POMIARY TEMPERATURY

(A)

TEMAT: Termometry szklane cieczowe - budowa, kontrola zewnętrzna, wyznaczanie współczynnika bezwładności; skale termometryczne.

Cel ćwiczenia:

1. Zapoznanie się z wybranymi typami termometrów cieczowych stosowanych w pomiarach meteorologicznych.

2. Nabycie umiejętności posługiwania się skalami termometrycznymi stosowanymi w pomiarach temperatury.

Zakres ćwiczenia:

1. Przegląd różnych termometrów cieczowych używanych w pomiarach meteorologicznych i hydraulicznych.

2. Przeprowadzenie kontroli zewnętrznej wybranych termometrów.

3. Wyznaczenie współczynnika bezwładności wybranych termometrów cieczowych w różnych ośrodkach.

4. Zapoznanie się ze zastosowanymi obecnie skalami termometrycznymi, z zależnościami między tymi skalami.

W celu zapoznania się z parametrami badanych przez nas termometrów dokonaliśmy ich zewnętrznych oględzin. W zależności od zastosowania, termometry różniły się budową zewnętrzną jak również parametrami technicznymi.

		1	2	3	4	5
Producent	[-]	Hallay W-wa	SP.Termomet	T.Czerwiński	-	Tellung
Data produkcji	[-]	-	1969	-	1974	1974
Nr termometru	[-]	94-184	3	106962	11463/74	11996
Przeznaczenie	[-]	glebowy	chemiczny	głębinowy	psychro -metr	labolator.
Zakres temp.	[^0C]	-31,6 do 46	-61,5 do -31,5	-12 do 31	-36,8 do 50,8	-1,5 do 102,5
Dzaiłka elem.	[^0C]	0,2	0,5	0,2	0,2	0,1
Rodzaj cieczy	[-]	rtęć	alkohol	rtęć	rtęć	rtęć
Dł.Skali/dł.Całk.	[mm]	343/535	130/440	230/340	167/280	430/550
Wymiary zbiornika	[mm]	9	8	13	4	7
Czułość	[^0C/mm]	0,249	0,252	0,192	0,530	0,239
UWAGI	[-]	**	*/****/ *****	*****	dobry	****

Kontrola zewnętrzna termometrów wykazała (patrz UWAGI):

* części szklane porysowane i zawierające bańki powietrza;

** pojawienie się pary wodnej w termometrze;

*** nieczytelne cyfry i kreski skali;

**** skala wewnątrz rurki termometru źle zamocowana;

***** przerywany słupek rtęci, ślady rtęci na kapilarze.

Pomierzono następnie zmiany wskazań temperatury termometru w czasie dla różnych warunków otoczenia, wyniki umieszczono na wykresie.

Określenie współczynnika bezwładności termometrów.

λ=τ₂/0,69

τ₂-czas po którym początkowa różnica temperatur zmalała dwukrotnie (z wykresu)

Przeliczanie temperatury według różnych skal:

x [⁰C] = 1.8x+32 [⁰F]

x [⁰C] = x+273.15 [⁰K]

x [⁰F] = 0.5556(x-32)+273.15 [⁰K]

x [⁰F] = 0.5556(x-32) [⁰C]

x [⁰K] = x-273.15 [⁰C]

x [⁰K] = 1.8(x-273.15)+32 [⁰F]

Przeliczanie zadanych wartości temperatur:

32 [⁰C]=(1.8*32)+32=89,6 [⁰F]

32 [⁰C]=32+273.15=305,15 [⁰K]

48 [⁰F]=0.5556(48-32)=8,89 [⁰C]

48 [⁰F]=0.5556(48-32)+273.15=282,04 [⁰K]

243 [⁰K]=1.8(243-273.15)+32=3,33 [⁰F]

243 [⁰K]=243-273.15=-30,15 [⁰C]

TEMAT: Termometry elektryczne: oporowe i półprzewodnikowe - wyznaczanie charakterystyki termometrycznej.

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z podstawowymi własnościami termometrów elektrycznych: oporowych i półprzewodnikowych.

Zakres ćwiczenia:

1. Wyznaczanie charakterystyki termometrycznej dla czujnika metalowego i termistorowego.

2. Wyznaczanie zależności liniowej R=f(t) dla czujnika metalowego.

3. Obliczenia wartości współczynnika temperaturowego α_T oraz stałej materiałowej B dla czujnika termistorowego.

Wiadomości ogólne:

Termometry oporowe i półprzewodnikowe należą do grupy przyrządów pomiarowych, w których wykorzystywane jest zjawisko zmiany rezystancji elektrycznej czujnika w zależności od zmiany temperatury.

Termometry oporowe - zasada ich działania polega na zmianie oporności elementu czynnego czujnika pomiarowego, którym jest uzwojenie rezystancyjne nawinięte na odpowiednim wsporniku, pod wpływem zmiany temperatury. Najczęściej wykonywane są z platyny, czasami używa się niklu lub miedzi. Większość metali ma dodatni współczynnik oporności α co oznacza, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta oporność czujnika.

α= (1/R₀)*(R₁₀₀-R₀)/100

Termometry półprzewodnikowe - termometry elektryczne z czujnikiem półprzewodnikowym zawierającym: termistor, tranzystor lub diodę. Wykorzystuje się w nich zależność zmian oporności termistora, napięcia emitor-baza tranzystora lub napięcia w kierunku przewodzenia diody od zmian temperatury. W odróżnieniu od oporników metalowych oporność termistorów najczęściej maleje ze wzrostem temperatury.

Zależność oporności termistora od temperatury ma postać wykładniczą, wyraża ją wzór:

R_t=Ae^B/T

Do termostatu z wodą włożyliśmy badane czujniki (termistorowy oraz platynowy) oraz czujnik termometru kwarcowego. Dokonaliśmy odczytu wartości temperatury oraz oporności. Następnie włączyliśmy grzałki termostatu i mierzyliśmy oporność czujników wraz ze wzrostem temperatury co 5⁰C.

Wyniki pomiarów oporności czujnika platynowego i termistorowego dla różnych temperatur wody przedstawiono w tabeli poniżej.

	Temperatura	Oporność czujnika	Oporność czujnika
Lp.	wody	platynowego Rp	termistorowego Rt
[-]	[^0C]	[]	[]
1	26	118,6	89400
2	30	120,4	76800
3	35	123,4	62500
4	40	126,5	51300
5	45	129,6	42300
6	50	132,7	35100
7	55	136,0	29200
8	60	139,2	24400
9	65	142,5	20500
10	70	145,8	17300
11	75	149,1	14700
12	80	152,6	12500

Porównano następnie charakterystyki obu czujników i przedstawiono je na wykresie poniżej.

Otrzymana zależność pokrywa się z zależnością pokazaną na rys.1 w skrypcie do ćwiczenia. Oporność termistorów maleje ze wzrostem temperatury, a czujnik platynowy wykazuje wzrost oporności wraz z temperaturą.

Czujnik platynowy

Wyznaczenie parametrów R₀ i  za pomocą metody najmniejszych kwadratów przedstawiono w tabeli poniżej.

Lp	t	Rp	t^2	t*Rp	Rp' OBL	Rp TABLIC	Rp'' OBL
	[^0C]	[]	[^0C]^2
1	26,2	118,6	686,4	3107,3	117,878	110,383	118,051
2	30,0	120,4	900,0	3612,0	120,296	111,882	120,484
3	35,0	123,4	1225,0	4319,0	123,479	113,853	123,681
4	40,0	126,5	1600,0	5060,0	126,662	115,820	126,874
5	45,0	129,6	2025,0	5832,0	129,845	117,785	130,062
6	50,0	132,7	2500,0	6635,0	133,027	119,747	133,245
7	55,0	136,0	3025,0	7480,0	136,21	121,706	136,423
8	60,0	139,2	3600,0	8352,0	139,393	123,661	139,597
9	65,0	142,5	4225,0	9262,5	142,576	125,614	142,766
10	70,0	145,8	4900,0	10206,0	145,758	127,564	145,930
11	75,0	149,1	5625,0	11182,5	148,941	129,511	149,089
12	80,0	152,6	6400,0	12208,0	152,124	131,455	152,244
SUMA:	631,2	1616,4	36711,4	87256,3

W celu wyznaczenia R₀ i  skorzystano z układu równań:

12*R₀+[t]*b=[R_p]

[t]*R₀+[t²]*b=[t*R]

gdzie:

b=R₀*

Obliczenia:

12*R₀+631,2*b=1616,4

631,2*R₀+36711,4*b=87256,3

b=0,636

R₀=101,2

0,00629.

Po porównaniu otrzymanych wartości z podanymi w literaturze otrzymano:

• Współczynnik temperaturowy ( wg lit.) wynosi 0,00392 [1/⁰C], natomiast wyliczony przez nas wyniósł 0,00629 [1/⁰C]. Różnica ta jest nieznaczna, mogła być spowodowana nie wykrytymi przez nas wadami sprzętu pomiarowego.

• R₀ zgodnie z literaturą wynosi 100 [], przez nas otrzymany zaś 101,2 []. Jest to błąd rzędu 1%, co wskazuje na poprawne wykonanie doświadczenia.

Rp''_OBL obliczono korzystając ze wzoru:

Rp=R₀*(1+At+Bt²+C(t-100)t³).

Literaturowe wartości i wzory do obliczenia współczynników A, B i C zaczerpnięto ze skryptu do ćwiczenia.

Rp'_OBL wyznaczono na podstawie stałych literaturowych (A, B i C). Otrzymane przez nas wielkości Rp''_OBL są bliskie wartością Rp'_OBL.

Czujnik termistorowy

Zależność funkcyjną ln R_t=f(1/T) przedstawia wykres, a wyniki poniższa tabela.

T	1/T	ln Rt
[K]	[1/K]
299,2	0,00334	11,401
303,0	0,0033	11,249
308,0	0,00325	11,043
313,0	0,00319	10,845
318,0	0,00314	10,653
323,0	0,0031	10,466
328,0	0,00305	10,282
333,0	0,003	10,102
338,0	0,00296	9,928
343,0	0,00292	9,758
348,0	0,00287	9,596
353,0	0,00283	9,433

---