Prowadzący : mgr G. Sęk	Nr ćwiczenia 30
Wydział elektroniki	Temat : Pomiar temperatury pirometrem .	OCENA
Data : 25 IV 2000

1. Pomiary

1. Zestaw przyrządów:

• pirometr optyczny,

• zasilacz P340 (z woltomierzem),

• żarówka halogenowa 55W (12V),

• amperomierz prądu stałego.

2. Regulacja układu optycznego pirometru

Pirometr został ustawiony w odległości około
od badanego obiektu. Ustawiamy „ostry” obraz włókna żarówki pirometru, później skierowujemy obiektyw pirometru na włókno badanej żarówki i uzyskujemy „ostry” obraz badanego włókna.

3. Przebieg pomiarów

Zmieniając dostarczaną moc
do badanej żarówki wykonano pomiary temperatury czarnej
dla 9 różnych mocy. Wyniki przedstawione są w tabelach poniżej.

Pomiary dla temperatury w dolnej części zakresu pomiarowego ,dla trzech różnych mocy, powtórzone 10 razy.

P₁ = U_z * I_z = 1,4 [V] * 1,35 [A] = 1,89 [W]

P₂ = U_z * I_z = 2,0 [V] * 1,55 [A] = 3,10 [W]

P₃ = U_z * I_z = 3,0 [V] *1,95 [A] = 5,85 [W]

Pomiar dla P₁.

Uz = 1,40 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 1,350 [A] ΔIz = 0,008 [A]
P1 = 1,89 [W] ΔP1 = 0,22 [W]
L.p.
1	900	1173	1225	952
2	920	1193	1246	973
3	910	1183	1235	962
4	910	1183	1235	962
5	900	1173	1225	952
6	900	1173	1225	952
7	920	1193	1246	973
8	910	1183	1235	962
9	910	1183	1235	962
10	920	1193	1246	973
Średnia	910	1183	1235	962
Odch.st. Poj.pom	8	8	9	9
Odch.st. Śr.aryt.	3	3	3	3

Uz = 2,00 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 1,550 [A] ΔIz = 0,015 [A]
P1 = 3,10 [W] ΔP1 = 0,26 [W]
L.p.
1	1090	1363	1434	1161
2	1120	1393	1467	1194
3	1110	1383	1456	1183
4	1130	1403	1478	1205
5	1120	1393	1467	1194
6	1110	1383	1456	1183
7	1110	1383	1456	1183
8	1120	1393	1467	1194
9	1100	1373	1445	1172
10	1100	1373	1445	1172
Średnia	1111	1384	1457	1184
Odch.st. Poj.pom	12	12	13	13
Odch.st. Śr.aryt.	4	4	4	4

Uz = 3,00 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 1,950 [A] ΔIz = 0,015 [A]
P1 = 5,85 [W] ΔP1 = 0,34 [W]
L.p.
1	1320	1593	1692	1419
2	1320	1593	1692	1419
3	1330	1603	1703	1430
4	1310	1583	1681	1408
5	1330	1603	1703	1430
6	1320	1593	1692	1419
7	1310	1583	1681	1408
8	1330	1603	1703	1430
9	1320	1593	1692	1419
10	1310	1583	1681	1408
Średnia	1320	1593	1692	1419
Odch.st. Poj.pom	8	8	9	9
Odch.st. Śr.aryt.	3	3	3	3

Pomiary dla temperatury w środkowej części zakresu pomiarowego ,dla trzech różnych mocy, powtórzone 10 razy.

Uz = 4,00 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 2,200 [A] ΔIz = 0,015 [A]
P1 = 8,8 [W] ΔP1 = 0,4 [W]
L.p.
1	1510	1783	1909	1636
2	1470	1743	1863	1590
3	1490	1763	1886	1613
4	1530	1803	1932	1659
5	1530	1803	1932	1659
6	1490	1763	1886	1613
7	1530	1803	1932	1659
8	1510	1783	1909	1636
9	1500	1773	1898	1625
10	1510	1783	1909	1636
Średnia	1507	1780	1906	1633
Odch.st. Poj.pom	20	20	23	23
Odch.st. Śr.aryt.	6	6	7	7

Uz = 6,00 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 2,750 [A] ΔIz = 0,015 [A]
P1 = 16,50 [W] ΔP1 = 0,51 [W]
L.p.
1	1780	2053	2225	1952
2	1800	2073	2249	1976
3	1820	2093	2273	2000
4	1790	2063	2237	1964
5	1820	2093	2273	2000
6	1830	2103	2284	2011
7	1780	2053	2225	1952
8	1920	2093	2273	2000
9	1810	2083	2261	1988
10	1780	2053	2225	1952
Średnia	1803	2076	2252	1979
Odch.st. Poj.pom	20	20	23	23
Odch.st. Śr.aryt.	6	6	7	7

Uz = 7,00 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 3,00 [A] ΔIz = 0,04 [A]
P1 = 21,0 [W] ΔP1 = 0,8 [W]
L.p.
1	1910	2183	2380	2107
2	1880	2153	2344	2071
3	1890	2163	2356	2083
4	1910	2183	2380	2107
5	1880	2153	2344	2071
6	1900	2173	2368	2095
7	1890	2163	2356	2083
8	1930	2203	2404	2131
9	1900	2173	2368	2095
10	1920	2193	2392	2119
Średnia	1901	2174	2369	2096
Odch.st. Poj.pom	17	17	20	20
Odch.st. Śr.aryt.	6	6	7	7

Pomiary dla temperatury w górnej części zakresu pomiarowego ,dla trzech różnych mocy, powtórzone 10 razy.

Uz = 8,50 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 3,40 [A] ΔIz = 0,04 [A]
P1 = 28,9 [W] ΔP1 = 0,9 [W]
L.p.
1	2050	2323	2549	2276
2	2000	2273	2489	2216
3	1950	2223	2428	2155
4	2000	2273	2489	2216
5	2000	2273	2489	2216
6	2050	2323	2549	2276
7	1950	2223	2428	2155
8	1950	2223	2428	2155
9	2000	2273	2489	2216
10	2050	2323	2549	2276
Średnia	2000	2273	2489	2216
Odch.st. Poj.pom	41	41	49	49
Odch.st. Śr.aryt.	13	13	16	16

Uz = 9,50 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 3,60 [A] ΔIz = 0,04 [A]
P1 = 34 [W] ΔP1 = 1 [W]
L.p.
1	2200	2473	2734	2461
2	2150	2423	2672	2399
3	2200	2473	2734	2461
4	2200	2473	2734	2461
5	2250	2523	2796	2523
6	2150	2423	2672	2399
7	2200	2473	2734	2461
8	2250	2523	2796	2523
9	2200	2473	2734	2461
10	2150	2423	2672	2399
Średnia	2195	2468	2727	2454
Odch.st. Poj.pom	37	37	46	46
Odch.st. Śr.aryt.	12	12	14	14

Uz = 10,00 [V] ΔUz = 0,15 [V]
Iz = 3,70 [A] ΔIz = 0,04 [A]
P1 = 37 [W] ΔP1 = 1 [W]
L.p.
1	2250	2523	2796	2523
2	2250	2523	2796	2523
3	2300	2573	2858	2585
4	2250	2523	2796	2523
5	2300	2573	2858	2585
6	2200	2473	2734	2461
7	2250	2523	2796	2523
8	2300	2573	2858	2585
9	2250	2523	2796	2523
10	2250	2523	2796	2523
Średnia	2260	2533	2808	2535
Odch.st. Poj.pom	32	32	39	39
Odch.st. Śr.aryt.	10	10	12	12

Przykładowe obliczenia:

Dla
i
mamy:

Ostatecznie

Temperaturę rzeczywistą:

Dla
mamy:

Stąd:

Tabela poniższa przedstawia zależność temperatury rzeczywistej włókna żarówki od pobieranej mocy . Błąd pomiaru pobieranej mocy wyznaczyłem z klasy mierników elektrycznych , natomiast błąd wyznaczenia temperatury rzeczywistej włókna żarówki wyznaczyłem jako długość przedział ufności , który otrzymałem poprzez pomnożenie odchylenia standardowego z średniej arytmetycznej przez współczynnik Studenta dla dziesięciu pomiarów i poziomu ufności równemu 0,9973 ( który jest równy 4,094 ) .

L.p.
1	1,40	0,15	1,35	0,01	1,89	0,22	1235	13
2	2,00	0,15	1,55	0,02	3,10	0,26	1457	17
3	3,00	0,15	1,95	0,02	5,85	0,34	1692	13
4	4,00	0,15	2,20	0,02	8,8	0,4	1906	29
5	6,00	0,15	2,75	0,02	16,50	0,51	2252	29
6	7,00	0,15	3,00	0,04	21,0	0,8	2369	29
7	8,50	0,15	3,40	0,04	28,9	0,9	2489	66
8	9,50	0,15	3,60	0,04	34	1	2727	58
9	10,00	0,15	3,70	0,04	37	1	2808	50

Poniżej został umieszczony wykres przedstawiający zależność temperatury rzeczywistej włókna żarówki od pobieranej mocy .

Wykres przedstawia zależność temperatury rzeczywistej
włókna żarówki w zależności od dostarczanej mocy
. Na wykresie zostały zaznaczone pola błędów.

2. Wnioski

1. Na podstawie wykresu widać, że temperatura rzeczywista rośnie logarytmicznie wraz ze wzrostem dostarczanej mocy. Stąd wniosek: najlepiej wykorzystywać żarówkę dostarczając jej około 10W - 15W mocy. Powyżej 15W mamy coraz mniejszy przyrost temperatury.

2. Błędy trzeciego zakresu są największe, ponieważ skala podziałki pirometru była najmniej szczegółowa. Błąd temperatury jest to przedział ufności uzyskany przez przemnożenie przez siebie wartości odchylenia standardowego średniej arytmetycznej i wartości współczynnika Studenta dla dziesięciu pomiarów i poziomu ufności 0,9973. Natomiast błąd mocy został policzony za pomocą różniczki logarytmicznej.

3. Pomiar temperatury pirometrem jest pomiarem subiektywnym (wizualnym), ponieważ pomiary były oparte na obserwacjach wzrokowych (porównanie). Dokładniejszą metodą byłaby obiektywna - cechuje ją lepsza dokładność, szybkość pomiaru, możliwość zastosowania urządzeń cyfrowych.

---