Исследование характеристик термоэлектрических преобразователей и термометров сопротивления. Лабораторная работа ти 3 "И сследование характеристик термоэлектрических преобразователей и термометров сопротивления "
 Скачать 131.06 Kb.
|
1 2 4. Обработка результатов В ходе работы было достоверно снято только два измерения напряжения на термоэлектрических преобразователях при разных температурах, как и сопротивлений на термометрах сопротивления. Благодаря этому и известной температуре воздуха в лаборатории – 20 ºC, стало возможным вычисление коэффициентов k для каждого прибора по формулам (1) и (2):  (1) (2)где E –напряжение на выходах термоэлектрических преобразователей при измерении ими нагретого до температуры t+Δt тела, где t – комнатная температура; R – разность сопротивлений при температурах, измеряемых термометром сопротивления t+Δt и tсоответственно.  Рисунок 2 – График статической характеристики датчика ДТПK: зависимости напряжения между его спаями E от температуры t.  Рисунок 3 – График статической характеристики датчика ДТПL: зависимости напряжения между его спаями E от температуры t.  Рисунок 4 – График статической характеристики датчика ДТC 50M: зависимости сопротивления проволоки R от температуры t.  Рисунок 5 – График статической характеристики датчика ДТC 100Pt: зависимости сопротивления проволоки R от температуры t. Знание коэффициента k позволяет нам вычислить скачок температуры Δtдля вычисления постоянных времени характеристик. Он определяется по формулам (3) и (4):  (3) (4)Также мы можем измерить сдвиг измерений напряжения ΔE от 0 ºC, используя формулу (5):  (5)где t – температура воздуха в лаборатории в ºC. Теперь вычислим постоянные времени датчиков по формулам (6) и (7):  (6) (7)Занесем все полученные для каждого прибора результаты в таблицы 1-4, усреднив результаты по всем вычислениям. Теперь построим требуемые по заданию графики динамической характеристики каждого прибора аппроксимируя экспериментальные точки.  Рисунок 6 – График динамической характеристики датчика ДТПK: зависимости напряжения между его спаями E от времени τ  Рисунок 7 – График динамической характеристики датчика ДТПL: зависимости напряжения между его спаями E от времени τ  Рисунок 8 – График динамической характеристики датчика ДТС 50М: зависимости сопротивления проволоки R от времени τ  Рисунок 9 – График динамической характеристики датчика ДТС Pt100: зависимости сопротивления проволоки R от времени τ Теперь рассчитаем E термоэлектрических преобразователей и R термометров сопротивления для разных моментов времени по формулам (8) и (9): 𝑅=𝑘𝑅𝛥𝑡𝑒−𝜏𝛥𝜏, (8) 𝐸=𝑘𝐸𝛥𝑡𝑒−𝜏𝛥𝜏, (9) Результаты расчетов приведены в таблице 5. Таблица 5 Результаты вычислений показаний датчиков для трех моментов времени.
Рассчитаем неопределенности измерений мультиметра и как для цифрового прибора по формуле (10):  (10)где ∂1 — неопределенность отсчета измеряемой величины x, %; ∂2 — неопределенность полного диапазона измерений M, %. Неопределенность полного диапазона измерения мультиметра равна 0,5, а максимальное значение диапазона измеряемой величины равно 100 мВ или 400 Ом, т.е. ∂2=0,5%, а ∂1, равная единице, деленной на максимально возможное значение, показанное дифференциальным манометром, ∂1=0,1% или ∂1=0,025%. Имея несколько измерений x, рассчитаем несколько значений uдля каждого прибора по формуле (11) и, предварительно усреднив, занесем их в таблицу 6. Таблица 6. Результаты вычислений средних неопределенностей измерений R и E мультиметром.
Теперь рассчитаем неопределенности измерений температуры каждым из четырех датчиков по формулам (11) и (12):  (11) (12)где ukE=0,01 мВ/ºС, ukR=0,01 Ом/ºС, и занесем усредненные результаты в таблицу 7. Таблица 7. Усредненные неопределенности измерения температуры каждым из четырех датчиков.
Точность измерения температуры при помощи термоэлектрических преобразователей выше, чем точность измерения температуры при помощи термометров сопротивления. Это связано с формулой для неопределенности, в которую входит полное сопротивление вещества. В реальном эксперименте свою лепту вносят и два проводника-вывода, тоже имеющие свое сопротивление, ибо оно тоже определяется с некой приборной неопределенностью. Платиновый термометр сопротивления оказался намного точнее медного, что подтверждает правильность проведения эксперимента. 5. Вывод Результаты измерений и обработки данных незначительно расходятся с табличными значениями, на что могли повлиять недостаточная точность измерительных приборов, вследствие чего они не зафиксировали свою температуру и данные получались искажёнными. Подводя итог, можно сказать, что неопределенности измерений температуры можно уменьшить, как используя все более и более точные приборы для измерений сопротивления и напряжения на датчиках, так и находя материал, имеющий лучшее соотношение сопротивления при температуре среды к его чувствительности kR. Можно сказать, что эти два типа датчиков дополняют друг друга: термоэлектрические преобразователи будут очень точно измерять относительно низкий диапазон температур, а термометры сопротивления – высокий. Санкт-Петербург 2021 1 2 |
