Měřící metoda a použité zařízení:
Srovnávací spoj termočlánku je udržován na konstantní teplotě okolí ϑS. Měřící spoj termočlánku je umístěn v teplotní komůrce (obr. 7.2). V tomto případě je použito vlastně dvou termočlánků (termočlánkové dvojice), kdy odpovídající kovy jsou navzájem spojeny.
V laboratorní úloze jsou přístroje zapojeny podle obr. 7.2.
Měřicí konec sledovaných termočlánků je umístěn v teplotní komůrce, která je vyhřívána odporovým topným tělískem. Příkon vytápění je nastavován a měřen digitálním programovatelným DC zdrojem HP E3632A. Teplota v komůrce ϑM je zjišťována termočlánkem typu J (železo-konstantan), který je připojen k 20-kanálovému multiplexeru umístěnému v měřicí ústředně HP 34970A. Ta provádí měření jednak teploty termočlánku ve °C, jednak termoelektrického napětí všech sledovaných termočlánků v mV. Srovnávací konec sledovaných termočlánků je uložen v masivním hliníkovém bloku jehož teplota je rovna teplotě okolí ϑS.
Připojením konců termočlánku k svorkám multiplexeru vznikají další přídavné termočlánky J1 a J2 - viz obr. 7.3. Jejich vliv je eliminován pomocí izotermického bloku ve kterém je přítomen kromě přídavných termočlánků J1 a J2 také teplotní senzor (odporový teploměr). Izotermický blok je elektrický izolant, ale dobrý vodič tepla. Teplota izotermického bloku je tedy rovna teplotě okolí ϑs a je shodná s teplotou srovnávacího konce sledovaných termočlánků.
Postup měření:
Zkontrolujeme zapojení přístrojů podle schématu na obr. 7.2. Zapneme počítač a měřicí ústřednu.
Spustíme soubor „termoclanek.vee“ umístěný na pracovní ploše počítače. Měření zahájíme tlačítkem start.
Po prvním automatickém proměření termoelektrického napětí všech pěti měřených termočlánků při teplotě okolí (cca 15 s po spuštění měření) zapneme zdroj a nastavíme napájecí napětí topných tělísek na 18 V.
V průběhu automatického měření pro zvolené teploty postupně zapisujeme podle pokynů učitele hodnoty termoelektrického napětí termočlánků.
Po dosažení teploty 200 ºC snížíme napájecí napětí na 0 V a vypneme zdroj.
V závěru chlazení použijeme ventilátor.
Naměřené hodnoty termoelektrického napětí termočlánků vyneseme do grafu Utn = f (ϑ).
Podle rovnice (7.5) provedeme korekci vypočtených hodnot Utn na nulovou teplotu srovnávacího konce termočlánku (buď ručně nebo pomocí programu MS Excel) a korigované hodnoty vyneseme do grafu Ut = f(ϑ).
Pro všechny termočlánky stanovíme konstanty A1 a A2 náhradní matematické funkce (rovnice 7.8) buď výpočtem ze dvou hodnot termoelektrického napětí Ut1 a Ut2, změřených při teplotách ϑl a ϑ2 nebo pomocí programu MS Excel (pomocí funkce přidat spojnici trendu) a zapíšeme jejich náhradní matematické funkce. Vypočtené náhradní funkce vyneseme do grafu Ut = f(ϑ).
Grafy:
Výpočty:
Kj = ΔUtn / Δ ν = 1,119/20,899 = 0,053
Kt = 0,04; Ke = 0,015; Kk = 0,04196; Kn = 0,0288
Ut = Utn + K . νs
Ut = -0,00388 + 0,053 . 24,315 = 1,2
Ut(102) = 4,1999 + 0,053 . 102,466 = 9,629
Ut(200) = 9,6 + 0,053 .200 = 20,2
Ut = A1 ν + A2 ν2
9,626 = A1 . 102 + A2 . 1022
20,2 = A1 . 200 + A2 . 2002
-17,594 = -200 . A1 – 20391 . A2
20,2 = 200 . A1 + 40000 . A2
2,6 = 19609 A2
A2 = 0,000132
9,26 = A1 . 102 + 0,000132 .1022
7,88 = A1 . 102
A1 = 0,077
Závěr:
V teplotním intervalu od 20 do 200 C se jeví nejvhodnějším termočlánek typu E (chromel – konstantan) a nejméně vhodným termočlánek typu N (chromel – kopel). Z výsledných grafických závislostí je zřejmé, že termočlánek typu E jeví v intervalu od 20 do 200 C největší nárůst termoelektrického napětí, naproti tomu termočlánek typu N jeví v intervalu od 20 do 200 C nejmenší nárůst termoelektrického napětí.
|
