W temperaturze przemiany fazowej na krzywej stygnięcia pojawia się `plateau'. Temperatura w której obserwowane jest `plateau' odpowiada temperaturze przemiany fazowej.

Zadania do wykonania

1. przeprowadzić skalowanie termopary wyznaczając zależność siły termoelektrycznej , natężenia prądu lub napięcia od temperatury gorącego spojenia, gdy spojenie zimne znajduje się w temperaturze 0⁰C

2. wyznaczyć temperaturę krzepnięcia stopu.

Pomiary

1. Skalowanie termopary

temperatura	napięcie
100^0C	3,96 mV
95^0C	3,65 mV
90^0C	3,44 mV
85^0C	3,20 mV
80^0C	3,02 mV
75^0C	2,81 mV
70^0C	2,60 mV
65^0C	2,40 mV
60^0C	2,20 mV
55^0C	2,00 mV
50^0C	1,84 mV

2. pomiar krzepnięcia

lp	Czas	Napięcie	lp	Czas	napięcie
1	0'00''	5 mV	21	10'00''	2,52 mV
2	0'30''	4,47 mV	22	10'30''	2,51 mV
3	01'00''	4,11 mV	23	11'00''	2,50 mV
4	01'30''	3,75 mV	24	11'30''	2,50 mV
5	02'00''	3,48 mV	25	12'00''	2,49 mV
6	02'30''	3,28 mV	26	12'30''	2,49 mV
7	03'00''	3,07 mV	27	13'00''	2,48 mV
8	03'30''	2,85 mV	28	13'30''	2,43 mV
9	04'00''	2,70 mV	29	14'00''	2,42 mV
10	04'30''	2,57 mV	30	14'30''	2,39 mV
11	05'00''	2,49 mV	31	15'00''	2,36 mV
12	05'30''	2,54 mV	32	15'30''	2,26 mV
13	06'00''	2,56 mV plateau	33	16'00''	2,16 mV
14	06'30''	2,56 mV plateau	34	16'30''	2,10 mV
15	07'00''	2,56 mV plateau	35	17'00''	2,02 mV
16	07'30''	2,56 mV plateau	36	17'30''	1,96 mV
17	08'00''	2,56 mV plateau	37	18'00''	1,90 mV
18	08'30''	2,55 mV
19	09'00''	2,54 mV
20	09'30''	2,52 mV



















---