Code: Select all
!Missing \endcsname inserted.Code: Select all
\documentclass[4paper,onecolumn,11pt]{article}
\usepackage[polish]{babel}
\usepackage[cp1250]{inputenc}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{qtimes,qcourier}
\usepackage{graphicx}
\frenchspacing
\author{przeprowadził i opracował: ja}
\title{Laboratorium Inżynierii Materiałowej \\Ćwiczenie 2: Elementy Termoelektryczne Pomiary }
\date{dzis}
\begin{document}
\maketitle
\section{Cel ćwiczenia}\label{sec:cel}
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami i podstawowymi charakterystykami elementów wykorzystujących zjawiska termoelektryczne. W ćwiczeniu tym badano dwa podstawowe zjawiska termoelektryczne: Seebecka i Peltiera.
\section{Przebieg pomiarów}\label{sec:Przebieg}
\subsection{Badanie termopar}\label{sec:termopary}
Termopara jest to jeden z najpopularniejszych elementów wykorzystujących zjawisko Seebecka. Termoparą nazywamy element składający się z dwóch różnych metali lub stopów połączonych ze sobą przy pomocy lutowania, spawania lub skręcania. Gdy złącze termopary znajduje się w innej temperaturze niż końce (zwane też końcami zimnymi) to pomiędzy nimi wytwarza się siła termoelektryczna. W małym zakresie temperatur wartość siły termoelektrycznej e jest proporcjonalna do różnicy temperatur spojeń: gorącego $T_{2}$ i zimnego $T_{1}$ i wyraża się wzorem (\ref{eq:wzor_a}).
\begin{equation}\label{eq:wzor_a}
e=\alpha(T_{2}-T_{1})
\end{equation}
Pierwszym punktem pomiarów było zbadanie charakterystyk $e = f(T)$ wybranych termopar:
\begin{itemize}
\item termopara żelazo-konstantan Fe-CuNi (typ J),
\item termopara chromel-alumel NiCr-NiAl (typ K).
\end{itemize}
Do zadawania wybranej temperatury na termoparze zastosowano kalibrator temperatury Jofra-Ametec ETC-400A, a napięcie wyjściowe mierzono z użyciem miernika uniwersalnego Metex M-4650. Na podstawie wyników pomiarów obliczono współczynniki termoelektryczne termopar J i K korzystając z wzoru (\ref{eq:wzor_b})
\begin{equation}\label{eq:wzor_b}
\alpha = \frac{U_2 - U_1}{T_2 - T_1}
\end{equation}
gdzie $T_2$ = 300 C, $T_1$ = 100 C, natomiast $U_2$ i $U_1$ to napięcia zmierzone w wymienionych temperaturach.
\subsection{Badanie termorezystorów}\label{sec:Badanie termorezystorów}
Kolejnym etapem ćwiczenia było badanie charakterystyk $R=f(T)$ termorezystorów. Najczęściej spotykanym typem termorezystora pomiarowego jest termorezystor platynowy Pt100, zwany też czujnikiem Pt100 (ang. 100 Pt RTD). Liczba podana po oznaczeniu materiału podaje rezystancję elementu przy temperaturze 0 C (rezystancję nominalną). Termorezystor Pt100 jest stosowany do pomiaru temperatur z zakresu -260 C do 750 C. Podczas ćwiczenia zbadano następujące termorezystory:
\begin{enumerate}
\item termorezystor Pt1000,
\item termorezystor Pt100.
\end{enumerate}
Do zadawania wybranej temperatury na termorezystorze zastosowano kalibrator temperatury Jofra-Ametec ETC-400A a rezystancję mierzono z użyciem miernika uniwersalnego Metex M-4650.
\subsection{Badanie termoelektrycznego modułu chłodzącego}\label{sec:Badanie termoelektrycznego modułu chłodzącego}
Termoelektryczny moduł chłodzący jest elementem, który wykorzystuje zjawisko Peltiera. Termoelektryczny moduł chłodzący jest pompą cieplną, która po wprowadzeniu do niej pewnej mocy przepompowuje ciepło w kierunku zależnym od kierunku prądu. Może on zatem pełnić zarówno rolę elementu chłodzącego jak i elementu ogrzewającego. Do jego wytworzenia stosuje się specjalne materiały półprzewodnikowe takie jak tellurek i selenek bizmutu domieszkowanych antymonem. Obecnie termoelektryczny moduł chłodzący wykorzystywany jest między innymi w optoelektronice, jako element chłodzący lasery półprzewodnikowe, w medycynie oraz w aparaturze laboratoryjnej. W trakcie ćwiczenia zbadano jeden termoelektryczny moduł chłodzący TMC-31. Układ termometru elektronicznego umieszczony w obudowie zestawu wytwarza napięcie proporcjonalne do temperatury czujników umieszczonych na spoinie zimnej i ciepłej. Zależność napięcia od temperatury dana jest wzorem %(\ref{eq:wzor_c})
\begin{equation}\label{eq:wzor_c}
[T] = U[V]100\frac{C}{V}
\end{equation}
Pomierzono temperaturę $T_4$ i $T_5$ (na spoinie zimnej i ciepłej) w funkcji natężenia prądu zasilania modułu. Pomiaru dokonano w zakresie od 0 do 2,0 A co 0,2 A.
Wyniki pomiarów oraz obliczeń przedstawiono w rozdziale \ref{sec:wyniki}, natomiast wnioski z pomiarów zamieszczno w rozdziale \ref{sec:wnioski}.
\section{Wyniki pomiarów}\label{sec:wyniki}
\subsection{Wyniki pomiarów termopar}\label{sec:wynikipt}
Badanie termopar przeprowadzaliśmy poprzez pomiar siły elektromotorycznej e w funkcji temperatury T. Pomiary siły elektromotorycznej przeprowadziliśmy dla zakresu temperatur 50 C - 400 C co 25 C. Wyniki pomiarów zawiera tablica \ref{tablica_a}
\begin{table}[h]\label{tablica_a}
\centering
\begin{tabular}[b]{|r|c|c|}
\hline
$T[C]$ & $e_1$ - typ J [mV] & $e_2$ - typ K [mV] \\
\hline
50 & 1,21 & 0,17 \\
75 & 2,15 & 0,3\\
100 & 3,12 & 0,44\\
125 & 4,1 & 0,6\\
150 & 5,05 & 0,75\\
175 & 5,95 & 0,92\\
200 & 6,96 & 1,09\\
225 & 7,93 & 1,27\\
250 & 8,9 & 1,45\\
275 & 9,93 & 1,65\\
300 & 10,99 & 1,85\\
325 & 12,06 & 2,06\\
350 & 13,12 & 2,26\\
375 & 14,18 & 2,48\\
400 & 15,3 & 2,7\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Siły elektromotoryczne badanych termopar w zakresie temperatur 50 C - 400 C.}
\end{table}
Na podstawie uzyskanych pomiarów wykonano wykres zależności $e_i=f(T)$ siły elektromotorycznej w funkcji temperatury. Wykres ten został wykonany w skali liniowo-liniowej (patrz rysunek \ref{fig:rys_a).
\begin{figure}[t]
\centering
\includegraphics[width=\linewidth]{Rysunek1}
\caption{ Wykres zależności siły elektromotorycznej od temperatury dla termopar typu J i K.}
\label{fig:rys_a}
\end{figure}
W oparciu o dane pomiarowe z punktu \ref{sec:wynikipt} przy wykorzystaniu metody najmniejszych kwadratów dokonano obliczeń współczynników badanych termopar oraz współczynników korelacji R. W wyniku obliczeń otrzymano następujące wartości poszczególnych parametrów:
\begin{enumerate}
\item termopara żelazo-konstantan Fe-CuNi (typ J),\\
$\alpha$= 7,3 V/C\\
R = 0,9975\\
\item termopara chromel-alumel NiCr-NiAl (typ K),\\
$\alpha$= 40,1 V/C\\
R = 0,9996\\
\end{enumerate}
Tymczasem wartości teoretyczne współczynników dla badanych termopar wynoszą odpowiednio:
\begin{enumerate}
\item termopara żelazo-konstantan Fe-CuNi (typ J)\\
\alpha= 6,4 V/C\\
R = 0,9975\\
\item termopara chromel-alumel NiCr-NiAl (typ K),\\
\alpha= 41,3 V/C\\
R = 0,9996\\
\end{enumerate}
Pomiędzy wartościami teoretycznymi współczynników a wartościami uzyskanymi z pomiarów istnieją pewne rozbieżności, ale są one na tyle niewielkie, że najprawdopodobniej są wynikiem pewnej niedokładności wykonania pomiarów (niedokładne mierniki, brak możliwości ustalenia idealnie dokładnej temperatury itp.). Można stwierdzić ostatecznie, że wyniki naszych pomiarów są bardzo zbliżone do wartości teoretycznej.
\subsection{Wyniki pomiarów termorezystorów}\label{sec:wynikiptw}
$\cdots$
\subsection{Wyniki pomiarów termoelektrycznego modułu chłodzącego}\label{sec:wynikiptmc}
$\cdots$
\section{Wnioski}\label{sec:wnioski}
Wyniki otrzymane doświadczalnie mogą odróżniać się od wartości teoretycznych. Jest to spowodowane różnego rodzaju błędami, jakimi obarczone są pomiary. Brak możliwości dokładnego ustawienia temperatury, standardowe błędy mierników, to niektóre przyczyny tych rozbieżności.
\end{document}
