I ET 03.01.2011

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr : 22

cechowanie termopary.

MATEUSZ SZTUCZKA

L 09

1. Założenia teoretyczne

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) – element obwodu elektrycznego składający się z dwóch różnych materiałów i wykorzystujący zjawisko Seebecka zachodzące na ich styku. Termopara jest wykorzystywana jako czujnik temperatury.

Zjawisko Seebecka – zjawisko termoelektryczne polegające na powstawaniu siły elektromotorycznej i w konsekwencji tego przepływie prądu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali lub półprzewodników o różnych temperaturach, w zamkniętym obwodzie termoelektrycznym. Zjawisko to jest wykorzystywane m.in. w termoparze.

Pomiar temperatury - może być realizowany na wiele sposobów. W zależności od interakcji pomiędzy badanym obiektem pomiarowym a czujnikiem pomiarowym wyróżnić można:

• pomiar dotykowy (pomiar kontaktowy) - czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy

• pomiar bezdotykowy (pomiar bezkontaktowy) - poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez rozgrzane ciało (promieniowanie cieplne) np. długości fali, ilości emitowanej energii przez obiekt.

Temperaturę mierzymy za pomocą termometrów. Wyróżniamy kilka rodzajów termometrów:

1. cieczowy-rtęć lub alkohol - wysokość słupka cieczy

2. gazowy o stałej objętości - ciśnienie

3. gazowy o stałym ciśnieniu - objętość

4. oporowy - oporność

5. termopara - siła termoelektryczna

Materiały wykorzystywane do budowy termoelementów powinny w miarę możliwości posiadać:

• wysoką temperaturę topnienia,

• dużą odporność na czynniki zewnętrzne,

• małą rezystywność,

• wysoką temperaturę pracy ciągłej,

• mały współczynnik cieplny rezystancji,

• niezmienność parametrów w czasie.

Kontaktowa różnica potencjałów, różnica potencjałów elektr. ustalająca się w stanie równowagi termodynamicznej na styku 2 ciał: metali i/lub półprzewodników;

Siła termoelektryczna- elektromotoryczna powstająca w obwodzie złożonym z dwu różnych materiałów (metali lub półprzewodników), których spojenia są utrzymywane w różnych temperaturach.

2. Wykonanie pomiarów

Wyniki pomiarów :

To[^oC]	T1[^oC]	ε[mV]
0	5	0,19
	10	0,4
	15	0,6
	20	0,75
	25	0,96
	30	1,17
	35	1,34
	40	1,59
	45	1,76
	50	2
	55	2,19
	60	2,41
	65	2,6
	70	2,79
	75	2,98
	80	3,18
	85	3,37
	90	3,54
	95	3,74
	100	3,94

3. Obliczenia

1)

Obliczamy współczynnik proporcjonalności α metoda najmniejszych kwadratów:

Niepewność pomiaru temperatury:

u(T)=1^oC

Współczynnik proporcjonalności wynosi: α=(4±0, 01)*10^-2[mV/^oC]

Błąd względny u(a):

Siła termoelektryczna: ε=(21,27±0,06)[mV]

4. Wnioski

Na podstawie ćwiczenia stwierdzamy, że napięcie panujące na termoogniwie jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur w których znajdują się poszczególne jego części. Na podstawie współczynnika proporcjonalności możemy stwierdzić że termopara była wykonana z Cu-konstantan. Niepewność pomiarowa jest wynikiem niedokładnego wyzerowanie termometrów. Były to dwa różne termometry co też w znaczący sposób wpływa na pomiar. W ćwiczeniu ważne było to aby utrzymywać cały czas temperaturę 0^oC, trzeba było również uważać aby termometr w naczyniu podgrzewanym nei stykał się bezpośrednio z lodem co zaburzało pomiary.