Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocławska
Fizyka dla elektroników 2
Nr ćwiczenia:	Temat:
20	Skalowanie termopary i wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu
Termin zajęć	Prowadzący	Sprawozdanie wykonał	Ocena
Wt., 23 III 2010 Godz. 15.15-16.45	Dr inż. Ewa Oleszkiewicz	Andrzej Głowacki 163968

1. Cel ćwiczenia

Poznanie zjawisk termoelektrycznych oraz przykładów ich zastosowań, a w szczególności zapoznanie się z budową, zasadą działania i pomiarem temperatury za pomocą termopary oraz wyznaczenie temperatury krzepnięcia stopu.

2. Spis przyrządów

• Kuchenka elektryczna

• Termometr cyfrowy (rozdzielczość 0,1 °C)

• Naczynie do podgrzewania wody

• Termos

• Termopara

• Tygiel ze stopem Wooda

• Stoper

3. Wyniki i opracowanie pomiarów

(błędy bezwzględne były przybliżane do pierwszej cyfry znaczącej w górę, o ile wstępne przybliżenie nie zmieniało ich wartości o więcej niż 10% - w przeciwnym wypadku do dwóch cyfr znaczących)

1. Skalowanie termopary

Tabela 1 - Wyniki pomiarów dotyczących skalowania termopary

[ ]	[ ]	[mV]	[mV]
20,0	±1,0	0,584	±0,008
22,0	±1,0	0,670	±0,009
24,0	±1,0	0,757	±0,010
26,0	±1,0	0,796	±0,010
28,0	±1,0	0,884	±0,011
30,0	±1,0	0,922	±0,012
32,0	±1,0	1,025	±0,013
34,0	±1,0	1,134	±0,014
36,0	±1,0	1,205	±0,015
38,0	±1,0	1,318	±0,016
40,0	±1,0	1,371	±0,016
42,0	±1,0	1,447	±0,017
44,0	±1,0	1,545	±0,018
46,0	±1,0	1,62	±0,02
48,0	±1,0	1,73	±0,02
50,0	±1,0	1,805	±0,021
52,0	±1,0	1,909	±0,022
54,0	±1,0	1,967	±0,022
56,0	±1,0	2,051	±0,023
58,0	±1,0	2,159	±0,024
60,0	±1,0	2,202	±0,025
62,0	±1,0	2,298	±0,025
64,0	±1,0	2,392	±0,026
66,0	±1,0	2,486	±0,027
68,0	±1,0	2,60	±0,03
70,0	±1,0	2,68	±0,03
72,0	±1,0	2,80	±0,03
74,0	±1,0	2,858	±0,031
76,0	±1,0	2,953	±0,032
78,0	±1,0	3,059	±0,033
80,0	±1,0	3,131	±0,034
82,0	±1,0	3,218	±0,035
84,0	±1,0	3,312	±0,036
86,0	±1,0	3,390	±0,036
88,0	±1,0	3,49	±0,04
90,0	±1,0	3,57	±0,04

Oznaczenia:

- temperatura podgrzewanej wody

- napięcie na spojeniach termopary

- współczynnik termoelektryczny termopary

0,03780	±0,00036

Przedstawienie wyników na wykresie:

Wykorzystane wzory i przykładowe obliczenia:

Niepewność pomiaru temperatury wyznaczona została zgodnie ze specyfikacją przyrządu.

Błąd pomiaru napięcia wyznaczony został jako
, przykładowo:
.

Współczynnik termoelektryczny termopary i jego niepewność zostały wyznaczone metodą regresji liniowej, dla prostej postaci
.

2. Wyznaczenie temperatury krzepnięcia stopu Wooda

Tabela 2 - Wyniki pomiarów dotyczących krzepnięcia stopu Wooda

[s]	[mV]	[mV]		[s]	[mV]	[mV]		[s]	[mV]	[mV]
20	3,197	±0,034			520	2,099		±0,023		1020	1,481	±0,017
40	2,900	±0,032			540	2,093		±0,023		1040	1,476	±0,017
60	2,75	±0,03			560	1,969		±0,022		1060	1,466	±0,017
80	2,70	±0,03			580	1,916		±0,022		1080	1,457	±0,017
100	2,59	±0,03			600	1,868		±0,021		1100	1,452	±0,017
120	2,57	±0,03			620	1,831		±0,021		1120	1,444	±0,017
140	2,62	±0,03			640	1,80		±0,02		1140	1,437	±0,017
160	2,55	±0,03			660	1,76		±0,02		1160	1,432	±0,017
180	2,54	±0,03			680	1,74		±0,02		1180	1,424	±0,017
200	2,525	±0,028			700	1,71		±0,02		1200	1,419	±0,017
220	2,525	±0,028			720	1,69		±0,02		1220	1,415	±0,017
240	2,523	±0,028			740	1,67		±0,02		1240	1,408	±0,017
260	2,517	±0,028			760	1,71		±0,02		1260	1,404	±0,017
280	2,511	±0,028			780	1,63		±0,02		1280	1,400	±0,017
300	2,500	±0,028			800	1,61		±0,02		1300	1,395	±0,016
320	2,488	±0,027			820	1,66		±0,02		1320	1,391	±0,016
340	2,474	±0,027			840	1,586		±0,018		1340	1,386	±0,016
360	2,459	±0,027			860	1,569		±0,018		1360	1,382	±0,016
380	2,441	±0,027			880	1,553		±0,018		1380	1,376	±0,016
400	2,419	±0,027			900	1,541		±0,018		1400	1,372	±0,016
420	2,458	±0,027			920	1,593		±0,018		1420	1,368	±0,016
440	2,359	±0,026			940	1,518		±0,018
460	2,316	±0,026			960	1,505		±0,018
480	2,307	±0,026			980	1,562		±0,018
500	2,178	±0,024			1000	1,489		±0,017

[mV]	[mV]	[ ]	[ ]	[%]
2,50	±0,08	66	±3	±4,6

Oznaczenia:

- czas

- napięcie na spojeniach termopary

- napięcie na spojeniach termopary, przy którym nastąpił proces krzepnięcia

- temperatura krzepnięcia

Wykorzystane wzory i przykładowe obliczenia:

Błąd pomiaru napięcia, wyznaczony został podobnie jak dla skalowania termopary.

Napięcie, przy którym nastąpił proces krzepnięcia zostało wyznaczone jako napięcie środkowe przedziału powolnych zmian napięcia (płaski obszar na wykresie). Graniczne punkty tego przedziału to 2,57 mV (120 s) oraz 2,419 mV (400 s) - wartości te oraz wartość
zaznaczone zostały na wykresie.

Temperatura krzepnięcia wyznaczona została na podstawie wyliczonego wcześniej współczynnika termoelektrycznego termopary:
, zatem jej niepewność (wyliczona metodą różniczki zupełnej) jest równa:
.

Przedstawienie wyników na wykresie:

4. Wnioski

Wyznaczona metodą regresji liniowej prosta aproksymująca współczynnik termoelektryczny termopary nieznacznie odbiega od granicznych punktów pomiarowych, co jest związane z tym, że punkty pomiarowe wyznaczają prostą
- czyli prostą nie przechodzącą przez początek układu współrzędnych. Świadczy to o tym, iż temperatura odniesienia nie wynosiła
, lecz nieco ponad. Różnica była jednak niewielka i nie wpłynęło to znacząco na pomiary.

Można się spodziewać, że wyznaczona na drodze pomiarów temperatura krzepnięcia stopu Wooda (
) jest wynikiem poprawnym - pokrywa się ona w znacznej mierze z tym, co podają tablice chemiczne (
). Ostateczny wynik obarczony jest stosunkowo dużym błędem względnym, co jest związane z niemożliwością wskazania dokładnego momentu krzepnięcia - za przedział niepewności napięcia (na spojeniach termopary), przy którym zachodził proces krzepnięcia, przyjmuje się przedział powolnych zmian napięcia.

5

---