Hőmérséklet » Termoelem

Jelenség leírása

Vashuzal és vörösrézhuzal felhasználásával készítsünk termoelemet! Érzékeny mérõmûszer segítségével vegyük fel a feszültség-hõmérséklet diagramot, majd mérjük meg a termoelemmel kezünk bõrfelületének hõmérsékletét!

Eszközök

digitális voltmérő, rézhuzal, vashuzal

Magyarázat

M. 270. Vashuzal és vörösrézhuzal felhasználásával készítsünk termoelemet! Érzékeny mérõmûszer segítségével vegyük fel a feszültség-hõmérséklet diagramot, majd mérjük meg a termoelemmel kezünk bõrfelületének hõmérsékletét!

(6 pont)

Közli: Bakonyi Gábor, Budapest

Megoldás.

A termoelem elkészítése. A termoelemet úgy készítettem el, hogy egy kb. 40 cm hosszúságú, 1 mm átmérõjû vasdrót végeit laposra kalapáltam, a lemezszerû végeket a drót mindkét végén kb. 5 mm-es darabon visszahajtva a keletkezett résekbe egy-egy 0,5 mm átmérõjû rézdrót végeit szorítottam, a vaslemezeket satuval a rézdrótra préseltem, majd a lemezek széleit ponthegesztõvel rögzítettem. A drótok végeit szigetelõszalaggal tekertem körbe. Így az 1. ábrának megfelelõen két érintkezési (,,forrasztási'') pontot sikerült létrehoznom (F1, F2).

1. ábra. A termoelem és a méréshez használt összeállítás vázlatos rajza

A mérés végrehajtása

1. A termoelem kalibrációja. A feszültségmérésekhez kétféle mérõmûszert használtam. Az egyik egy Metex M-4650 CR típusú digitális multiméter volt, amely 200 mV-os méréstartományában a 0,01 mV pontosságú méréseket tesz lehetõvé. A másik mûszer egy precíziós ,,Solartron 7071 Computing Voltmeter'' volt, amelynek felbontása a legérzékenyebb méréstartományban 0,01 \muV.

A rézdrótok P1 és P2 végeit a megfelelõ voltmérõ bemeneteihez csatlakoztattam az 1. ábrán bemutatott sémának megfelelõ módon. A mérõeszköz és a P1-P2 csatlakozási pontok a mérés során végig a laboratóriumnak megfelelõ T3 = (23,0 \pm0,2) oC hõmérsékletûek voltak.

A termoelem F2 forrasztási pontját egy darált jeget és vizet tartalmazó speciális Dewar-edénybe merítettem, amely T2 = (0,00 \pm0,05) oC-os hõmérsékletet biztosított. Az F1 forrasztási pontot egy Lauda RE106 típusú termosztát termosztálóközegébe merítettem (desztillált víz), amelynek T1 hõmérséklete 0,1 oC pontossággal szabályozható volt. A termosztát hõmérsékletét 0,0 és 55,0 oC-os hõmérsékletértékek között változtattam.

A mért adatokat az 1. táblázatban foglaltam össze.

T/oCU_{\text{Sol}}/\rm VU_{\text{Met}}/\rm mVT/oCU_{\text{Sol}}/\rm VU_{\text{Met}}/\rm mV
00,000 004 440,0032,50,000 408 030,40
50,000 061 930,0635,00,000 437 570,43
7,50,000 089 930,0937,50,000 468 760,46
10,00,000 123 860,1240,00,000 498,330,49
15,00,000 188 520,1845,00,000 557 430,55
20,00,000 251 920,2550,00,000 616 670,61
25,00,000 315 610,3155,00,000 676 530,67
30,00,000 377 180,37   

1. táblázat. A termosztát különféle T hõmérsékleténél leolvasott feszültségértékek

A mért értékek hibáját a Metex készülék esetében az eszköz felbontása határozta meg (\pm0,01 mV). A Solartron 7071 voltmérõ rendkívüli érzékenysége lehetõvé tette a leolvasott értékek statisztikai feldolgozását, amelynek alapján a feszültségadatok standard hibája nem volt nagyobb, mint \pm4,5 \muV.

A 2. ábrán a Solartron voltmérõvel mért adatokat mutatom be. Látható, hogy a mért pontok kitûnõen illeszkednek az U_{\text{Sol}}/\text{mV}=0{,}012\,34\cdot T+0{,}003\,09 egyenletû egyenesre. Az illeszkedés statisztikai adatai az ábrán láthatóak. Ha a pontokra másodfokú polinomot (parabolát) illesztünk, akkor annak egyenlete:


U_{\text{Sol}}/\text{mV}=-9{,}539\,14\cdot10^{-6}T^2+0{,}012\,86T-0{,}001\,17,

a másodfokú tag együtthatója láthatóan igen kicsi.

2. ábra. A Solartron 7071 voltmérõvel mért adatok az illesztett egyenessel

A 3. ábrán a Metex M-4650 CR voltmérõvel mért adatokat mutatom be. Látható, hogy a mért pontok kitûnõen illeszkednek az


U_{\text{Met}}/\text{mV}=0{,}01224\cdot T+1{,}484\,34\cdot10^{-4}

egyenletû egyenesre. Az illeszkedés statisztikai adatai az ábrán láthatóak. Ha a pontokra másodfokú polinomot (parabolát) illesztünk, akkor annak egyenlete: U_{\text{Met}}/\text{mV}=
-6{,}648\,83\cdot10^{-6}T^2+0{,}0126T-0{,}002\,82, a másodfokú tag együtthatója itt is nagyon kicsi.

3. ábra. A Metex M-4650 CR voltmérõvel mért adatok az illesztett egyenessel

2. A bõrfelületi hõmérséklet mérése. A bõrfelületi hõmérséklet mérését úgy hajtottam végre, hogy az F1 forrasztási pontot a mutató, a középsõ és a hüvelykujjam közé fogtam úgy, hogy a bõrfelületek teljesen befedjék.

A Solartron 7071 voltmérõvel mért értékek 1 perces átlaga U_{\text{Sol}}^{\text{B}}=
(0{,}446\pm0{,}005) mV a Metex voltmérõvel mért érték stabilan U_{\text{Met}}^{\text{B}}
=0{,}44 mV volt.

A mért értéket a kalibrációs egyenesek egyenletébe helyettesítve a bõrfelületi hõmérséklet a Solartron voltmérõvel mérve T_{\text{Sol}}^{\text{B}}=(35{,}89\pm0{,}15)~{}^\circC. A Metex voltmérõvel kapott érték T_{\text{Met}}^{\text{B}}=36~{}^\circC. (A másodfokú polinomok egyenletébõl is hasonló értékeket kapunk.)

A bõrfelület hõmérsékletére a kétféle mûszerrel végzett mérés alapján a (35,9\pm0,2) oC értéket fogadhatjuk el.

Láng Marcell (Budapest, ELTE Apáczai Csere J. Gyak. Gimn., 9. évf.)

Szerzők

  • Gnadig Péter

Forrás, irodalom, hivatkozás

  • Bakonyi Gábor
  • Láng Marcell
  URI STRING  
/show/270/F-E-B
  CLASS/METHOD  
show/index
  MEMORY USAGE  
627,920 bytes
  BENCHMARKS  
Loading Time Base Classes  0.0012
Controller Execution Time ( Show / Index )  0.0253
Total Execution Time  0.0265
  GET DATA  
No GET data exists
  POST DATA  
No POST data exists
  DATABASE:  kiserletek   QUERIES: 9   
0.0007   INSERT INTO `sessions(`session_id`, `ip_address`, `user_agent`, `last_activity`) VALUES ('1d13cf5be425b7842750ca27416b7821''52.91.185.49''CCBot/2.0 (https://commoncrawl.org/faq/)'1544959843) 
0.0009   SELECT `label`, trim(item) as item
FROM 
(`categories`) 
0.0010   SELECT *
FROM (`experiments`)
WHERE `eid` = '270' 
0.0014   SELECT *
FROM (`exp_kwd`)
JOIN `keywordsON `keywords`.`path`=`exp_kwd`.`path`
WHERE `eid` = '270' 
0.0007   SELECT *
FROM (`exp_cat`)
JOIN `categoriesON `categories`.`label`=`exp_cat`.`label`
WHERE `eid` = '270' 
0.0005   SELECT `name`
FROM (`materials`)
WHERE `eid` = '270' 
0.0008   SELECT `source`
FROM (`sources`)
WHERE `eid` = '270' 
0.0012   SELECT *
FROM (`exp_authors`)
JOIN `authorsON `exp_authors`.`monogram`=`authors`.`monogram`
WHERE `exp_authors`.`eid` = '270' 
0.0011   SELECT *
FROM (`media`)
JOIN `media_typeON `media_type`.`format`=`media`.`format`
JOIN `exp_mdaON `media`.`mid` = `exp_mda`.`mid`
WHERE `exp_mda`.`eid` = '270'