Krzysztof Werbiński 13.10.97

Temat: Skalowanie termopary, oraz badanie temperatury krzepnięcia stopu

Cel ćwiczenia:

1) wyznaczenie siły termoelektrycznej w zależności od różnicy temperatur

spoin termopary (cechowanie termopary);

2) wyznaczenie temperatury krzepnięcia stopu metalu.

Część teoretyczna ( opis zjawiska fizycznego ).

Zjawisko termoelektryczne polega na powstawaniu siły elektromotorycznej miedzy spoinami dwóch różnych metali, jeśli miedzy tymi spojeniami występuje różnica temperatur. Zjawisko to wykorzystuje się do pomiaru temperatury. SEM powoduje przepływ prądu (
,
{napięcie kontaktowe} ) ;nazywamy ja siła termoelektryczna. Jej wartość zależy od rodzaju stykających się metali oraz od różnicy temperatur spojeń. W praktyce do pomiaru siły termoelektrycznej stosuje się miernik, którego zaciski, przewody doprowadzające oraz sam ustrój pomiarowy mogą być wykonane z innych metali niż termopara. Jeżeli w obwód termopary włączymy inne przewodniki, tak aby dodatkowe spojenia miały ta sama temperaturę, to siła termoelektryczna nie ulegnie zmianie ( jest to tzw. "prawo trzeciego metalu" ). Zwykle jako temperaturę odniesienia przyjmuje się temperaturę 273 K, która łatwo uzyskać wykorzystując mieszaninę wody z lodem. Aby zabezpieczyć te mieszaninę przed poborem ciepła z otoczenia, umieszcza się ja wewnątrz naczynia Devara (w termosie).

Część doświadczalna

1. Spis przyrządów:

• Kuchenka lektryczna

• Digital multimeter VC20 pracujący jako miliwoltomierz

• Dwa termometry

• Termopara

• Stop Wooda

2. Tabele pomiarowe:

1. Tabela dla skalowania termopary:

T	U	współczynnik „k”	średnie „k”	średnie odchylenie kwadratowe
[C°]	[mV]	[C°/mV]	[C°/mV]
22	0,797	27,604	24,904	0,492
24	0,875	27,429	24,904	0,492
26	0,962	27,027	24,904	0,492
28	1,041	26,897	24,904	0,492
30	1,127	26,619	24,904	0,492
32	1,212	26,403	24,904	0,492
34	1,295	26,255	24,904	0,492
36	1,382	26,049	24,904	0,492
38	1,469	25,868	24,904	0,492
40	1,557	25,690	24,904	0,492
42	1,641	25,594	24,904	0,492
44	1,73	25,434	24,904	0,492
46	1,819	25,289	24,904	0,492
48	1,908	25,157	24,904	0,492
50	1,997	25,038	24,904	0,492
52	2,09	24,880	24,904	0,492
54	2,176	24,816	24,904	0,492
56	2,263	24,746	24,904	0,492
58	2,35	24,681	24,904	0,492
60	2,438	24,610	24,904	0,492
62	2,526	24,545	24,904	0,492
64	2,615	24,474	24,904	0,492
66	2,705	24,399	24,904	0,492
68	2,791	24,364	24,904	0,492
70	2,881	24,297	24,904	0,492
72	2,973	24,218	24,904	0,492
74	3,061	24,175	24,904	0,492
76	3,155	24,089	24,904	0,492
78	3,244	24,044	24,904	0,492
80	3,339	23,959	24,904	0,492
82	3,427	23,928	24,904	0,492
84	3,523	23,843	24,904	0,492
86	3,616	23,783	24,904	0,492
88	3,717	23,675	24,904	0,492
90	3,811	23,616	24,904	0,492
92	3,907	23,547	24,904	0,492
94	4,002	23,488	24,904	0,492
96	4,101	23,409	24,904	0,492
98	4,2	23,333	24,904	0,492

2. Tabela dla pomiaru krzepnięcia stopu:

czas	nap	k	T
[s]	[mV]	[C°/mV]	[C°]
0	4,401	24,904	109,603
20	4,213	24,904	104,921
40	3,897	24,904	97,051
60	3,583	24,904	89,231
80	3,343	24,904	83,254
100	3,361	24,904	83,702
120	3,005	24,904	74,837
140	2,857	24,904	71,151
160	2,749	24,904	68,461
180	2,686	24,904	66,892
200	2,655	24,904	66,120
220	2,648	24,904	65,946
240	2,656	24,904	66,145
260	2,665	24,904	66,369
280	2,67	24,904	66,494
300	2,674	24,904	66,593
320	2,677	24,904	66,668
340	2,67	24,904	66,494
360	2,66	24,904	66,245
380	2,649	24,904	65,971
400	2,636	24,904	65,647
420	2,618	24,904	65,199
440	2,595	24,904	64,626
460	2,566	24,904	63,904
480	2,53	24,904	63,007
500	2,472	24,904	61,563
520	2,387	24,904	59,446
540	2,311	24,904	57,553
560	2,242	24,904	55,835
580	2,184	24,904	54,390
600	2,129	24,904	53,021
620	2,083	24,904	51,875
640	2,042	24,904	50,854
660	2,001	24,904	49,833
680	1,966	24,904	48,961
700	1,935	24,904	48,189
720	1,906	24,904	47,467
740	1,877	24,904	46,745
760	1,851	24,904	46,097
780	1,823	24,904	45,400
800	1,798	24,904	44,777
820	1,776	24,904	44,230
840	1,757	24,904	43,756
860	1,738	24,904	43,283
880	1,719	24,904	42,810
900	1,7	24,904	42,337
920	1,685	24,904	41,963
940	1,669	24,904	41,565
960	1,652	24,904	41,141
980	1,639	24,904	40,818
1000	1,623	24,904	40,419
1020	1,607	24,904	40,021
1040	1,594	24,904	39,697
1060	1,582	24,904	39,398
1080	1,569	24,904	39,074
1100	1,558	24,904	38,800
1120	1,546	24,904	38,502
1140	1,535	24,904	38,228
1160	1,521	24,904	37,879
1180	1,51	24,904	37,605
1200	1,498	24,904	37,306
1220	1,488	24,904	37,057
1240	1,478	24,904	36,808
1260	1,471	24,904	36,634
1280	1,464	24,904	36,459
1300	1,456	24,904	36,260
1320	1,447	24,904	36,036
1340	1,439	24,904	35,837
1360	1,432	24,904	35,663
1380	1,425	24,904	35,488
1400	1,419	24,904	35,339
1420	1,412	24,904	35,164
1440	1,405	24,904	34,990
1460	1,4	24,904	34,866
1480	1,395	24,904	34,741
1500	1,39	24,904	34,617
1520	1,384	24,904	34,467
1540	1,379	24,904	34,343
1560	1,373	24,904	34,193
1580	1,3368	24,904	33,292
1600	1,363	24,904	33,944
1620	1,359	24,904	33,845
1640	1,351	24,904	33,645
1660	1,347	24,904	33,546
1680	1,342	24,904	33,421
1700	1,337	24,904	33,297
1720	1,332	24,904	33,172
1740	1,327	24,904	33,048
1760	1,322	24,904	32,923
1780	1,316	24,904	32,774
1800	1,311	24,904	32,649
1820	1,306	24,904	32,525
1840	1,301	24,904	32,400
1860	1,295	24,904	32,251
1880	1,289	24,904	32,101
1900	1,277	24,904	31,802
1920	1,262	24,904	31,429
1940	1,252	24,904	31,180
1960	1,239	24,904	30,856
1980	1,233	24,904	30,707
2000	1,229	24,904	30,607
2020	1,224	24,904	30,482
2040	1,22	24,904	30,383
2060	1,215	24,904	30,258
2080	1,21	24,904	30,134
2100	1,205	24,904	30,009
2120	1,201	24,904	29,910

3. Przykłady obliczeń i wzory:

Współczynnik termoelektryczny wyznaczyliśmy ze wzoru:

Temperaturę obliczyliśmy ze wzoru:

,

Średnie odchylenie kwadratowe:

4. Wykresy i wnioski

Z wykresu skalowania termopary można wywnioskować ze napięcie jest liniowo zależne od temperatury . Należy zwrócić uwagę, że na błąd pomiaru mógł mieć wpływ niedokładny odczyt temperatury z termometru - chodzi tu głównie o tzw. Błąd paralaksy. Z wykresu krzepnięcia stopu możemy zauważyć , że na początku temperatura spada bardzo szybko , następnie temperatura zatrzymuje się na poziomie ok. 65 C^O i w tym miejscu następuje proces krzepnięcia materiału. Temperatura nie zmienia się przy procesie krzepnięcia , ponieważ wtedy odbudowuje się siatka krystaliczna materiału i na ten proces potrzebna jest energia. Z wykresu można też zauważyć , że przy procesie krzepnięcia temperatura nieznacznie się podnosi , może być to związane z tym , że próbka podczas stygnięcia stała na metalowej podstawce , która była gorąca . Po procesie krzepnięcia następuje powolny spadek temperatury. Spadek ten jest wolniejszy i jest to związane , z tym że próbka nie ma już tak wysokiej temperatury względem otoczenia jak na początku pomiaru.Metoda pomiaru jest dobra gdyż błąd średni wynosi 0,5.Temperatura krzepnięcia stopu Wooda wynosi ......C.

7

7

---