A:Cejchování termočlánku na bod tání čistého kovu B:Měření teploty termočlánkem C:Cejchování termoelektrického snímače KET/MNV (9. cvičení)
Vypracoval : Martin Dlouhý Osobní číslo : A08B0268P
A: Cejchování termočlánku na bod tání čistého kovu
1. Zadání Proveďte záznam napětí cejchovaného termočlánku v čistém kovu.
2. Postup měření Zapněte zapisovač a při zkratovaných vstupních svorkách nastavte pisátko na nulu. Přepnutím přepínače na vhodný kalibrovaný rozsah (20mV na výšku záznamu) se pisátko vychýlí o hodnotu odpovídající teplotnímu rozdílu měřeného konce (teplota v peci) a srovnávacího konce. Konstantním proudem je zvyšována teplota v peci a napětí termočlánku je zaznamenáváno na zapisovači. Na záznamu lze snadno vyhledat bod tání kovu, po vypnutí topení i bod tuhnutí. Z diagramu Utem = f(t) určete citlivost termočlánku.
3. Teoretický úvod Termočlánek je zdroj elektrického proudu, používaný především jako čidlo teploty. Využívá principu termoelektrického jevu. Může být také používán jako spolehlivý zdroj elektrického proudu, ale jeho energetická účinnost a výkon jsou malé. Termoelektrické teploměry využívají k měření teploty termoelektrické články. Patří mezi kontaktní snímače používané k dálkovému měření teploty a jejich čidlo (termoelektrický článek) převádí teplotní změnu prostředí na změnu elektrického napětí. Termoelektrický článek je tvořen dvěma vodiči z různých kovových materiálů A a B, které jsou na obou koncích spolu vodivě spojeny . Tyto vodiče jsou na pevném konci a na srovnávacím konci spojeny. Na konci srovnávacího vedení je připojen na milivoltmetr. Termoelektrické napětí závisí na rozdílu teplot Jm a Jo měřených míst a na druhu použitých kovů pro termočlánek. Jestliže teplota jednoho spoje Jm bude různá od teploty druhého spoje Jo, vzniká termoelektrické napětí a obvodem prochází termoelektrický proud.
4. Schéma
5. Naměřené hodnoty K tomu měření je přiložen graf, který znázorňuje teplotu tání kovu při konstantním přiváděném výkonu. Při tomto měření ale nastala chyba.A to , že zapisovač při doporučeném posuvu získávanou charakteristiku „rozpíjel“.Proto jsou hodnoty spíše odhadnuty.
Výpočet: Rozdíl napětí mezi srovnávacím koncem (0°C) a měřícím koncem (bod tání cínu 231,9°C) byl 12,2mV Z těchto dvou údajů moho pomocí vzorce k =U T /T počíst citlivost termočlánku. k =12,5 /231,9=0,0539 [ mV / K ]
6. Prostředí Teplota : 23 °C Vlhkost : 50,0 % Tlak : 726 mmHg
7. Závěr Mnou vypočtená citlivost termočlánku je 0,0539 mV/K. Tato hodnota je spíše orientační vzhledem k rozpyté náplni fixy na papíře. Pokud bychom naši vypočtenou citlivost porovnali s citlivostí termočlánků, jsme v mezích. Obvykle se citlivost pohybuje mezi 10-60 V /° C , ale také záleží na typu.
8. Použité přístroje • • • • •
Termoelektrický článek Elektrická pec Ampérmetr 1005 Zdroj 194669 Zapisovač Servogor
B:Měření teploty termočlánkem 1. Zadání Změřte termoelektrická napětí technickým kompenzátorem a výchylkovou metodou se samočinnou kompenzací.
2. Postup měření 1) 2) 3) 4)
Termoelektrické články se zapojí podle zadané metody. Vyvedený srovnávací konec je umístěm v prostředí s TS = 0°C. Zvyšuje se teplota náplně ultratermostatu a odečítají se napětí na kompenzátoru a mV-metru Závislost UX=f(T) a US=f(T) se vynesou do diagramu, ze kterého se určí citlivost termočlánků podle skript Technická měření.
3. Teoretický úvod Termoelektrické napětí Měření teploty termočlánky je založeno na jevu, že v obvodu složeném ze dvou na konci spojených kovů z různých materiálů vzniká elektromotorická síla. Jestliže spojené konce, které se vkládají do měřené teploty, nazýváme měřící spoj, volné konce, na kterých měříme termoelektrické napětí, se nazývají srovnávací spoje. Tyto snímače teploty jsou určeny k měření vysokých teplot -600... +2 800°C. Termoelektrické napětí Ut, jehož hodnota je úměrná rozdílu teploty Tm v místě měřícího spoje (teplý konec) a teploty To v místě srovnávacích spojů (studený konec) se přivádí kompenzačním vedením a měděným vedením na měřící přístroj. Aby bylo možno každé hodnotě termoelektrického napětí přiřadit určitou teplotu, je třeba udržovat srovnávací spoje na známé a konstantní teplotě, tzv. teplotě vztažné. Teplota hlavice může dosahovat značně vysokých teplot, teplota svorkovnice dosahuje někdy až 200°C. Srovnávací spoje se proto posouvají kompenzačním vedením do míst s příznivou teplotou okolí, kde se srovnávací spoje udržují v konstantní teplotě, anebo se provádí kompenzace vlivu teploty okolí na srovnávacích spojích obvodem.
4. Schéma
5. Naměřené hodnoty T [° C ] U [V ]
40,5 0,73
45 1,1
50 1,17
55 1,37
60 1,59
65 1,81
70 2
75 2,22
80 2,45
85 2,62
Závislost napětí na teplotě 3
f(x) = 0,04x - 0,87 2,5
U[V]
2
1,5
1
0,5
0 30
40
50
60
70
80
90
T[°C]
6. Prostředí Teplota : 23 °C Vlhkost : 50,0 % Tlak : 726 mmHg
7. Závěr Jak lze vidět z grafu, všechny body leží na regresní přímce kromě jednoho. Tento bod byl špatně zaznamenán. Tato závislost má být lineární záležitostí. Pomocí této regresní přímky také získáme citlivost termočlánku, která v tomto případě je 0,04[mV/K]
8. Použité přístroje • •
Universální termostat OK809 milivoltmetr
C:Cejchování termoelektrického snímače 1. Zadání Ocejchujete termoelektrický snímač výchylkovou metodou s nevyvedeným srovnávacím koncem.
2. Postup měření Předložený termoelektrický snímač jsme zapojili podle pokynů pro zadanou metodu. Zvyšovali jsme teplotu měřícího konce termočlánku (Tm) a odečítali příslušná termoelektrická napětí, která jsme zapisovali do tabulky.Je nutné při měření sledovat maximální dovolený rozsah kapalinového teploměru, který nám udává skutečnou teplotu.
3. Teoretický úvod Metody pro měření termoelektrických napětí používáme výchylkové metody, které lze rozdělit na metody: •
s vyvedeným srovnávacím koncem
•
s nevyvedeným srovnávacím koncem
•
se samočinnou kompenzací
Vztah pro termoelektrické napětí Využívá se termoelektrického jevu, kdy na styku dvou různých kovů vzniká rozdíl potenciálů v důsledku rozdílné výstupní práce elektronu v kovu. Termoelektrické napětí je přímoúměrné rozdílu teplot styku dvou kovů: 2
U t=ab c
kde •
a, b,c jsou konstanty pro daný termočlánek
•
je rozdíl teplot
Citlivost termoelektrického snímače lze stanovit podle vzorce: k=
UT T
kde UT je napětí termočlánku při rozdílu teplot mezi měřícím a srovnávacím koncem o velikosti T.
4. Schéma
5. Naměřené hodnoty T U [° C ] U TU [V ]
20 X
25 X
30 0,35
35 0,58
40 0,74
45 0,88
50 1
Závislost napětí na teplotě 1,2
f(x) = 0,03x - 0,57 1
U[V]
0,8
0,6
0,4
0,2
0 20
25
30
35
T[°C]
výpočet UT T pokud do něj dosadím : k =0,88/45=0,0195[mV / K ] Použiji vztah k =
6. Prostředí Teplota : 23 °C Vlhkost : 50,0 % Tlak : 726 mmHg
40
45
50
55
7. Závěr Mnou vypočtená citlivost je 0,0195[mV/K]. Na internetu jsem hledal o jaký termočlánek se jedná a z jakého materiálu je vyroben, ale s touto citlivostí žádný termočlánek není. Typ R (platinový / platinový s 7 % Rhodium) s citlvostí 10 µV / ° C. Typ S (platinový / platinový s 10 % Rhodium) s citlivostí citlivost 10 µV / ° C). Tento poznatek jsem získal z [1]http://termoclanek.navajo.cz/
8. Použité přístroje • • •
Milivoltmetr 298-55 Ultratermostat OK809 Termočlánek
