Sprawozdanie TermodynamikaPpomiar Temperatury.docx

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z metodami pomiaru temperatury.

2. Wstęp teoretyczny:

Pomiar temperatury może zostać zrealizowany na wiele sposobów. Dobór metody zależy od interakcji pomiędzy czujnikiem temperatury a badanym ciałem. Możemy wyróżnić :

- metody kontaktowe – wymagają bezpośredniego fizycznego kontaktu czujnika z badanym ciałem, do takiego pomiaru służą czujniki zwane termometrami,

- metody bezkontaktowe – pomiar odbywa się poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego ( cieplnego) emitowanego przez ciało.

Termometry możemy podzielić w zależności od sposobu działania na:

- cieczowe – ( np. rtęciowy, alkoholowy ) wykorzystują one zjawisko rozszerzalności temperaturowej cieczy ( w miarę ogrzewania zwiększają objętość ),

- bimetalowe – wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieplnej metali ( dwa metale połączone ze sobą rozciągają się nierównomiernie wyginając się),

- gazowe – działanie opiera się na rozszerzalności temperaturowej gazu, mierzymy zmianę objętości przy stałym ciśnieniu lub zmianę ciśnienia przy stałej objętości,

- dylatacyjne – wykorzystują zjawisko zmiany długości pręta z odpowiedniego materiału pod wpływem temperatury,

- rezystancyjne – zasada ich działania opiera się na pomiarze zmiany oporu elektrycznego materiału przewodzącego, zachodzące pod wpływem zmiany jego temperatury ( wyróżniamy oporniki: metalowe i półprzewodnikowe – termistory),

- termoelektryczne – ( termopary) korzystają ze zjawiska Seebecka – mierzona jest tu siła elektromotoryczna powstała w obwodzie złożonym z dwóch różnych drutów (np. platynowego i rodowego), których miejsca połączenia znajdują się jedno w temperaturze mierzonej, a drugie w temperaturze odniesienia. Siła ta jest proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Odznaczają się dużą dokładnością i elastycznością konstrukcji.

Drugą grupę stanowią bezdotykowe przyrządy do pomiaru temperatury, takie jak np. pirometry. Pirometr jest bezdotykowym optycznym urządzeniem odbierającym promieniowanie cieplne ( radiacyjne) obiektu i służące do pomiaru temperatury powierzchni tego obiektu. Tym samym jest to pewien rodzaj termometru, a dokładniej termometru radiacyjnego. Pirometr składa się z:

- systemu optycznego skupiającego promieniowanie na detektorze,

- detektora – zamieniającego bodziec (promieniowanie) na proporcjonalną wartość parametru prądu ( napięcie, natężenie, opór),

- układu pomiarowego z wyświetlaczem/wskaźnikiem,

Podział pirometrów:

- pirometry optyczne – ( radiacyjne ) reagują na całkowite promieniowanie – w całym widmie częstotliwości fal termicznych. Promieniowanie termiczne wnika przez przesłonę do pirometru, gdzie za soczewką zostaje skupione na powierzchni aktywnej detektora. Dodatkowy układ optyczny pozwala na śledzenie przez operatora powierzchni o mierzonej temperaturze,

- pirometry fotoelektryczne – ( pasmowe ) działają podobne do optycznych z tą różnicą, że ograniczają promieniowanie padające na detektor do wąskiego zakresu fal – eliminując zakłócenia spowodowane gazami jakie promieniowane napotyka na swojej drodze,

- pirometry monochromatyczne – pomiar polega wyizolowaniu fal emitowanych przez badane ciało (określonej długości) i porównaniu ich z falami tej samej długości, emitowanymi przez włókno o regulowanej temperaturze – gdy włókno przestanie być widoczne na tle promieniowania ciała badanego, odczytujemy jego temperaturę,

- pirometry dwubarwowe – wykorzystują zjawisko zmiany stosunku natężenia dwóch barw promieniowania emitowanego przez ciało ( najczęściej czerwonej i zielonej), stosunek ten zmienia się wraz z ze zmianą temperatury,

Termometry specjalne:

- termometr lekarski – wyskalowany w wąskim przedziale wokół 37°C,

- termometr meteorologiczny – zespół dwóch termometrów ( maksymalnego i minimalnego),

- termometr zaokienny – wyskalowany od -50 do +50 °C,

- termometr pokojowy – wyskalowany od 0 do 40°C

- termometr laboratoryjny – zazwyczaj od 0 do 150°C,

- termometry przemysłowe - przeznaczone do pomiarów temperatury w urządzeniach stosowanych w różnych dziedzinach przemysłu,

Wzorcowanie i sprawdzanie termometrów:

Wzorcowaniem ( kalibracją ) nazywamy ogół czynności prowadzących do wyznaczenia relacji 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 wzorowaniu opieramy się na stałych pinkach termodynamicznych (temperatura topniejącego lodu - 0°C oraz wrzenia wody pod ciśnieniem 1025,13 hPa - 100°C) i punktów stałych pomocniczych ( temperatur krzepnięcia, topnienia, wrzenia czy sublimacji substancji łatwych do otrzymania w stanie czystym). Zazwyczaj sprawdzany termometr umieszczamy w urządzeniu o regulowanej temperaturze, określonej za pomocą termometru wzorcowego. Następnie wyznaczamy temperatury odniesienia z których będziemy korzystać. Ogrzewając termometr wzorcowany (sprawdzany) notujemy jego wskazania i odpowiadające mu wskazania termometru wzorcowego (sprawdzamy zgodność wskazań). Na podstawie otrzymanych wyników możemy wykreślić charakterystykę termometru wzorcowanego i wykreślić dla niego skalę/podziałkę ( stwierdzamy czy wskazania są zgodne, jeżeli nie są możemy termometr wzorcować ponownie lub wycofać z użytku ).

Metodyka prowadzenia pomiaru temperatury.

Dobór urządzenia pomiarowego:

- wybranie odpowiedniego sposobu pomiaru,

- dobór odpowiedniego urządzenia pomiarowego,

- dobór odpowiedniego zakresu urządzenia pomiarowego,

- dobór odpowiedniej dokładności urządzenia pomiarowego,

- dobór pozostałych właściwości urządzenia pomiarowego (stałej czasowej, bezwładności cieplnej, specjalnych uwarunkowań jak np.: odporność na atmosferę utleniającą/żrącą)

- dobór urządzenia ze względu na wpływ jaki wywrze on na temp. badanego ciała/czynnika,

Czynniki brane pod uwagę w czasie samego pomiaru:

- mierzymy temperaturę wewnątrz ciała, nie powierzchni (jeżeli zachodzi taka potrzeba termometr należy umieścić w wydrążonym otworze),

- czynnik, którego temperaturę mierzymy powinien pozostać w spoczynku ( należy zastosować odpowiedni zbiornik, lub osłony głowicy pomiarowej),

- podczas pomiarów temperatury cieczy i gazów musimy wziąć pod uwagę zjawisko konwekcji ( mierzymy temp. na kilku poziomach i wyciągamy średnią, lub mieszamy czynnik przed pomiarem),

- pomiar powinien być powtarzalny,

3. Wyniki pomiarów: