Dynamika pomiaru temperatury termoparą

Podobne dokumenty
(1.1) (1.2) (1.3) (1.4) (1.5) (1.6) Przy opisie zjawisk złożonych wartości wszystkich stałych podobieństwa nie mogą być przyjmowane dowolnie.

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

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

IDENTYFIKACJA WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA NA ZEWNĘTRZNEJ POWIERZCHNI TERMOMETRU DO WYZNACZANIA NIEUSTALONEJ TEMPERATURY PŁYNU

LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ. Ćwiczenie nr 7

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT OCENIANIA ARKUSZA II. Zdający może rozwiązać zadania każdą poprawną metodą. Otrzymuje wtedy maksymalną liczbę punktów.

ĆWICZENIE NR 7 SKALOWANIE ZWĘśKI

Belki na podłożu sprężystym

Bilans cieplny suszarni teoretycznej Termodynamika Techniczna materiały dla studentów

POMIAR MOCY BIERNEJ W OBWODACH TRÓJFAZOWYCH

Analiza właściwości dynamicznych detektorów propagacji fali temperaturowej w przepływie powietrza i mieszaniny powietrze dwutlenek węgla

Modelowanie rozwoju pożaru w pomieszczeniach zamkniętych. Cz. II. Model spalania.

Termoanemometr z możliwością wyznaczania wektora prędkości w płaszczyźnie

2. CHARAKTERYSTYKI TERMOMETRYCZNE TERMOELEMENTÓW I METALOWYCH OPORNIKÓW TERMOMETRYCZNYCH

Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą wagi hydrostatycznej FIZYKA. Ćwiczenie Nr 3 KATEDRA ZARZĄDZANIA PRODUKCJĄ

ANALIZA WPŁYWU ZUŻYCIA NA RUCH DYNAMICZNEGO TŁUMIKA DRGAŃ Z TARCIEM SUCHYM

Ćwiczenie N 14 KAWITACJA

Moc wydzielana na rezystancji

Wykład 9. Stateczność prętów. Wyboczenie sprężyste

Zapoznanie się ze zjawiskiem Seebecka i Peltiera. Zastosowanie elementu Peltiera do chłodzenia i zamiany energii cieplnej w energię elektryczną.

POLITECHNIKA ŁÓDZKA ZAKŁADZIE BIOFIZYKI Ćwiczenie 7 KALORYMETRIA

LABORATORIUM TEORII STEROWANIA. Ćwiczenie 6 RD Badanie układu dwupołożeniowej regulacji temperatury

Wyznaczenie współczynników przejmowania ciepła dla konwekcji wymuszonej

OKREŚLANIE STOPNIA ODWRACALNOŚCI OBIEGÓW LEWOBIEŻNYCH

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

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

Czym jest prąd elektryczny

ANALIZA PRĘDKOŚCI POWIERZCHNIOWYCH W CIEKACH W WARUNKACH DZIAŁANIA WIATRU

ZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNE

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

Termometr oporowy i termopara

teoretyczne podstawy działania

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW SYPKICH W ZŁOŻU FLUIDALNYM

1 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

instrukcja do ćwiczenia 3.4 Wyznaczanie metodą tensometrii oporowej modułu Younga i liczby Poissona

2.1 Cechowanie termopary i termistora(c1)

Termodynamika. Część 12. Procesy transportu. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Badania asymetrii rozkładu napięć na dzielonym włóknie termoanemometru w zależności od prędkości przepływu

OCENA DOKŁADNOŚCI OBLICZANIA PARAMETRÓW SPOTKANIA CPA I TCPA W MULTIAGENTOWYM SYSTEMIE WSPOMAGANIA NAWIGACYJNEGO PROCESU DECYZYJNEGO

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

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

s s INSTRUKCJA STANOWISKOWA

Analiza statycznych warunków pracy czujnika termoanemometrycznego w układzie stałotemperaturowym w zależności od średnicy włókna pomiarowego

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Instrukcja stanowiskowa

Wykonanie ćwiczenia 3. NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO CIECZY METODĄ STALAGMOMETRYCZNĄ

Wzorcowanie termometrów i termopar

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 10. Pomiary w warunkach dynamicznych.

SKALOWANIE TERMOPARY I WYZNACZANIE TEMPERATURY KRZEPNIĘCIA STOPU

Zjawisko termoelektryczne

Wykład FIZYKA II. 2. Prąd elektryczny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

POMIAR TEMPERATURY CURIE FERROMAGNETYKÓW

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. Poszukiwanie optymalnej średnicy rurociągu oraz grubości izolacji

Występują dwa zasadnicze rodzaje skraplania: skraplanie kroplowe oraz skraplanie błonkowe.

Temat nr 3: Pomiar temperatury termometrami termoelektrycznymi

1. Wnikanie ciepła podczas wrzenia pęcherzykowego na zewnętrznej powierzchni rur W (1.1)

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

Natężenie prądu elektrycznego

Podstawy Konstrukcji Maszyn

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Metoda Elementów Skończonych

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

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

Ćwiczenie 6. Pomiary wielkości elektrycznych za pomocą oscyloskopu

Wyznaczanie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

ĆWICZENIE 4 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła cieczy.

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

Wykaz aparatury znajduje się w dodatku A do niniejszej instrukcji (s. 15, 16).

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

1.12. CAŁKA MOHRA Geometryczna postać całki MOHRA. Rys. 1

Mechanika Płynów. Wzornictwo Przemysłowe I stopień ogólnoakademicki studia stacjonarne wszystkie Katedra Mechaniki Dr hab. inż.

Sterowane źródło mocy

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

LABORATORIUM - TRANSPORT CIEPŁA I MASY II

Instrukcja do laboratorium z fizyki budowli.

Ocena struktury geometrycznej powierzchni

POLITECHNIKA POZNAŃSKA WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I ZARZĄDZANIA METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH PROJEKT ZALICZENIOWY COMSOL 4.3

Prąd przemienny - wprowadzenie

ANALIZA WYMIANY CIEPŁA OŻEBROWANEJ PŁYTY GRZEWCZEJ Z OTOCZENIEM

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

POLITECHNIKA OPOLSKA

Politechnika Warszawska Instytut Techniki Cieplnej, MEiL, ZSL

Klucz odpowiedzi. Konkurs Fizyczny Etap Rejonowy

PIĘTRZENIE WIATROWE W UJŚCIU RZEKI W WARUNKACH SILNYCH WIATRÓW WIND SWELLING IN RIVER MOUTH DUE TO STRONG WINDS

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

Regulacja adaptacyjna w anemometrze stałotemperaturowym

Maszyny cieplno - przepływowe Thermal fluid-flow machines

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Aerodynamika i mechanika lotu

PODSTAWOWE CZŁONY DYNAMICZNE

Druty oporowe [ BAP_ doc ]

Badanie charakterystyk statycznych termoanemometrycznych czujników włóknowych

Transkrypt:

175 Prace Instytutu Mechaniki Górotoru PAN Tom 1, nr 1-4, (1), s. 175-18 Instytut Mechaniki Górotoru PAN Dynamika pomiaru temperatury termoparą WŁADYSŁAW CIERNIAK Instytut Mechaniki Górotoru PAN, ul. Reymonta 7; 3-59 Krakó Streszczenie Termopary składają się z dóch przeodó o różnych gęstościach. przeodnościach cieplnych i ciepłach łaściych. Pooduje to znaczną komplikację opisu temperatury złącza podczas szybkozmiennych pomiaró temperatury. W artykule rozpatrzono model ymiany ciepła przez nieskończenie długie przeody. Wyznaczono transmitancję temperatura-napięcie termopary. Dokonano przeliczeń transmitancji dla trzech różnych termopar (Rys. 1). Aproksymoano uzyskane transmitancje członami inercyjnymi pierszego rzędu uzyskując bardzo dobre rezultaty z yjątkiem termopary chromel-konstantan, które mają dużą różnicę pojemności cieplnych. Słoa kluczoe: pomiary temperatury, termopara 1. Wstęp Termoparą nazya się da przeody, których jedno złącze jest umieszczane miejscu pomiaru temperatury. Drugie końce znajdujące się innej temperaturze o znanej artości i tej temperaturze połączone są z doma przeodnikami ykonanymi z jednakoego materiału. Pomiędzy złączem i końcami przeodó termopary ystępuje mała różnica napięć (zjaisko Sebecka) [11]. Jeśli brak przepłyu prądu przeodnikach termopary to różnica napięć jest funkcją różnicy temperatury. Gdy przez przeody przepłya prąd następuje nich spadek napięcia (prao Ohma), ydziela się nich ciepło Joule a- Lenza proporcjonalnie do kadratu prądu. Przy ystępoaniu gradientu temperatury przeodnikach ydzielane jest ciepło proporcjonalne do płynącego prądu (zjaisko Thompsona) [11]. Gdy prąd płynie kierunku gradientu temperatury ciepło jest ydzielane a gdy prąd płynie kierunku przecinym ciepło jest pochłaniane. Przy przepłyie prądu przez złącze termoparoe następuje ydzielanie lub pochłanianie ciepła (zjaisko Peltiera) [11]. W stanie ustalonym gdy przez przeody termopary nie płynie prąd zjaiska Peltiera i Thompsona nie odgryają żadnej roli podczas pomiaru temperatury. W stanie nieustalonym gdy poprzek przeodó ystępują gradienty temperatury przeodach otoczeniu złącza termopary będą płynąć prądy co implikuje ystępoanie szystkich ymienionych zjaisk. Dokładne rozpatrzenie szystkich ymienionych zjaisk jest bardzo trudne. Wymaga roziązania rónań mechaniki płynó do opisu ymiany ciepła z poierzchnią przeodnikó termopary oraz rónań opisujących trójymiaroo zjaiska przepłyu prądu i ciepła toczeniu złącza termopary z uzględnieniem szystkich spomnianych zjaisk. W niniejszej pracy zostanie rozpatrzony najprostszy przypadek gdy ymianę ciepła z otoczeniem można opisać jednoymiaroym rónaniem różniczkoym z pominięciem szystkich ymienionych zjaisk z yjątkiem zjaiska Sebecka.. Termiczny model złącza Jak już spomniano termopara jest zbudoana z dóch przeodnikó o różnych łaściościach. Istotnymi łaściościami dla badania dynamiki złącza termopar są: przeodności cieplne, gęstości i ciepła łaście obu metali. Metale stosoane na termopary różnią się tymi łaściościami. Z tego zglądu przy zmianie temperatury płynu otoczeniu złącza, temperatury obu metali muszą się różnić.

176 Władysła Cierniak Aby otrzymać prosty ynik przyjmuje się, że oba przeody mają nieskończoną długość oraz że przepły płynu jest do nich poprzeczny, a temperatura otaczającego je płynu na całej ich długości jest jednakoa. Zakłada się rónież, że przejmoanie ciepła przez oba przeody jest identyczne. Przyjęcie założenia o nieskończonej długości jest uzasadnione tym, że zykle stosunek średnicy przeodó termopar do ich długości jest bardzo mały i przyjęte uproszczenie spooduje nieduże błędy. Ponad to przyjmuje się, że przeodności cieplne, gęstości i ciepła łaście dla bu przeodó są niezależne od temperatury. Podobne założenia przyjmuje się dla płynu otaczającego przeody. Rónanie opisujące ymianę ciepła przez prosty drut jest często spotykane odpoiedniej literaturze i nie ma potrzeby go yproadzać [1]. Ma ono postać: d D T ( x, t) d cp T( x, t) (, ) ( ) 4 mnu T x t Tp t x 4 t (1) gdzie: c p ciepło łaście, J/kgK, d średnica przeodu, m, Nu liczba Nusselta, -, T p temperatura płynu, K, T temperatura przeodu, K, λ D spółczynnik przeodności cieplnej przeodu, W/Km, λ m spółczynnik przeodności cieplnej płynu, W/Km, ρ gęstość przeodu, kg/m 3. Wproadzając oznaczenia: M 4 m Nu () d D cp n (3) D Rónanie (1) można przedstaić postaci: T ( x, t) T( x, t) M T (, ) ( ) x t Tp t n x t (4) Ponieaż przeodniki termopary mają różne parametry to miejscu stąpienia spoiny ystępuje skokoa zmiana spółczynnikó M i n. Z tego zględu ygodnie jest umieścić spoinę zerze układu spółrzędnych oraz rozpatryać roziązanie zagadnienia oddzielnie dla dodatnich i ujemnych spółrzędnych. Do roziązania zagadnienia potrzebne są arunki brzegoe i początkoe. W początku układu spółrzędnych gdzie jest umieszczona spoina przyjmuje się, że po jej obu stronach temperatura termopary ma tę samą artość. W dużej odległości od spoiny zdłuż przeodó temperatura ulega tylko bardzo nieielkim zmianom. Wobec tego formalnie arunki brzegoe można przyjąć nieskończoności. Zapis ma postać: Dla x T (, t) T ( t) (5) Dla x T ( x, t) x (6) Dla x T ( x, t) x (7) Warunek początkoy przyjmuje się postaci: T ( x,) T ( ) (8) p

Dynamika pomiaru temperatury termoparą 177 Przedstaione arunki brzegoe nie pozalają yznaczyć temperatury złącza. Do yznaczenia temperatury złącza zostanie ykorzystana róność strumieni ciepła po jego du stronach. Zgodnie z praem Fouriera można napisać: d T (, )) 1 t T (, t) D d D ) 4 x 4 x (9) gdzie: λ D1 i λ D oznaczają spółczynniki przeodności cieplnej odpoiednio pierszego i drugiego przeodnika, W/Km Poddając przekształceniu Laplace a rónanie (4) dla arunkó brzegoych (5) do (8), po przekształceniach otrzymuje się rónanie: T ( x, s) ( M ns) T (, ) ( ) (,) ( ) ( ) x s MTp s nt x MTp s ntp x (1) Jego ogólne roziązanie jest postaci: MTp ( s) ntp( ) T( x, s) cosh( x M ns) 1 acosh( x M ns) M ns b sinh M ns ( x M ns ) (11) Pochodna tego roziązania o zmiennej x yraża się zorem: T ( x, s) 1 MTp() s ntp() a( M ns) bexp( x M ns) x M ns 1 MTp() s ntp() b a M ns exp x M ns M ns ( ) ( ) (1) Dla leej części termopary x <, dla której: M = M 1, n = n 1, a = a 1, b = b 1 dla x = z arunku (7) i zoru (1) nika, że musi zachodzić: MT 1 p () s nt 1 p() b1 a1( M1 n1s) M1 n1s (13) Dla praej części termopary x >, dla której: M = M, n = n, a = a, b = b dla x = z arunku (6) i zoru (1) nika, że musi zachodzić: MT p() s nt p() b a( M ns) M n s (14) Z arunku (5) zoru i zoru (11) T (, s) a a (15) 1 Roziązanie układu rónań (13) i (14) oraz (15) daje następujący ynik: MT 1 p() s nt 1 p() b1 T(, s)( M1 n1s) (16) M n 1 s 1 MTp() s ntp() b T, s M ns M ns ( )( ) (17)

178 Władysła Cierniak Warunek róności strumieni ciepła płynącego przez złącze ma postać: T (, t )) T (, t )) D x x D1 (18) Wykorzystanie zoró (11), (16), (17) i (18) przy zeroym arunku początkoym rónaniu (18) po przekształceniach daje ynik: T (, s) D1M1 Tp () s ( M n s) M M ( M n M n ) s n n s D1 1 1 D 1 1 1 1 D D1 1 1 1 1 D M MM ( M n Mn) snns ( M ns) () Poyższy zór ma postać uniemożliiającą łate oszacoanie łaściości dynamicznych termopar. Po ykorzystaniu podstaień (), (3) i proadzeniu oznaczeń 4 m Nu 4 1 m Nu d 1cp1 d cp (1) oraz zamiany przekształcenia Laplacea na przekształcenie Fouriera można go przedstaić postaci (). T (, j) 1 Tr Tp ( j) D 1 j 1 ( 1 ) j D 1 D1 1 D1 j 1 ( 1) j () Jak pokazują zory (1) i () na szybkość działania termopar ma pły odbiór ciepła proporcjonalny do yrażenia 4λ m Nu oraz iloczyny d ρc p. Mniejsze znaczenie mają przeodności cieplne metali. Właściości metali i ich stopó stosoanych na termopary zostały zebrane tabeli (1). Szybkość działania termopar szybko rośnie z odrotnością kadratu ich średnicy. Zykle przeody stosoane na termopary mają średnice nie mniejsze niż. mm. Dostępne są bardzo cienkie przeody z metali o dużej plastyczności. Takimi metalami są: miedź, molibden, nikiel, platyna, ren i złoto. Bardzo cienkie (rzędu mikrometró) przeody są rónież ykonyane ze stopó platyny i rodu. Dostępne są druty o grubości kilkudziesięciu mikrometró z konstantanu. Szybkości termopar można ziększyć poiększając stosunek ich poierzchni do objętości. Procedura polega na ykonaniu złącza z dosyć grubych przeodó a następnie ich spłaszczenia przez kolejno potarzane procesy kucia i ygrzeania [9]. Liczbę Nusselta dla cienkich drutó umieszczonych poietrzu dobrze jest obliczać ze zoru Collinsa-Williama [] zeryfikoanego przez różnych badaczy, stanoiącego aproksymację yniku pomiaró poietrzu przy ciśnieniu atmosferycznym, dla 38 < T p < 98 C, 1.41 < T /T p <, 7 < l/d < 866,.5 < V < 4.7 m/s,.1 < Kn <.3. Re n T Nuc A B m Tp gdzie: T m średnia artość temperatury poietrza i drutu, K, T p temperatura poietrza, K, której spółczynniki są zaarte tabeli ()..17 (3)

Dynamika pomiaru temperatury termoparą 179 Dla bardzo cienkich przeodó należy uzględnić stosunek średnicy drutu do średniej odległości przebyanej przez cząsteczki gazu pomiędzy zderzeniami nazyanym liczbą Knudsena z zastosoaniem zoru []: Nuc Nu 1 KnNu (4) c Lp. Naza metalu lub stopu Tab. 1. Termiczne łaściości metali stosoanych na termopary Napięcie Przeodność Ciepło Gęstość Temperatura Wytrzymałość zględem cieplna łaście ρc ρ topnienia na rozryanie p 1 6 platyny λ c p μv/k kg/m 3 W/kgK J/kgK K MPa J/m 3 K Źródło danych - 89 41 38 1357.6-3.39 [1] 1 miedź 7.6 89 389 381 1386-3.39 [5] - 893 395 383 1356-3.4 [1] molibden 14.5 [1] 8 138 5 896.57 [1] 3 nikiel -14.8 [5] 89 93 446 178-3.97 [1] - 19 71.6 13 41 -.74 [1] - 15 7 13-35.8 [1] 4 platyna - 145 7 133 - -.85 [7] - 14 74 134 - -.87 [3]. 14 79.4 134 4 -.87 [5] 5 ren - 1 47.9 137 3459 -.88 [1] 6 olfram 11. [5] 195 174 13 3695 -.5 [1] 7 złoto 7.8 193 317 18 1337 -.47 [1] - 199 31.5 19 1366 -.49 [1] - 7874 8. 44 188-3.46 [1] 8 żelazo - 786 73.3 45 183-3.55 [1] 19.8 78 75.3 461. 189-3.6 [5] 9 Ni 95% Al % Mn % Si 1% - 87 58.6 544 1673-4.73 [5] 1 alumel Ni 95% Mn % Al. % -1.9 86 33.8 144.8 1673-1.5 [5] 11 Ni 85% Cr 1% 8.1 855 1.5 418.7 173-3.58 [5] 1 kantal P Ni 9% Cr 1% 8.1 868 3.8 18. 173-1.11 [5] kantal N 13 Ni 98-97% Si -3% - 869 33.3 139. 1683-1.1 [5] 14 konstantan Cu 55% Ni 45% -35.1 885 41.8 418.7 1543-3.71 [5] 15 chromel Ni 9% Cr 1% 8.1 873 1.9 14.5 173-1.9 [5] 16 Pt 9% Rh 1% 6.47 199 4 15-7.99 [5] 17 Pt 8% Ir % 6.45 16 17 13-14.81 [5] Dla małych prędkości, porónaniu z prędkością dźięku, liczbę Knudsena yraża edług [4] zależność: Ma RiTm Kn (5) Re pd cp (6) c v gdzie: c p ciepło łaście gazu przy stałym ciśnieniu, J/kgK, c v ciepło łaście gazu przy stałej objętości, J/kg/K,

18 Władysła Cierniak p ciśnienie gazu, Pa, R i indyidualna stała gazoa, J/kilomolK, η spółczynnik lepkości dynamicznej gazu, Pas. Tab.. Zestaienie parametró do zoru (3) Lp. 1 3 1 spółczynnik. < Re < 44 44 < Re < 14 n.45.51 3 A.4 Dla oceny łaściości dynamicznych złącz termparoych przeliczono charakterystyki częstotliościoe dla trzech termopar z drutó o grubości 5 μm. Jedna z termopar składa się z drutu złotego i platynoego a druga z drutu chromeloego i konstantanoego natomiast trzecia z drutó z alumelu i kantalu P. Termopary platyna złoto są obecnie intensynie badane gdyż mają doskonałe łaściości metrologiczne. Do obliczeń została ybrana ta termopara rónież ze zględu na duże różnice przeodnościach cieplnych obu metali. Dla drugiej termopary różnice przeodności są mniejsze a iększe są różnice pojemnościach cieplnych. Przeody trzeciej termopary ykazują najmniejsze różnice zaróno dla przeodności i pojemności cieplnej. Obliczenia przeproadzono dla suchego poietrza o prędkości 1 m/s. Dane poietrza przyjęte do obliczeń zostały umieszczone tabeli (3). A yniki zostały zamieszczone tabeli (4). Tab. 3. Parametry poietrza przyjęte do obliczeń Lp. 1 3 4 Parametr Wartość Jednostka Źródło informacji 1 temperatura 93.15 K - ciśnienie 1135 Pa - 3 gęstość 1.41 kg/m 3-4 indyidualna stała gazoa 87.56 J/kgK [8] 5 przeodność cieplna.59 W/Km [1] 6 spółczynnik lepkości dynamicznej 18.1 1-6 Ns/m [1] Charakterystyki częstotliościoe termopar (transmitancje) można aproksymoać modelem pierszego rzędu opisanego poniższym rónaniem: T r T (, j) a T ( j) j p a (3) gdzie: ω a = πf a f a częstotliość graniczna, Hz. Moduł poyższego yrażenia ma postać: T r T (, j) 1 Tp ( j) 1 a (4) Charakterystyki częstotliościoe ybranych termopar opisanych tabeli (4) są pokazane na rysunku (1). Wykresy i 3 pokazują termoparę chromel konstantan. Wykres narysoany linią ciągłą przedstaia pełny model edług zoru (). Wykres narysoany linią przeryaną pokazuje model pierszego rzędu opisanego zorem (4). Przeody termopary chromel konstantan mają najiększe różnice pojemność cieplnych. Wykresy 1 oraz 4 pokazują łaściości termopar złoto-platyna oraz alumel-kantal. Aproksymacja ich charakterystyk zorem (4) jest tak dokładna, że różnice skali tego rysunku są nieidoczne.

Dynamika pomiaru temperatury termoparą 181 Tab. 4. Zestaienie danych do obliczeń i yniki 1 3 4 5 6 7 8 Lp. Rodzaj przeodu Parametr Jednostka Złoto Platyna Chromel Konstantan Alumel Kantal P 1 średnica przeodu μm 5 prędkość poietrza m/s 1 3 liczba Reynoldsa - 7.6 4 liczba Knudsena -.13 5 liczba Nusselta -.43 6 przeodność cieplna przeodó W/Km 313.75 73 1.9 41.8 33.8 3.8 7 iloczyn ciepła łaściego i gęstości J/Km 3.48E6.83E6 1.9E6 3.71E6 1.5E6 1.11E6 8 częstotliość graniczna pojedynczego przeodu Hz.5965.5191 1.357.3987 1.1835 1.337 9 średnia artość częstotliości granicznych obu przeodó termopary Hz.5578.8757 1.581 1 częstotliość graniczna termopary aproksymoanej modelem pierszego Hz.5719.8815 1.55 rzędu z inercją 11 napięcie termopary na jeden Kelin μ/k 7.8 63. -41. Porónanie iersza 9-tego i iersza 1-ego pozala ysnuć niosek, że częstotliość graniczna edług aproksymacji zorem (4) e szystkich przypadkach jest nieco iększa od średniej artości częstotliości granicznych obu par przeodó. Tr 1 1 4 3.1.1.1 1 1 Rys. 1. Wykresy transmitancji (charakterystyk częstotliościoej) ybranych termopar o średnicy 5 μm umieszczonych suchym poietrzu, którego prędkość ynosi 1 m.s. 1. termopara alumel-kantal, edług zoró () i (4);. termopara chromel konstantan, edług zoru (); 3. termopara chromel konstantan, edług zoru (4); 4. termopara złoto-platyna zoró () i (4) f, Hz F rys.1

18 Władysła Cierniak 3. Wnioski Z prostej analizy ykresó z rysunku (1) ynika możliość stosoania dynamicznego modelu termopary postaci członu inercyjnego pierszego rzędu. Częstotliość graniczna takiej termopary (jak to ynika z tabeli (4), iersze 8 i 9) jest z dosyć dobrym przybliżeniem róna średniej artość częstotliości granicznych przeodó termopary. Praca została ykonana roku 1 ramach prac statutoych realizoanych IMG PAN Krakoie, finansoanych przez Ministersto Nauki i Szkolnicta Wyższego. Literatura 1. Bruun H.H. Hot-ire anemometry, principles and signal analysis. Oxford University Pres, Ne York 1995.. Collis D.C., Williams M.J. Tu-dimensional convection from heated ires at lo Reynolds numbers. J. Fluid Mech. 6, 357-384, 1959. 3. Lipczyński J., Sokołoicz M., Olczak S., Rybka E. Tablice Matematyczne, Fizyczne i Astronomiczne. Wydanicta Szkolne i Pedagogiczne, Warszaa 1984. 4. Lomas Ch.G. Fundamentals of hot ire anemometry. Cambridge University Press. 5. Michalski L., Eckersdorf K. Pomiary temperatury. Wydanicta Naukoo-Techniczne, Warszaa 1986. 6. Oleśkieicz-Popiel Cz., Wojtkoiak J. Eksperymenty ymianie ciepła. Wydanicto Politechniki Poznańskiej, Poznań 7. 7. Strickert H. Hitzdrat-und Hitzfi lmanemometrie. VEB Verlag Technk Berlin 1974. 8. Rażnijeić K. Tablice Cieplne z Wykresami. Tłumaczenie z Rażnijeić, Toplinskie Tablice i Dijagramy, 1964 Technićka Kniga, Zgreb. 9. Rysz J. Informacja pryatna. 1. Wiśnieski S. Wymiana ciepła. Państoe Wydanicto Naukoe, Warszaa 1979. 11. Wróbleski A.K., Zakrzeski J.A. Wstęp do fi zyki. Tom, Wydanicto Naukoe PWN Warszaa 1991. 1. Wikipedia. Dynamics of the measurement of temperature ith thermocouple Abstract Thermocouples combine to ires of a different density, heat conductance and specific heat. These differences may cause difficulties in description of the couple temperature during measurement of fast variable processes. A model of heat exchange through infinitely long ires as considered. A transmittance of temperature-thermocouple voltage as derived. The transmittance as calculated for a set of three temperatures (Fig. 1). Approximation of the transmittances ith a first order inertial terms gave good results ith exception of the nickel constantan thermocouple, hich has a big difference of heat capacitances. Keyords: measurement of temperature, thermocouple