Rok akademicki 2009/2010

Sprawozdanie

ćw. nr 22

Temat:

Cechowanie termopary

Wykonał:

Piotr Maślanka L 5

I. Teoria.

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.

Odkryte w 1821 roku przez fizyka niemieckiego (pochodzenia estońskiego) Th. J. Seebecka. Zjawisko to jest wykorzystywane m.in. w termoparze.

Siła elektromotoryczna (SEM) - energia elektryczna jaką uzyskuje jednostkowy ładunek elektryczny w źródle prądu elektrycznego. Źródło zwiększa energię elektryczną kosztem energii innego rodzaju.

Źródłami siły elektromotorycznej mogą być generatory elektryczne (prądu stałego i zmiennego), baterie, termopary, fotoogniwa. Siła elektromotoryczna jest często oznaczana przez . Jednostką siły elektromotorycznej jest volt równy ilości dżuli przypadających na ładunek elektryczny jednego kulomba

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) to czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka, będący połączeniem dwóch różnych metali .

Składa się z dwóch różnych metali (drucików), spojonych na jednym końcu (strona pomiarowa). Pod wpływem różnicy temperatury powstaje siła elektromotoryczna zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną na końcach niepołączonych (zimnych) proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy temperaturą spoiny pomiarowej, a temperaturą spoin odniesienia (zimnych, wolnych końców). Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie, którą następnie instalujemy w miejscu pomiaru temperatury. Termopary odznaczają się dużą niezawodnością, dokładnością i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach.

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;

II. Wykonanie ćwiczenia.

1. Zestawić układ do wyznaczania charakterystyki termopary.

2. Złącza termopar  umieścić w mieszaninie lodu z wodą. Temperatury T₁ i T₂ winny być takie same i i wynosić 0⁰ C. Następnie stopniowo podgrzewając kąpiel złącza notować różnicę temperatur co 5⁰ C i odpowiadające mu jednocześnie wskazania miliwoltomierza

3. Korzystając ze wzoru

 E = k (T₂ - T₁ ) obliczyć współczynnik termoelektryczny  „ k ” oraz błąd  k.

4. Narysować zależność  E = f ( T ). Na wykresie zaznaczyć błędy pomiarowe T i E 

III. Tabelka

T0	T1	T1 - T0	E	α
[ K ]	[ K ]	[ C ]	[ mV ]	[mV/K]	[ mV/K ]
273	273 278 283 288 293 298 303 308 313 318 323 328 333 338 343 348 353 358 363 368 373	0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100	0 0,30 0,35 0,52 0,72 0,90 1,10 1,32 1,53 1,73 1,95 2,14 2,33 2,53 2,73 2,94 3,15 3,33 3,55 3,76 3,88	0.03975	(39,7±0,7)x10^-3

IV. Wykres

Wykres zależności ε = f(T) wykonany w programie OriginLab.

V. Obliczenia.

Niepewności pomiarowe :

u(T)=1^oC ( jest to dokładność podziałki termometru)

u(ε)=0.01mV ( jest to dokładność z jaką można odczytać wartość napięcia z multimetru)

Współczynnik α odczytuję z legendy wykresu który wykonałem w programie OriginLab obliczając go metodą najmniejszych kwadratów, wynosi on α=0.03975.

Odchylenia standardowe odczytuję również z legendy u(a)=±0.00031 [
]

Obliczam współczynnik
ze wzoru:

0,04

u(α) =
= 0.0007

Współczynnik α badanej termopary:

α=(39,7±0,7)x10^-3

1. Wnioski.

Na podstawie tabel katalogowych termopar stwierdzam, że badana termopara jest termoparą, zbudowaną z mieszaniny metali nikiel-chrom/nikiel-aluminium.

---