ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΜΕ ΘΕΡΜΙΣΤΟΡ ΕΠΩΝΥΜΟ ΟΝΟΜΑ Α.Μ. ΤΜΗΜΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ:.... /..../ 20.. ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ:.... /..../ 20.. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.
ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ της εργαστηριακής άσκησης είναι η μέτρηση θερμοκρασίας με θερμίστορ. Για την υλοποίηση της άσκησης χρησιμοποιήσαμε ένα θερμίστορ και μια διάταξη γέφυρας Wheatstone. ΣΤΟΧΟΙ η κατανόηση της αρχής λειτουργίας ενός θερμίστορ η κατανόηση του φαινομένου της αυτοθέρμανσης κατά την μέτρηση της θερμοκρασίας με θερμίστορ η μέτρηση θερμοκρασίας με την χρήση θερμίστορ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Βήμα 1-4). Υλοποιήσαμε το κύκλωμα του σχήματος 5.1. Ξεκινώντας από τα 0V αυξήσαμε την τάση του τροφοδοτικού σιγά-σιγά επιδιώκοντας να επιτύχουμε ρεύματα στο κύκλωμα περίπου 1, 2, 4, 10 και 20mA. Για κάθε ρεύμα I που επιτυγχάναμε, περιμέναμε 1min και μετά το ξαναμετρούσαμε. Το νέο ρεύμα το καταχωρούσαμε τώρα σαν I και ταυτόχρονα μετρούσαμε και την τάση V στα όρια του θερμίστορ. Σχήμα 5.1 Πραγματοποιήσαμε την παραπάνω διαδικασία δύο φορές A) μια με το θερμίστορ ελεύθερο στον πάγκο, και B) μια με το θερμίστορ μέσα στο Δοχείο Βαθμονόμησης (μαζί με νερό) Οι μετρήσεις που πήραμε φαίνονται στον παρακάτω πίνακα 5.1. Σκοπός αυτών των μετρήσεων είναι να παρατηρήσουμε και μελετήσουμε το φαινόμενο της αυτοθέρμανσης του θερμίστορ. τις δύο τελευταίες στήλες του πίνακα 5.1 υπολογίσαμε την αντίσταση του θερμίστορ καθώς και την ισχύ που καταναλίσκεται πάνω του σε κάθε περίπτωση. - 1 -
Με το θερμίστορ ελεύθερο στον πάγκο I (ma) V (Volt) I (ma) 1 2 4 10 15 20 V R = (ΚΩ) P = V I (mw) I Με το θερμίστορ μέσα στο δοχείο βαθμονόμησης I (ma) V (Volt) I (ma) 1 2 4 10 15 20 V R = (ΚΩ) P = V I (mw) I Πίνακας 5.1 Βήμα 5). Στο παρακάτω διάγραμμα 5.1 σχεδιάσαμε τις καμπύλες R = f (P) για τις δυο περιπτώσεις αυτοθέρμανσης. Με μπλε στυλό σχεδιάσαμε την καμπύλη για την περίπτωση αυτοθέρμανσης στον αέρα (πάγκο), και με κόκκινο στυλό για την περίπτωση αυτοθέρμανσης στο νερό (δοχείο βαθμονόμησης). 1 10 100 1000 Διάγραμμα 5.1-2 -
Βήμα 6). Σχολιάζοντας τις μορφές των καμπυλών του διαγράμματος 5.1 καθώς και τις μετρήσεις του πίνακα 5.1, παρατηρούμε-συμπεραίνουμε ότι: Βήμα 7). Από τις καμπύλες και την αρχική τους κλίση θα υπολογίσουμε πόσα mw απαιτούνται για την ελάττωση της αντίστασης του θερμίστορ κατά 1% της αρχικής της τιμής και για τις δύο περιπτώσεις αυτοθέρμανσης, στον αέρα και στο νερό. - 3 -
Βήμα 8). Υλοποιήσαμε το κύκλωμα του σχήματος 5.2. (γέφυρα Wheatstone) και δώσαμε από το τροφοδοτικό τάση V DC = 1Volt Σχήμα 5.2 Βήμα 9). Η ισχύς που καταναλώνεται στο θερμίστορ (P θερμ. ) κατά την ισορροπία της γέφυρας είναι: P θερμ. =....... mw Παρακάτω σχολιάζουμε την ισχύ που καταναλώνεται στο θερμίστορ (P θερμ. ) σε σχέση με αυτή που υπολογίσαμε στο βήμα 7 (ώστε να έχουμε μικρό βαθμό αυτοθέρμανσης). Βήμα 10-13. Στην συνέχεια για την διεξαγωγή της Άσκησης βάλαμε το θερμίστορ καθώς και το υδραργυρικό θερμόμετρο μέσα στο δοχείο βαθμονόμησης και το κρεμάσαμε στην εγκοπή 20 της θερμαντικής ράβδου. Αφήσαμε το δοχείο βαθμονόμησης για 2,5min στην εγκοπή 20, ισορροπήσαμε την γέφυρα, βρήκαμε την αντίσταση του θερμίστορ R θερμιστορ για αυτή την θερμοκρασία, και μετά μετακινήσαμε το δοχείο βαθμονόμησης στην εγκοπή 18. Επαναλάβαμε το παραπάνω βήμα μετακινώντας το δοχείο βαθμονόμησης 2 εγκοπές κάθε 2,5min (μέχρι την εγκοπή 0). Κατόπιν τοποθετήσαμε το θερμίστορ σε λιωμένο πάγο, ισορροπήσαμε την γέφυρα και βρήκαμε την αντίσταση του. Τέλος μετρήσαμε έμμεσα με το θερμίστορ την θερμοκρασία ενός άγνωστου σώματος. - 4 -
Με τις μετρήσεις που πήραμε συμπληρώσαμε τον παρακάτω πίνακα 5.2 ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΓΚΟΠΗΣ 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ΠΑΓΟΣ Μέτρηση θερμοκρασίας άγνωστου σώματος ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ( C) Πίνακας 5.2 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΘΕΡΜΙΣΤΟΡ σε (Ω) Βήμα 14). Από τον πίνακα 5.2 σχεδιάσαμε το διάγραμμα R = f (θ) (διάγραμμα 5.2) και βρήκαμε την θερμοκρασία του άγνωστου σώματος. Από την μορφή του διαγράμματος παρατηρούμε ότι η σχέση R = f (θ) είναι........................ Διάγραμμα 5.2 Η θερμοκρασία του άγνωστου σώματος είναι: Θ σώματος =....... C - 5 -