POMIARY TEMPERATURY
(A)
TEMAT: Termometry szklane cieczowe - budowa, kontrola zewnętrzna, wyznaczanie współczynnika bezwładności; skale termometryczne.
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z wybranymi typami termometrów cieczowych stosowanych w pomiarach meteorologicznych.
Nabycie umiejętności posługiwania się skalami termometrycznymi stosowanymi w pomiarach temperatury.
Zakres ćwiczenia:
Przegląd różnych termometrów cieczowych używanych w pomiarach meteorologicznych i hydraulicznych.
Przeprowadzenie kontroli zewnętrznej wybranych termometrów.
Wyznaczenie współczynnika bezwładności wybranych termometrów cieczowych w różnych ośrodkach.
Zapoznanie się ze zastosowanymi obecnie skalami termometrycznymi, z zależnościami między tymi skalami.
W celu zapoznania się z parametrami badanych przez nas termometrów dokonaliśmy ich zewnętrznych oględzin. W zależności od zastosowania, termometry różniły się budową zewnętrzną jak również parametrami technicznymi.
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Producent |
[-] |
Hallay W-wa |
SP.Termomet |
T.Czerwiński |
- |
Tellung |
Data produkcji |
[-] |
- |
1969 |
- |
1974 |
1974 |
Nr termometru |
[-] |
94-184 |
3 |
106962 |
11463/74 |
11996 |
Przeznaczenie |
[-] |
glebowy |
chemiczny |
głębinowy |
psychro -metr |
labolator. |
Zakres temp. |
[0C] |
-31,6 do 46 |
-61,5 do -31,5 |
-12 do 31 |
-36,8 do 50,8 |
-1,5 do 102,5 |
Dzaiłka elem. |
[0C] |
0,2 |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
Rodzaj cieczy |
[-] |
rtęć |
alkohol |
rtęć |
rtęć |
rtęć |
Dł.Skali/dł.Całk. |
[mm] |
343/535 |
130/440 |
230/340 |
167/280 |
430/550 |
Wymiary zbiornika |
[mm] |
9 |
8 |
13 |
4 |
7 |
Czułość |
[0C/mm] |
0,249 |
0,252 |
0,192 |
0,530 |
0,239 |
UWAGI |
[-] |
** |
*/****/ ***** |
***** |
dobry |
**** |
Kontrola zewnętrzna termometrów wykazała (patrz UWAGI):
* części szklane porysowane i zawierające bańki powietrza;
** pojawienie się pary wodnej w termometrze;
*** nieczytelne cyfry i kreski skali;
**** skala wewnątrz rurki termometru źle zamocowana;
***** przerywany słupek rtęci, ślady rtęci na kapilarze.
Pomierzono następnie zmiany wskazań temperatury termometru w czasie dla różnych warunków otoczenia, wyniki umieszczono na wykresie.
Określenie współczynnika bezwładności termometrów.
λ=τ2/0,69
τ2-czas po którym początkowa różnica temperatur zmalała dwukrotnie (z wykresu)
Przeliczanie temperatury według różnych skal:
x [0C] = 1.8x+32 [0F]
x [0C] = x+273.15 [0K]
x [0F] = 0.5556(x-32)+273.15 [0K]
x [0F] = 0.5556(x-32) [0C]
x [0K] = x-273.15 [0C]
x [0K] = 1.8(x-273.15)+32 [0F]
Przeliczanie zadanych wartości temperatur:
32 [0C]=(1.8*32)+32=89,6 [0F]
32 [0C]=32+273.15=305,15 [0K]
48 [0F]=0.5556(48-32)=8,89 [0C]
48 [0F]=0.5556(48-32)+273.15=282,04 [0K]
243 [0K]=1.8(243-273.15)+32=3,33 [0F]
243 [0K]=243-273.15=-30,15 [0C]
TEMAT: Termometry elektryczne: oporowe i półprzewodnikowe - wyznaczanie charakterystyki termometrycznej.
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z podstawowymi własnościami termometrów elektrycznych: oporowych i półprzewodnikowych.
Zakres ćwiczenia:
Wyznaczanie charakterystyki termometrycznej dla czujnika metalowego i termistorowego.
Wyznaczanie zależności liniowej R=f(t) dla czujnika metalowego.
Obliczenia wartości współczynnika temperaturowego αT oraz stałej materiałowej B dla czujnika termistorowego.
Wiadomości ogólne:
Termometry oporowe i półprzewodnikowe należą do grupy przyrządów pomiarowych, w których wykorzystywane jest zjawisko zmiany rezystancji elektrycznej czujnika w zależności od zmiany temperatury.
Termometry oporowe - zasada ich działania polega na zmianie oporności elementu czynnego czujnika pomiarowego, którym jest uzwojenie rezystancyjne nawinięte na odpowiednim wsporniku, pod wpływem zmiany temperatury. Najczęściej wykonywane są z platyny, czasami używa się niklu lub miedzi. Większość metali ma dodatni współczynnik oporności α co oznacza, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta oporność czujnika.
α= (1/R0)*(R100-R0)/100
Termometry półprzewodnikowe - termometry elektryczne z czujnikiem półprzewodnikowym zawierającym: termistor, tranzystor lub diodę. Wykorzystuje się w nich zależność zmian oporności termistora, napięcia emitor-baza tranzystora lub napięcia w kierunku przewodzenia diody od zmian temperatury. W odróżnieniu od oporników metalowych oporność termistorów najczęściej maleje ze wzrostem temperatury.
Zależność oporności termistora od temperatury ma postać wykładniczą, wyraża ją wzór:
Rt=AeB/T
Do termostatu z wodą włożyliśmy badane czujniki (termistorowy oraz platynowy) oraz czujnik termometru kwarcowego. Dokonaliśmy odczytu wartości temperatury oraz oporności. Następnie włączyliśmy grzałki termostatu i mierzyliśmy oporność czujników wraz ze wzrostem temperatury co 50C.
Wyniki pomiarów oporności czujnika platynowego i termistorowego dla różnych temperatur wody przedstawiono w tabeli poniżej.
|
Temperatura |
Oporność czujnika |
Oporność czujnika |
Lp. |
wody |
platynowego Rp |
termistorowego Rt |
[-] |
[0C] |
[] |
[] |
1 |
26 |
118,6 |
89400 |
2 |
30 |
120,4 |
76800 |
3 |
35 |
123,4 |
62500 |
4 |
40 |
126,5 |
51300 |
5 |
45 |
129,6 |
42300 |
6 |
50 |
132,7 |
35100 |
7 |
55 |
136,0 |
29200 |
8 |
60 |
139,2 |
24400 |
9 |
65 |
142,5 |
20500 |
10 |
70 |
145,8 |
17300 |
11 |
75 |
149,1 |
14700 |
12 |
80 |
152,6 |
12500 |
Porównano następnie charakterystyki obu czujników i przedstawiono je na wykresie poniżej.
Otrzymana zależność pokrywa się z zależnością pokazaną na rys.1 w skrypcie do ćwiczenia. Oporność termistorów maleje ze wzrostem temperatury, a czujnik platynowy wykazuje wzrost oporności wraz z temperaturą.
Czujnik platynowy
Wyznaczenie parametrów R0 i za pomocą metody najmniejszych kwadratów przedstawiono w tabeli poniżej.
Lp |
t |
Rp |
t2 |
t*Rp |
Rp' OBL |
Rp TABLIC |
Rp'' OBL |
|
[0C] |
[] |
[0C]2 |
|
|
|
|
1 |
26,2 |
118,6 |
686,4 |
3107,3 |
117,878 |
110,383 |
118,051 |
2 |
30,0 |
120,4 |
900,0 |
3612,0 |
120,296 |
111,882 |
120,484 |
3 |
35,0 |
123,4 |
1225,0 |
4319,0 |
123,479 |
113,853 |
123,681 |
4 |
40,0 |
126,5 |
1600,0 |
5060,0 |
126,662 |
115,820 |
126,874 |
5 |
45,0 |
129,6 |
2025,0 |
5832,0 |
129,845 |
117,785 |
130,062 |
6 |
50,0 |
132,7 |
2500,0 |
6635,0 |
133,027 |
119,747 |
133,245 |
7 |
55,0 |
136,0 |
3025,0 |
7480,0 |
136,21 |
121,706 |
136,423 |
8 |
60,0 |
139,2 |
3600,0 |
8352,0 |
139,393 |
123,661 |
139,597 |
9 |
65,0 |
142,5 |
4225,0 |
9262,5 |
142,576 |
125,614 |
142,766 |
10 |
70,0 |
145,8 |
4900,0 |
10206,0 |
145,758 |
127,564 |
145,930 |
11 |
75,0 |
149,1 |
5625,0 |
11182,5 |
148,941 |
129,511 |
149,089 |
12 |
80,0 |
152,6 |
6400,0 |
12208,0 |
152,124 |
131,455 |
152,244 |
SUMA: |
631,2 |
1616,4 |
36711,4 |
87256,3 |
|
|
|
W celu wyznaczenia R0 i skorzystano z układu równań:
12*R0+[t]*b=[Rp]
[t]*R0+[t2]*b=[t*R]
gdzie:
b=R0*
Obliczenia:
12*R0+631,2*b=1616,4
631,2*R0+36711,4*b=87256,3
b=0,636
R0=101,2
0,00629.
Po porównaniu otrzymanych wartości z podanymi w literaturze otrzymano:
Współczynnik temperaturowy ( wg lit.) wynosi 0,00392 [1/0C], natomiast wyliczony przez nas wyniósł 0,00629 [1/0C]. Różnica ta jest nieznaczna, mogła być spowodowana nie wykrytymi przez nas wadami sprzętu pomiarowego.
R0 zgodnie z literaturą wynosi 100 [], przez nas otrzymany zaś 101,2 []. Jest to błąd rzędu 1%, co wskazuje na poprawne wykonanie doświadczenia.
Rp''OBL obliczono korzystając ze wzoru:
Rp=R0*(1+At+Bt2+C(t-100)t3).
Literaturowe wartości i wzory do obliczenia współczynników A, B i C zaczerpnięto ze skryptu do ćwiczenia.
Rp'OBL wyznaczono na podstawie stałych literaturowych (A, B i C). Otrzymane przez nas wielkości Rp''OBL są bliskie wartością Rp'OBL.
Czujnik termistorowy
Zależność funkcyjną ln Rt=f(1/T) przedstawia wykres, a wyniki poniższa tabela.
T |
1/T |
ln Rt |
[K] |
[1/K] |
|
299,2 |
0,00334 |
11,401 |
303,0 |
0,0033 |
11,249 |
308,0 |
0,00325 |
11,043 |
313,0 |
0,00319 |
10,845 |
318,0 |
0,00314 |
10,653 |
323,0 |
0,0031 |
10,466 |
328,0 |
0,00305 |
10,282 |
333,0 |
0,003 |
10,102 |
338,0 |
0,00296 |
9,928 |
343,0 |
0,00292 |
9,758 |
348,0 |
0,00287 |
9,596 |
353,0 |
0,00283 |
9,433 |