lab30samson, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki


Szymon Łuczak Wrocław

Nr indeksu: 124676 20 X 2003 r.

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

„Pomiar temperatury pirometrem” - sprawozdanie z ćwiczenia nr 30.

Sprawdzający:

mgr Andrzej Andruchów

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pirometrią optyczną, która jest jedną z metod bezstykowego pomiaru temperatury w zakresie od 800°C do 2500°C.

2.Wprowadzenie teoretyczne

Każde ciało znajdujące się w temperaturze wyższej niż 0 K jest źródłem promieniowania termicznego, wywołanego ruchem cieplnym cząsteczek i atomów. W momencie osiągnięcia temperatury 950 K zaczyna emitować promieniowanie widzialne- początkowo tylko czerwoną część widma, które następnie stopniowo się rozszerza, tak aby przy 1800 K objąć cały zakres widzialny. Promieniowanie może być przez ciało odbite, pochłonięte lub przepuszczone. Ta cech ciała nazywana jest absorpcją promieniowania. Wyjątkiem jest w tym wypadku ciało doskonale czarne, którego współczynnik absorpcji wynosi 1 (czyli ciało doskonale czarne pochłania całe padające na nie promieniowanie.

Inną wielkością występującą w badanym zjawisku jest emitancja - czyli moc wypromieniowania na jednostkę powierzchni.

Emitancję ciała doskonale czarnego określił Planck wyznaczając wzór:

E(λ, T) = C1λ-5[(exp(C2/λ2))-1]-1 gdzie:

C1 = 3,74*10-16 [W*m2]

C2 = 1,44*10-2 [m*K]

Przekształcając wzór Planck`a, Boltzman odkrył, że emitancja ciała doskonale czarnego zależy od temperatury:

E(T) = σ*T4 gdzie:

σ = 5,67*10-8 [Wm-2*K-4]

Metody pomiaru temperatury ciał rzeczywistych polegające na porównaniu ich emitancji lub barwy z emitancją lub barwą ciała doskonale czarnego noszą nazwę pirometrii. Przyrządy służące do pomiaru wysokich temperatur, wykorzystujące powyższą własność noszą nazwę pirometrów. Na zajęciach laboratoryjnych korzystaliśmy z pirometru optycznego monochromatycznego z zanikającym włóknem. Obserwator patrzący przez okular, w którym znajduje się filtr przepuszczający tylko promieniowanie o barwie czerwonej widzi włókno żarówki na tle obrazu badanego ciała. Emitancję włókna pirometru mogliśmy zmieniać. Włókno żarówki mogło być:

W chwili gdy zanikało ono na tle włókna badanej żarówki, dokonywaliśmy odczytu ze skali pirometru-odczytana wartość stanowiła temperaturę czarną włókna badanej żarówki.

3.Przebieg pomiarów

4. Układ pomiarowy

0x01 graphic

Schemat układu pomiarowego.

W skład zestawu do pomiaru temperatury pirometrem wchodzą:

5.Tabele pomiarowe

Tabele zawierają już kompletne dane schemat i tok obliczeń przedstawiłem w podpunktach 6 i 7.

Tabela z wynikami dla 10 pomiarów przy U=1 [V]

zakres I

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

T

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

930

-15

1203

1257

970

1243

2

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

900

15

1173

1224

940

1213

3

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

910

5

1183

1235

950

1223

4

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

911

4

1184

1236

951

1224

5

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

928

-13

1201

1255

968

1241

6

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

908

7

1181

1233

948

1221

7

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

922

-7

1195

1248

962

1235

8

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

899

16

1172

1223

939

1212

9

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

930

-15

1203

1257

950

1223

10

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

908

7

1181

1233

948

1221

 

 

 

 

 

 

915

Trz śr [°K]

1240

błąd względny temperatury E

1,05%

σ śr [°K]

13

Tabela z wynikami dla jednego pomiaru przy U=2 [V]

zakres I

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

σ

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

2

0,15

1,65

0,038

3,3

0,323

9,77%

1280

10

1553

1646

1360

1633

Tabela z wynikami dla jednego pomiaru przy U=3 [V]

zakres II

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

σ

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

3

0,15

2,02

0,038

6,06

0,416

6,86%

1871

20

2144

2333

2050

2323

Tabela z wynikami dla 10 pomiarów przy U=4 [V]

zakres II

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

T

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1902

7

2175

2370

2070

2343

2

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1910

-1

2183

2379

2070

2343

3

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1893

16

2166

2359

2060

2333

4

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1895

14

2168

2361

2060

2333

5

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1930

-21

2203

2403

2090

2363

6

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1925

-16

2198

2397

2090

2363

7

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1916

-7

2189

2387

2080

2353

8

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1905

4

2178

2373

2070

2343

9

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1899

10

2172

2366

2070

2343

10

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1919

-10

2192

2390

2080

2353

 

 

 

 

 

 

 

1909

Trz śr [°K]

2379

 

błąd względny temperatury E

0,64%

σ śr [°K]

15

Tabela z wynikami dla jednego pomiaru przy U=5 [V]

zakres III

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

σ

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

5

0,15

2,62

0,038

13,1

0,581

4,43%

2150

50

2423

2671

2360

2633

Tabela z wynikami dla 10 pomiarów przy U=6 [V]

zakres III

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

T

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2330

6

2603

2895

2600

2873

2

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2360

-24

2633

2932

2630

2903

3

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2320

16

2593

2882

2600

2873

4

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2330

6

2603

2895

2600

2873

5

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2350

-14

2623

2920

2620

2893

6

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2340

-4

2613

2907

2610

2883

7

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2350

-14

2623

2920

2620

2893

8

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2320

16

2593

2882

2600

2873

9

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2340

-4

2613

2907

2610

2883

10

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2320

16

2593

2882

2600

2873

 

 

 

 

 

 

 

2336

Trz śr [°K]

2902

 

błąd względny temperatury E

0,62%

σ śr [°K]

18

Tabela z wynikami dla jednego pomiaru przy U=7 [V]

zakres III

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

σ

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

7

0,15

3,1

0,038

21,7

0,728

3,35%

2450

50

2723

3046

2800

3073

Tabela z wynikami dla jednego pomiaru przy U=8 [V]

zakres III

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

σ

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

8

0,15

3,33

0,038

26,64

0,800

3,00%

2960

50

3233

3714

3450

3723

Tabela z wynikami dla 10 pomiarów przy U=9 [V]

zakres III

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

T

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3160

5

3433

3987

3700

3973

2

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3170

-5

3443

4001

3700

3973

3

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3200

-35

3473

4043

3720

3993

4

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3150

15

3423

3974

3700

3973

5

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3160

5

3433

3987

3700

3973

6

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3180

-15

3453

4015

3710

3983

7

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3150

15

3423

3974

3700

3973

8

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3170

-5

3443

4001

3710

3983

9

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3150

15

3423

3974

3700

3973

10

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,870

2,72%

3160

5

3433

3987

3700

3973

 

 

 

 

 

 

 

3165

Trz śr [°K]

3994

 

błąd względny temperatury E

0,55%

σ śr [°K]

22

Tabela z wynikami dla jednego pomiaru przy U=10 [V]

zakres III

Wzór

Nomogram

Lp.

U [V]

U [V]

I [A]

 [A]

P [W]

P [W]

Ep [%]

Tcz [°C]

σ

Tcz [°K]

Trz [°K]

Trz [°C]

Trz [°K]

1

10

0,15

3,77

0,038

37,7

0,941

2,49%

3480

50

3753

4440

4200

4473

Tabela zbiorcza zawierająca wszystkie dane pomiarowe i obliczeniowe.

zak

U [V]

ΔU [V]

I [A]

ΔI [A]

P [W]

ΔP [W]

Ep [%]

śrTcz [°C]

śrTrz [°K]

σ [°K]

E [%]

Nomog. [°K]

I

1

0,15

1,2

0,038

1,2

0,218

18,13%

915

1240

13

1,05%

1226

I

2

0,15

1,65

0,038

3,3

0,323

9,77%

1280

1646

10

0,61%

1633

II

3

0,15

2,02

0,038

6,06

0,416

6,86%

1871

2333

20

0,86%

2323

II

4

0,15

2,35

0,038

9,4

0,503

5,35%

1909

2379

15

0,64%

2347

III

5

0,15

2,62

0,038

13,1

0,581

4,43%

2150

2671

50

1,87%

2633

III

6

0,15

2,85

0,038

17,1

0,653

3,82%

2336

2902

18

0,62%

2882

III

7

0,15

3,1

0,038

21,7

0,728

3,35%

2450

3046

50

1,64%

3073

III

8

0,15

3,33

0,038

26,64

0,8

3,00%

2960

3714

50

1,35%

3723

III

9

0,15

3,55

0,038

31,95

0,87

2,72%

3165

3994

22

0,55%

3977

III

10

0,15

3,77

0,038

37,7

0,941

2,49%

3480

4440

50

1,13%

4473

Oznaczenia w tabelkach:

Zakres - zakres pirometru

U - napięcie [V]

ΔU - błąd pomiaru napięcia [V]

I - natężenie [A]

ΔI - błąd pomiaru natężenia [A]

P - moc [W]

ΔP - błąd bezwzględny pomiaru mocy [W]

Ep - błąd względny pomiaru mocy [%]

Tcz - temperatura czarna odczytana z pirometru [°C]

ΔT - błąd bezwzględny odczytanej temperatury [°]

Tcz - temperatura czarna odczytana z pirometru [°K]

Trz - temperatura rzeczywista wyliczona ze wzoru(3) [°K]

Tcz - temperatura rzeczywista odczytana z nomogramu [°C]

Trz - temperatura rzeczywista odczytana z nomogramu [°K]

E - błąd względny temperatury [%]

Trz śr - średnia temperatura rzeczywista [°K]

σ śr - średni błąd kwadratowy [°K]

σ - niepewność temperatury czarnej

Nomog. - średnia temperatura rzeczywista odczytana z nomogramu [°K]

0x01 graphic

Obliczenie współczynników regresji liniowej y=Ax+B

Wyznaczone wartości regresji A=79,56 ;B=1499

6.Obliczenia danch wielkości.

Przykładowe obliczenia dla U=1 [V], I=1,2 [A] i Tcz=930 [°C]:

- przeliczenie temperatury na stopnie Kelwina:

Tcz[°C] + 273° = Tcz[°K]

930° + 273° = 1203°K = 930°C

- obliczenie Trz [°K] ze wzoru:

1/Trz = 1/Tcz + (λ/C2)*lnA(λ, Tcz) gdzie:

Trz - temperatura rzeczywista ciała [°K]

Tcz - temperatura czarna ciała [°K]

C2 = 1,44*10-2 [mK]

A(λ, T)- monochromatyczny współczynnik widmowy,

dla wolframu = 0,4752-2*10-5*Tcz

Trz = [(1/Tcz)+(λ/C2)lnA(Tcz)]-1 = [(1/1203)+(0x01 graphic
)*ln(0,4752-2*10-5*1203) Trz = 1257 [°K]

- obliczenie mocy P:

P = U*I = 1*1,2 = 1,2 [W]

Podobne obliczenia wykonuje się dla każdego pomiaru.

7.Obliczenie błędów pomiarów.

Wyznaczenie błędów pomiaru napięcia (ΔU) i natężenia (ΔI).

Mamy dane:

Klasa woltomierza: 1,5% , Zakres woltomierza: 10 [V]

Klasa amperomierza: 0,5% , Zakres amperomierza: 7,5 [A]

ΔU = (kl.wolt.*zakres.wolt)/100 = 15/100 = 0,15 [V]

ΔI = (kl.amper.*zakres.amper)/100 = 3,75/100 = 0,038 [A]

Wyznaczenie błędu pomiaru mocy (z różniczki zupełnej)

np.

ΔP = (ΔI*U)+(ΔU*I) = (0,038*1)+(0,15*1,2) = 0,218 [W]

Wyznaczenie błędu względnego pomiaru mocy:

Ep = (ΔPi / Pi)*100% = (0,218/1,2)*100% = 18,13 [%]

Wyznaczenie błędu bezwzględnego poszczególnych pomiarów temperatuty:

ΔT = Tśr - Ti

Wyznaczenie średniego błędu kwadratowego:

0x01 graphic

Obliczenie błędu względnego temperatury:

E = (σ / Tśr)*100%

8.Wnioski.

Błędy pomiarów mocy wynikają z klasy dokładności woltomierza i amperomierza, (najmniej dokładny jest woltomierz).

Natomiast błędy pomiaru temperatury wynikają z niedoskonałości pirometru, subiektywnej oceny badającego barwę, oraz niedokładną podziałką pirometru w III zakresie.

Wyniki otrzymane z przeliczeń temperatury czarnej na rzeczywistą są zbliżone do wyników otrzymanych przy przeliczeniu za pomocą nomogramu.

Wykres zależności temperatury włókna żarówki od pobieranej mocy jest zbliżony przebiegiem do funkcji logarytmicznej „ln”. Z wykresu można wywnioskować, że temperatura wzrasta szybko przy mniejszym poborze mocy, natomiast w późniejszej fazie wzrost temperatury o nieznaczną wartość powoduje znaczny wzrost pobranej mocy. Wynika z tego, że najbardziej korzystnie jest stosować żarówkę na poziomie „przegięcia wykresu”.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
spr z fizy100b, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
ćw. 10, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
spr z fizy52b, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
31 202015 sprawko fizyka, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki
Ćw 100, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
45 - pomiar rezystancji metodą mostka liniowego Wheatstone'a, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 labor
75, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
spr z fizy, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
spr20, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
spr z fizy100b, PWR- IŚ, Rok 1, Fizyka, Fizyka 2 laborki, laborki (informatyka i zarzadzanie)
fiele25, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Lab
Pomia napięcia powierzchniowego, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, spr
fiele15, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Lab
Sprawozdanie 81, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizy
Sprawozdanie nr12, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fi
Sprawozdanie nr43 fizyka, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdan
Sprawozdanie 12, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizy
Sprawozdanie 57c, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fiz

więcej podobnych podstron