Wzorcowanie termometrów i termopar

Podobne dokumenty
Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

Czujniki temperatur, termopary

Temat nr 3: Pomiar temperatury termometrami termoelektrycznymi

2. CHARAKTERYSTYKI TERMOMETRYCZNE TERMOELEMENTÓW I METALOWYCH OPORNIKÓW TERMOMETRYCZNYCH

CECHOWANIE TERMOELEMENTU Fe-Mo I WYZNACZANIE PUNKTU INWERSJI

Termodynamika. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki II rok inż. Pomiar temperatury Instrukcja do ćwiczenia

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

Wzorcowanie mierników temperatur Błędy pomiaru temperatury

Termodynamika. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki I rok inż. Pomiary temperatury Instrukcja do ćwiczenia

Układ pomiaru temperatury termoelementem typu K o dużej szybkości. Paweł Kowalczyk Michał Kotwica

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia II. Wyznaczanie charakterystyk statycznych czujników temperatury

Temperatura, PRZYRZĄDY DO POMIARU TEMPERATURY

PODSTAWY AUTOMATYKI I. URZĄDZENIA POMIAROWE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI. Ćwiczenie nr 1 WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH

2.1 Cechowanie termopary i termistora(c1)

Ćwiczenie 3 Czujniki temperatury

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 9. Czujniki temperatury

KONDUKCYJNA WYMIANA CIEPŁA - STYKOWY POMIAR TEMPERATURY

Termometr oporowy i termopara

Wyznaczenie współczynnika temperaturowego oporu platyny. Pomiar charakterystyki termopary miedź-konstantan. Wprowadzenie

Pomiar współczynnika przewodzenia ciepła ciał stałych

Analiza korelacyjna i regresyjna

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOSCI NIEELEKTRYCZNYCH. Instrukcja do ćwiczenia. Pomiary temperatur metodami stykowymi.

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie współczynnika oporu platyny. Pomiar charakterystyki termopary miedź-konstantan.

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

POMIAR TEMPERATURY TERMOLEMENTAMI I TERMOMETRAMI REZYSTANCYJNYMI

Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej. Wydział Podstawowych Problemów Techniki. Politechnika Wrocławska

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Ćwiczenie 1 ANALIZA TERMICZNA STOPÓW METALI *

CECHOWANIE TERMOPARY I TERMISTORA

Badanie półprzewodnikowych elementów bezzłączowych

str. 1 d. elektron oraz dziura e.

Pomiar temperatury termoelementami

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Cechowanie termopary i termistora

CHARAKTERYSTYKA PIROMETRÓW I METODYKA PRZEPROWADZANIA POMIARÓW

Podstawy fizyki wykład 6

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

POMIARY TEMPERATURY I

POMIARY CIEPLNE KARTY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH V. 2011

ĆWICZENIE 6 POMIARY REZYSTANCJI

SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE APARATURY POMIAROWEJ

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Czujniki temperatury

Ćwiczenie. Elektryczne metody pomiaru temperatury

CHARAKTERYSTYKI TERMOELEMENTY. (termopary) Wielomiany dla termoelementów, tablice, funkcje odwrotne. CZUJNIKI PLATYNOWE Pt100

teoretyczne podstawy działania

R X 1 R X 1 δr X 1 R X 2 R X 2 δr X 2 R X 3 R X 3 δr X 3 R X 4 R X 4 δr X 4 R X 5 R X 5 δr X 5

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

SKALOWANIE TERMOPARY I WYZNACZANIE TEMPERATURY KRZEPNIĘCIA STOPU

Uwaga. Łącząc układ pomiarowy należy pamiętać o zachowaniu zgodności biegunów napięcia z generatora i zacisków na makiecie przetwornika.

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

ε (1) ε, R w ε WYZNACZANIE SIŁY ELEKTROMOTOTYCZNEJ METODĄ KOMPENSACYJNĄ

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH POMIARY MASY i TEMPERATURY

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

WYBRANE ELEKTRYCZNE CZUJNIKI-PRZETWORNIKI TEMPERATURY

Pomiary Elektryczne Wielkości Nieelektrycznych Ćw. 7

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Podstawy termodynamiki

SERIA II ĆWICZENIE 2_3. Temat ćwiczenia: Pomiary rezystancji metodą bezpośrednią i pośrednią. Wiadomości do powtórzenia:

Politechnika Warszawska Instytut Techniki Cieplnej, MEiL, ZSL

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Wybrane elementy elektroniczne. Rezystory NTC. Rezystory NTC

Sprawdzian z działu: Zmiany stanu skupienia

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Ćwiczenie nr 10. Pomiar rezystancji metodą techniczną. Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z różnymi metodami pomiaru rezystancji.

Ćwiczenie nr 3 Sprawdzenie prawa Ohma.

Sprawdzanie prawa Ohma i wyznaczanie wykładnika w prawie Stefana-Boltzmanna

ALF SENSOR SPÓŁKA JAWNA

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH. Pomiary temperatur. Laboratorium miernictwa

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

ĆWICZENIE nr 5. Pomiary wielkości nieelektrycznych

FIZYKA KLASA 7 Rozkład materiału dla klasy 7 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania)

Pomiar oporu elektrycznego za pomocą mostka Wheatstone a

Ćwiczenie nr 254. Badanie ładowania i rozładowywania kondensatora. Ustawiony prąd ładowania I [ ma ]: t ł [ s ] U ł [ V ] t r [ s ] U r [ V ] ln(u r )

Ćwiczenie 1: Podstawowe parametry stanu.

Grupa: Zespół: wykonał: 1 Mariusz Kozakowski Data: 3/11/ B. Podpis prowadzącego:

1. Sporządzić tabele z wynikami pomiarów oraz wyznaczonymi błędami pomiarów dotyczących przetwornika napięcia zgodnie z poniższym przykładem

WYKONANIE ĆWICZENIA.

SYSTEMY POMIAROWE POLITECHNIKA KRAKOWSKA ZAGADNIENIA DR INŻ. JAN PORZUCZEK

Wyznaczenie współczynników przejmowania ciepła dla konwekcji wymuszonej

Ćwiczenie 4 Badanie uogólnionego przetwornika pomiarowego

Laboratorium metrologii

WYKONANIE ĆWICZENIA.

Linearyzatory czujników temperatury

mgr Anna Hulboj Treści nauczania

Eksperyment pomiary zgazowarki oraz komory spalania

Temat: POMIAR SIŁ SKRAWANIA

Ćwiczenie 2 Mostek pojemnościowy Ćwiczenie wraz z instrukcją i konspektem opracowali P.Wisniowski, M.Dąbek

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Informacje techniczne Czujniki temperatury

nastawa temperatury Sprawd zany miernik Miernik wzorcowy

KALIBRATORY SOND TEMPERATUROWYCH

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu lub ciepła właściwego wybranego ciała

ELEKTRYCZNE METODY POMIARU TEMPERATURY 48

Transkrypt:

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI Wzorcowanie termometrów i termopar - 1 -

Wstęp teoretyczny Temperatura jest jednym z parametrów określających stan termodynamiczny ciała i charakteryzuje jego stopień nagrzania. Pomiar temperatury odbywa się zwykle przez pomiar wielkości fizycznych ciała, które dają się łatwo zmierzyć i zależą od temperatury. W celu liczbowego określenia wielkości temperatury ustalono skalę temperatur zakładając, że temperatura topniejącego lodu wynosi 0 o a wrzącej wody pod ciśnieniem 760 Tr 100 o C. Jest to tak zwana skala Celsjusza. Temperatura mierzona od zera absolutnego nosi nazwę absolutnej (bezwzględnej) i jest nazywana skalą Kelvina, oznaczamy ją literą T. Ze skalą Celsjusza jest ona związana zależnością T = t + 273,15 Przyrządy służące do pomiaru temperatury noszą nazwę termometrów. Ich odmiany służące do pomiaru wysokich temperatur pirometrów. Zależnie od tego, jakie własności fizyczne ciał wykorzystano do budowy termometrów, można rozróżnić następujące ich rodzaje: Termometry rozszerzalnościowe, ciśnieniowe, elektryczne, optyczne i specjalne, wykorzystujące różne zjawiska fizyczne do pomiaru temperatury w specjalnych przypadkach. Termometry rozszerzalnościowe oparte na wykorzystaniu zmian objętości gazów, cieczy i zmian wymiarów liniowych ciał stałych z temperaturą. Do tej grupy termometrów należą termometry cieczowe. Przy ich budowie wykorzystano zmienność objętości cieczy z temperaturą. Najczęściej stosowaną cieczą termometryczną jest rtęć. Dokładne termometry laboratoryjne muszą być wzorcowane, tj. sprawdzane i porównywane z termometrem wzorcowym. Termometry elektryczne dzielimy na termometry oporowe oraz termoelementy. Opór elektryczny czystych metali rośnie ze wzrostem temperatury, zaś półprzewodników maleje (może również wzrastać). Własność tę wykorzystano przy budowie termometrów oporowych. Z czystych metali najczęściej stosowana jest platyna. Zmienność oporu platyny i niklu ilustruje rys.1. - 2 -

Rys.1. Zmienność oporu platyny i niklu z temperaturą. Platyna spełnia najdokładniej wszystkie warunki stawiane materiałom do budowy czujników termometrów oporowych. Termometry oporowe platynowe w obszarze 190 o C do +630 O C są najdokładniejszymi termometrami. Pomiar temperatury sprowadza się do pomiaru oporu. Zmienność oporu półprzewodników z temperaturą jest bardzo dużą, dochodzi do 60% na 1K. Tak duża zmienność oporu z temperaturą pozwala na wykonanie czujników (tzw. czujników termistorowych) o kilkakrotnie większej czułości pomiaru od termometrów oporowych metalowych. Jeśli końce dwóch drutów wykonanych z różnych metali, połączonych przez spawanie lub lutowanie, umieścimy w ośrodkach o różnej temperaturze, to w obwodzie popłynie prąd w wyniku powstania siły elektromotorycznej zwanej termoelektryczną (STE) (rys. 2.) Rys.2. Termoelement. Wielkości STE dla danego zestawu drutów, zależą tylko od różnicy temperatur miejsc zlutowanych, tj. e = f (t - t o ) Ustalając t o = const otrzyma się zależność - 3 -

e = f ( t ) Zjawisko to można więc wykorzystać do budowy termometrów. Zestaw dwóch drutów połączonych w wymieniony sposób określa się mianem termoelementu lub termopary. Spojone końce tkwiące w ciele, którego temperaturę mierzymy, nazywa się gorącymi, pozostała spoina o stałej temperaturze t o = const nosi nazwę zimnej. Wielkość STE odpowiadająca danej różnicy temperatur obu spoin zależy tylko od rodzaju materiałów użytych do wykonania termoelementu. Zakres zastosowania bardziej rozpowszechnionych termoelementów i niektóre ich własności zestawiono w tab.1 Rodzaj termopary Miedź-Konstantan (60% Cu + 40% Ni) [Cu-Konst.] Chromel-Kopel (89% Ni + 10% Cr; 54% Ni + 46% Cu) [---] Żelazo-Konstantan [Fe-Konst.] Chromonikiel-Konstantan [---] granica dolna C Zakres zastosowania granica Granica Górna górna przy przy krótkotrwałej ciągłej pracy pracy C C SE 1) w mv przy dt = 100-200 400 600 4-50 500 800 6-200 600 800 5 700 4-6 Chromeł-Nikiel 900 4 Chromel-Alumel (temp. Hoskinsa alumel: 94,5% Ni + 2% A1 + 2,5% Mn + 1% Si) [---] Płatyna-Platynorod (90% Pt + 10% Rh) [PtRh - Pt] -50 1100 1300 4,1-20 1300 1600 1 Iryd-Irydorod (40% Ir + 60% Rh) 2000 0,5 Wolfram-Wolfromomolibden (74% W + 25 % Mo) [---l 1) Wielkości przybliżone Tab.1. Zestawienie popularnych termoelementów. U w a g i Należy chronić od działania gazów utleniających Należy chronić od działania gazów utleniających. Odporna na atmosferę redukującą Chronić od działania gazów redukujących (spaliny) i zawierających związki siarki Chronić od atmosfery redukującej; od działania związków siarki, węgla, fosforu : par metali. 0,3 W technice nie ma zastosowania Wzorcowaniem nazywa się czynność wyznaczania zależności między podziałką przyrządu wskazującego a wielkością temperatury. Sprawdzanie jest to czynność ustalenia, czy w sprawdzanym termometrze skala jest zgodna z rzeczywistością, tj. czy temperatura wskazywana przez termometr jest temperaturą czujnika. Przy wzorcowaniu termometrów opieramy się na stałych punktach termodynamicznych (temperatura topniejącego lodu 0 o C oraz wrzenia wody pod ciśnieniem 760Tr 100 o C) i punktów stałych pomocniczych (temperatura krzepnięcia, topnienia, wrzenia czy też sublimacji ciał łatwych do otrzymania w stanie czystym). Przy sprawdzaniu najczęściej porównujemy wskazania termometru badanego ze wskazaniem termometru wzorcowego. - 4 -

Metoda pomiaru Do sprawdzenia termometru rtęciowego oraz termopary Żelazo-Konstantant Fe-Ko użyto suszarki (rys.3), w której umieszczono blok grafitowy. W bloku tym wykonane są otwory o średnicy zbliżonej do średnicy termometrów oraz otwory, w których umieszczona jest gorąca spoina wzorcowanej termopary oraz wzorcowego termometru oporowego platynowego. Temperaturę spoiny odniesienia ustala się w termosie z topniejącym lodem. Po włączeniu suszarki ustawiamy zakres zmieniającej się w niej temperatury. Blok grafitowy ogrzewa się. Dokonujemy odczytu w równych odstępach czasu wskazań obu termometrów rtęciowych oraz termometrów elektrycznych (ten odczyt jest automatycznie drukowany przez podłączony do układu rejestrator). Termometr badany Termometr wzorcowy Blok grafitowy Omomierz Miliwoltomierz Ω mv Rejestrator Termometr oporowy Pt Suszarka Termopara Fe-Ko Rys.3. Schemat stanowiska pomiarowego. Metoda obliczeń Dla termometrów rtęciowych, poza tabelką, w której obok wskazań termometru wzorcowego wpisujemy odczyty z termometru badanego, sporządzamy wykres odchyłek wskazań termometru badanego względem wzorcowego. Przy pomocy charakterystyki termometru oporowego przeliczamy wskazania tego termometru z [Ω] na [ o C]. Następnie przyporządkowujemy te wartości temperatury, odczytanym napięciom na badanej termoparze. Wyznaczamy zależność - 5 -

t = f(e) = a + b e metodą najmniejszych kwadratów, bądź wykorzystując funkcję regresji liniowej w arkuszu kalkulacyjnym. Ponieważ spoina odniesienia termopary jest umieszczona w termosie z topniejącym lodem, dla temperatury gorącej spoiny równej 0 o C, nie występuje siła elektromotoryczna, zatem nasza funkcja ma postać t = C e gdzie C, jest to tzw. stała termopary. Jej wartość zależy od rodzaju termopary. Dla badanej termopary Fe-Ko wynosi ona C=18,5[K/mV]. Porównać wynik obliczeń z wartością dokładną. - 6 -