Украинцева_термопара. Лабораторная работа по дисциплине Информационные технологии и системы диагностирования при производстве и ремонте подвижного состава

• Название: Лабораторная работа по дисциплине Информационные технологии и системы диагностирования при производстве и ремонте подвижного состава
• Дата: 11.11.2019
• Размер: 1.17 Mb.
• Имя файла: Украинцева_термопара.docx
• Тип: Лабораторная работа; #94526
• страница: 3 из 3

Рисунок 4 – Термоэлектрический генератор, состоящий из материалов с различными коэффициентами Зеебека (p- и n полупроводников)

Величина возникающей термо-ЭДС в первом приближении зависит только от материала проводников и температур горячего (T₁) и холодного (T₂) контактов.

В небольшом интервале температур термо-ЭДС E можно считать пропорциональной разности температур:



где α₁₂ – термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термо-ЭДС).

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими:

1. Различная зависимость средней энергии электронов от температуры в различных веществах

Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объёмной ЭДС.

2. Различная зависимость от температуры контактной разности потенциалов.

Контактная разность потенциалов вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников.

На контакте тем самым существует электрическое поле, локализованное в тонком приконтактном слое. Если составить замкнутую цепь из двух металлов, то U возникает на обоих контактах. Электрическое поле будет направлено одинаковым образом в обоих контактах – от большего F к меньшему. Это значит, что если совершить обход по замкнутому контуру, то в одном контакте обход будет происходить по полю, а в другом — против поля. Циркуляция вектора Е тем самым будет равна нулю.

3 Порядок выполнения работы

1. 
   Ознакомиться с принципами работы приборов измерения температуры по данным таблицы 2;
   
2. 
   Наполнить один из сосудов Дьюара (рисунок 2) льдом, а другой – водой, доведенной до кипения;
   
3. 
   Холодный спай термопары опустить в сосуд с тающим льдом, а другой – в горячую воду, температуру которой надо измерить; зафиксировать значения ЭДС по показаниям милливольтметра в начальный и последующие моменты времени. Для этого необходимо установить предел вольтметра на 15 mV (рисунок 3). Значит вся шкала равна 15 mV, а цена деления при этом – 0,1 mV. Чтобы зафиксировать ЭДС нужно на приборе посмотреть отклонение стрелки и умножить полученное значение на 0,1. Например, 25∙0,1=2,5 mV. Временной интервал измерений принять равным 5 минутам, количество опытов – 3;
   
4. 
   Пользуясь градуировочной таблицей определить значение температуры горячей воды t_гор. Например, полученное значение ЭДС составляет 2,5 mV, следовательно, t_гор=61 ˚C (см. табл. 6);
   
5. 
   Результаты измерений свести в таблицу 5;
   
6. 
   По результатам измерений построить график зависимостей термо-ЭДС и температуры горячего спая от времени (рис. 5);
   
7. 
   Произвести расчет абсолютной и относительной погрешностей (см.пункт 4).
   
8. 
   По результатам расчета пункта 4 сделать вывод о точности измерения данного прибора с погрешностью ±1˚С.
   

Таблица 5 – Результаты измерений

Время τ, мин	Опыт №1		Опыт №2			Опыт №3
	ЭДС mV, В	Температура Tгор, °С	ЭДС mV, В	Температура Tгор,°С	ЭДС mV, В		Температура Tгор,°С
0	2,2	54	1,3	33	2,7		66
1	2,3	56	1,1	28	2,6		63
2	2,3	56	1,1	28	2,5		61
3	2,0	50	1,1	28	2,4		59
4	1,9	47	1,1	28	2,3		57
5	1,8	45	1,1	28	2,3		56

Таблица 6 – Градуировочная таблица термопары

t, °С	Термо-эдс (ТЭДС), мВ
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0.000	0.039	0.078	0.117	0.156	0.195	0.234	0.273	0.312	0.352	0.391
10	0.391	0.431	0.470	0.510	0.549	0.589	0.629	0.669	0.709	0.749	0.790
20	0.790	0.830	0.870	0.911	0.951	0.992	1.033	1.074	1.114	1.155	1.196
30	1.196	1.238	1.279	1.320	1.362	1.403	1.445	1.486	1.528	1.570	1.612
40	1.612	1.654	1.696	1.738	1.780	1.823	1.865	1.908	1.950	1.993	2.036
50	2.036	2.079	2.122	2.165	2.208	2.251	2.294	2.338	2.381	2.425	2.468
60	2.468	2.512	2.556	2.600	2.643	2.687	2.732	2.776	2.820	2.864	2.909
70	2.909	2.953	2.998	3.043	3.087	3.132	3.177	3.222	3.267	3.312	3.358
80	3.358	3.403	3.448	3.494	3.539	3.585	3.631	3.677	3.722	3.768	3.814
90	3.814	3.860	3.907	3.953	3.999	4.046	4.092	4.138	4.185	4.232	4.279

График зависимости термо-ЭДС и температуры горячего спая от времени приведены на рис.5.



Рисунок 5 – График зависимости термо-ЭДС и температуры горячего спая от времени
4 Расчет погрешностей

Среднее значение:



Абсолютная погрешность:



Относительная погрешность:

№ опыта	Среднее значение , °С	Абсолютная погрешность	Относительная погрешность
1	51,33	4	0,0779
2	28,83	1,05	0,0364
3	60,33	3	0,0497

Вывод: в ходе данной лабораторной работы изучили конструкцию и принцип действия приборов для измерения температуры, а также определили изменение температуры объекта с помощью термопары, изучили эффект Зеебека.

Определить отношение: