Wyznaczanie wspolczynnika temperaturowego rezystywnosci metali.pdf
(
522 KB
)
Pobierz
U
niwersytet
T
echnologiczno-
P
rzyrodniczy
w Bydgoszczy
W
ydział
T
elekomunikacji i
E
lektrotechniki
Z
akład
E
lektroenergetyki
Laboratorium In
Ŝ
ynierii materiałowej
Instrukcja do
ć
wiczenia:
Wyznaczanie współczynnika temperaturowego rezystywnoŚci
metali
(wersja „beta” – proszĘ o uwagi do instrukcji)
Opracowali
dr in
Ŝ
. Maria Derecka, mgr in
Ŝ
. Sebastian Zakrzewski
Bydgoszcz, 2012 r.
Wyznaczanie współczynnika temperaturowego rezystywności metali (wersja „beta”)
I. Cel ćwiczenia
02.03.10
Celem
ćwiczenia jest poznanie zaleŜności rezystywności materiałów przewodzących od
temperatury, wielkości liczbowych charakteryzujących pod tym względem poszczególne materiały
oraz zapoznanie się ze znaczeniem tego zjawiska w technice i jego wykorzystaniem.
II. Podstawowe wiadomości
NaleŜy przypomnieć sobie następujące zagadnienia omawiane na wykładach:
•
mechanizm przewodzenia prądu w metalach;
•
wpływ takich czynników jak temperatura, domieszki i zniekształcenia siatki krystalicznej
wskutek zgniotu na rezystywność materiałów przewodzących.
ZaleŜność rezystywności R od temperatury
T
w przedziale temperatur wokół temperatury 293
K (20°C) dla większości metali moŜna w dostatecznie dokładny sposób opisać rozwinięciem w
szereg Taylora o postaci
(
)
R
=
R
1
+
A
T
(1a)
T
293K
gdzie R
T
– rezystywność w temperaturze
T,
Wm;
R
293K
– rezystywność w temperaturze 293
K
,
Wm;
A
-
współczynnik temperaturowy rezystywności, 1/K,
- przyrost temperatury ponad temperaturę
(
)
D
=
T
−
293
293 K.
Jak widać, temperatura 293 K (20°C) i wartość rezystywności w tej stanowią „punkt odniesie-
nia” dla wyznaczania rezystywności w innych temperaturach.
W równie częstym uŜyciu jest wyraŜenie, w którym „punktem odniesienia” są temperatura 273
K (0°C) i wartość rezystywności w tej temperaturze
(
)
R
=
R
1
+
A
T
(1b)
T
273K
gdzie R
T
– rezystywność w temperaturze
T
, Wm; R
273K
– rezystywność w temperaturze 273 K, Wm; A -
współczynnik temperaturowy rezystywności, 1/K,
(
)
- przyrost temperatury ponad temperaturę
D
=
T
−
273
273 K.
Wzrost rezystywności wraz z temperaturą jest przyczyną wzrostu rezystancji toru prądowego,
zgodnie z wyraŜeniem (2a) i (2b)
(
)
R
T
=
R
1
+
A
T
(2a),
293K
(
)
R
T
=
R
1
+
A
T
(2b),
273K
R
,
gdzie R – rezystancja toru prądowego, W; l - - jego długość, m; s - przekrój toru prądowego,
R
=
gdyŜ
ls
mm
2
.
W tabeli 1 przedstawiono wartości współczynników temperaturowych A
dla wybranych mate-
riałów przewodzących.
Tabela 1.
Wartości współczynnika temperaturowego A
dla wybranych materiałów przewodzących
materiał przewodzący
A
293K
materiał przewodzący
A
293K
-
1/K
-
1/K
3,90×10
-3
0,03×10
-3
Miedź
Mangan
4,10×10
-3
0,034×10
-3
Aluminium
Konstantan
Ołów
4,00×10
-3
Nikielina
0,23×10
-3
4,40×10
-3
1,00×10
-3
Cyna
śeliwo
5,00×10
-3
0,20×10
-3
śelazo
Chromonikielina
1
Wyznaczanie współczynnika temperaturowego rezystywności metali (wersja „beta”)
Popularne materiały przewodowe mają wartość współczynnika temperaturowego A
taką, Ŝe
zmiana temperatury o kaŜde 10°C powoduje zmianę rezystancji toru prądowego o ok. 4% rezy-
stancji w temperaturze odniesienia (
proszę zastanowić się, jakie ma to znaczenie w elektroenerge-
tyce, przy przesyłaniu energii elektrycznej
).
Są teŜ materiały o wyjątkowo małej wartości współczynnika temperaturowego A
.
To jest szcze-
gólnie poŜądane w pewnych zastosowaniach tych materiałów, takich jak np. elementy w układach
pomiarowych (które powinny być przecieŜ niewraŜliwe na temperaturę otoczenia).
Proszę zasta-
nowić się, dlaczego poŜądana jest takŜe mała wartość współczynnika temperaturowego
A
w przy-
padku pieców rezystancyjnych z elementami grzejnymi metalowymi, szczególnie gdy są to urzą-
dzenia o duŜej mocy i pracujące w szerokim zakresie temperatur.
Zmienność rezystywności metali wraz z temperaturą jest teŜ wykorzystana do pomiaru tempe-
ratury. W tej dziedzinie stosuje się takie materiały jak miedź (Cu), nikiel (Ni) i platyna (Pt). Mie-
rząc zmianę rezystancji czujnika temperatury moŜna wywnioskować o przyroście tej temperatury
ponad 273 K (0°C). W częstym uŜyciu są czujniki o rezystancji odniesienia w temperaturze 0°C
równej 100 W, na przykład Cu100, Ni100, Pt100. ZaleŜność rezystywności od temperatury w za-
stosowaniu do pomiaru temperatury jest nazywana
charakterystyką termometryczną
. W odniesie-
niu do czujników Cu100, Ni100, Pt100 jest podawana w normach technicznych.
A czy w tych za-
stosowaniach chcielibyśmy aby wartość współczynnika
A
była duŜa czy mała?
III. Układ pomiarowy
Na rysunku 1. przedstawiono urządzenie do badania zaleŜności rezystywności materiałów
przewodzących od temperatury, które będzie uŜyte w pierwszej części ćwiczenia. Zmiana tempera-
tury materiałów poddawanych badaniu będzie spowodowana podgrzaniem naczynia z olejem
umieszczonego na płytce grzejnej.
Rys. 1. Urządzenie do badania wpływu temperatury na wartość rezystancji metali. Objaśnienia: 1, 2, 3, 4 -
zaciski elektryczne do których są dołączone próbki badanych metali, 5 - naczynie z olejem transformatoro-
wym, 6 - pokrywa, 7 – czujnik temperatury (termoelement), 8 – miernik temperatury
Do zacisków 1, 2, 3 i 4 zamocowanych w pokrywie 6 naczynia 5 dołączone są za pośrednic-
twem grubych (o duŜej powierzchni przekroju) - niskorezystancyjnych przewodów końcówki
trzech odcinków badanych przewodów. Rezystancja odcinka przewodu dołączonego do zacisków
1-4 została oznaczona
R
14
i analogicznie zostały oznaczone rezystancje
R
23
oraz
R
34
.
Odcinki badanych przewodów zanurzone są w oleju transformatorowym wypełniającym na-
czynie 5. Temperaturę oleju, wskazuje miernik temperatury 8 współpracujący z czujnikiem termo-
elektrycznym typu K (nikiel chrom – nikiel aluminium) zamocowanym w pokrywie 6 naczynia 5.
Pomiarów rezystancji naleŜy dokonać za pomocą technicznego mostka Wheatstone'a.
Na rysunku 2. przedstawiono układ do wyznaczania charakterystyki termometrycznej czujnika
temperatury Pt100.
2
Wyznaczanie współczynnika temperaturowego rezystywności metali (wersja „beta”)
Badany czujnik temperatury Pt100 jest umieszczony w cynie, która wypełnia piec tyglowy. Do
pomiaru temperatury cyny uŜyto układu składającego się z termoelementu typu K (nikiel chrom -
nikiel aluminium) i miernika cyfrowego.
Rys. 2. Urządzenie do badania charakterystyki termometrycznej rezystora termometrycznego Pt100
IV. Przebieg ćwiczenia
Na rys. 3 przedstawiono wygląd stanowiska. Przed przystąpieniem do pomiarów uruchomić
program EXCEL. Przygotować arkusz do wpisywania wyników badań.
naczynie z próbkami rezystancyjnymi
miernik temperatu-
ry
piec tyglowy
cyfrowy
miernik
rezystancji
mostek Wheatstone’a
Rys. 3. Wygląd stanowiska
IV.1. Badania zaleŜności rezystywności materiałów przewodzących od temperatury
Łącząc kolejno zaciski 1- 4, 2 - 3, 3 - 4 znajdujące się na pokrywie 6 naczynia 5 (rys. 1.) z za-
ciskami pomiarowymi mostka Wheatstone’a MW - 4 dokonać pomiaru rezystancji
R
14
,
R
23
oraz
R
34
. Wyniki pomiarów rezystancji zanotować w kolumnach 2, 3 i 4 tabeli 3, a w kolumnie 5 umie-
ścić wartość temperatury
T
1
. Następnie włączyć płytkę grzejną i ogrzewać naczynie z olejem aŜ do
osiągnięcia temperatury około 70°C. Wyłączyć zasilanie płytki grzejnej. Po osiągnięciu przez olej
temperatury 80°C ponownie dokonać pomiaru rezystancji
R
14
,
R
23
oraz
R
34
. Wyniki tych pomiarów
zanotować w tabeli 2.
Uwaga
: w kolumnie 5 tabeli 3 naleŜy podawać temperatury odczytane dokładnie w chwili po-
miarów rezystancji
R
14
,
R
23
oraz
R
34
.
Tabela 2.
Pomiary rezystancji i temperatury
R
14
R
23
R
34
T
Lp.
Uwagi
W
W
W
K
1
2
3
4
5
6
3
Wyznaczanie współczynnika temperaturowego rezystywności metali (wersja „beta”)
IV.2. Badania charakterystyki termometrycznej
Zmierzyć temperaturę w piecu i odczytać wartość rezystancji badanego czujnika Pt100. Wyni-
ki wpisać do tabeli 3. Włączyć piec. W dostępnym zakresie temperatur (nie przekraczając 300°C)
zebrać wartości rezystancji czujnika w kolejnych temperaturach.
Tabela 3.
W
y
znaczanie charakte
r
ystyki termometryczn
e
j czujnika Pt100
Zmierzona rezy-
stancja
R
Wartość rezystan-
cji z charakterysty-
ki termometrycznej
R
Temperatura czujnika
T
Lp.
W
W
°C
V. Opracowanie wyników badań
V.1.
Badania zaleŜności rezystywności materiałów przewodzących od temperatury
Na podstawie zaleŜności (2a) lub (2b) zapisanych dla dwóch róŜnych wartości temperatury ob-
liczyć wartość współczynnika temperaturowego A kaŜdego z odcinków badanych materiałów prze-
wodowych. Zidentyfikować badane materiały porównując obliczone współczynniki temperaturowe
z podanymi w literaturze i tabeli 1. Wpisać ich nazwy w odpowiednich wierszach kolumny „Uwa-
gi”.
V.2.
Badania charakterystyki termometrycznej
Sporządzić wykres odcinka charakterystyki termometrycznej czujnika Pt100 w zakresie tempe-
ratur osiągalnych podczas badania. Porównać z wartościami charakterystyk termometrycznej ujętej
w normie PN-EN 60751:2009
Czujniki platynowe przemysłowych termometrów rezystancyjnych i
platynowe czujniki temperatury
.
Literatura
[1] Celiński Z.: Materiałoznawstwo elektrotechniczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,
Warszawa, 2005 r.
[2] Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: Termometria. Przyrządy i metody (wyd. III), wyd. PŁ,
1998
4
Plik z chomika:
megaq33
Inne pliki z tego folderu:
Badanie materialow ferromagnetycznych.pdf
(662 KB)
Badanie rezystywnosci materialow przewodzacych i izolacyjnych.pdf
(230 KB)
Bieganie metodą Gallowaya. Ciesz się dobrym zdrowiem i doskonałą formą.pdf
(1033 KB)
Badanie wytrzymalosci elektrycznej papieru.pdf
(280 KB)
Lisowskipopr.pdf
(5292 KB)
Inne foldery tego chomika:
bhp
Elektrotechnika B.Płachta
ergonomia R.Wiatr
fizyka
Geom. i Grafika Inżynieryjna dr inż.R.Wiatr
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin