Olsztyn dnia.10.11.2003

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

kierunek: mechanika i budowa maszyn

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z TERODYNAMIKI

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 2

TEMAT: Pomiary temperatury

Cel i zakres ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyki dynamicznej

Marcin Barszczewski

III MiBM

TEORIA

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.

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	0,09
3	24	0,19
4	26	0,30
5	28	0,40
6	30	0,51
7	32	0,61
8	34	0,72
9	36	0,83
10	38	0,93
11	40	1,03
12	42	1,13
13	44	1,24
14	46	1,34
15	48	1,46
16	50	1,56
17	52	1,66
18	54	1,77
19	56	1,90
20	58	2,05
21	60	2,11

T a b e l a 2

Temperatura ( ^0C)	Czas ustalenia się temperatury (s)
		pomiar 1	pomiar 2	pomiar 3	średnia
20	0,98	1,03	0,96	0,99
25	1,43	1,33	1,29	1,35
30	1,72	1,64	1,66	1,67
35	2,35	2,30	2,25	2,30
40	3,17	3,37	3,01	3,18
45	4,42	4,59	3,99	4,33
50	6,16	6,76	5,99	6,30
55	10,26	11,28	8,61	10,05
60	25,26	25,33	23,47	24,69

Temperatura początkowa T₀=15⁰C

Temperatura końcowa T_k=60⁰C

- odczytane z wykresu;

Wnioski:

Po wyznaczaniu charakterystyki dynamicznej czujnika termometrycznego i wyznaczeniu stałej czasowej czujnika można stwierdzić, że jest to czujnik działania powierzchniowego. Odchylenia przy wyznaczaniu stałej czasowej różnymi sposobami mogą być spowodowane mało dokładnym pomiarem czasu ustalania się temperatury w szczególności na początku pomiaru (bardzo szybki wzrost temperatury).

Po wyskalowaniu termometru termoelektrycznego, które wykonywaliśmy na laboratorium możliwy jest pomiar temperatury (odczyt napięcia za pomocą termoelementu ośrodka badanego i na podstawie wykonanego wykresu odczytanie temperatury odpowiadającej danemu napięciu). Należy pamiętać o utrzymywaniu stałej temperatury odniesienia.

---