Обработка результатов измерений

Обработка результатов измерений

1. Рассчитайте приборные абсолютные и относительные погрешности определения силы тока и напряжения по формулам:

 

, ,                                        

, ,                       

где k_I и k_U − классы точности приборов (микроамперметра и вольтметра соответственно), I_н и U_н  − пределы измерения приборов (номинальные значения).

2. Результаты запишите в таблицу 1.

3. По данным таблицы 1 постройте вольт-амперную характеристику фоторезистора с учетом погрешностей:  при Ф=Const.

4.  Рассчитайте значения светового потока Ф по формуле (6), при расчетах приняв S = 1, 1·10^-4м², i=0, 4 Кд. Результаты запишите в таблицу 2.

5. Рассчитайте абсолютные и относительные погрешности определения светового потока по формулам:

При расчетах принять Δ S=0, 055·10^-4 м² , Δ i=0, 02 Кд, Δ l=0, 001 м

6. Рассчитайте приборные абсолютные и относительные погрешности определения силы тока по формулам:

;

Результаты запишите в таблицу 2.

7. По данным таблицы 2 постройте световую характеристику фоторезистора с учетом погрешностей: при U=Const.

8. По формуле (5) вычислите интегральную чувствительность (К) фоторезистора при U = 25 В.

9. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности определения интегральной чувствительности фоторезистора по формулам:

 

10. Результат представьте в виде:

К=(К±Δ К) мкА/лм.

Е_К=.. %

5. Сделайте письменный вывод по работе, в котором отразите соответствие практических результатов теории и возможность использования построенных вольт-амперной и световой характеристик для практических задач.

Контрольные вопросы

1.  Какие вещества называются полупроводниками?

2. Какие виды излучения относят к оптическому диапазону?

3. В чем состоит явление внутреннего фотоэффекта?

4. Что называют «красной границей» внутреннего фотоэффекта?

5.  Что такое фоторезистор?

6. Расскажите об устройстве фоторезистора, его характеристиках и параметрах.

7. В чем заключается причина инерционности фоторезисторов.

8. Почему возможны две электрические схемы для снятия вольт-амперной характеристики фоторезистора? Поясните условия их применимости.

9. Как можно изменить величину светового потока?

10. В чем причина нелинейности световой характеристики фоторезисторов?

11. Приведите примеры практического применения фоторезисторов.

12. Какими достоинствами и недостатками обладают фоторезисторы при практическом использовании?

Лабораторная работа №6

Измерение температуры при помощи термопары

Цель работы: Ознакомиться с принципом работы, градуировкой и использованием термопары.

Оборудование: хромель-копелевая дифференциальная термопара, милливольтметр, сосуд со встроенным нагревателем, сосуд с водой или тающим льдом (снегом), термометр.

Основные теоретические сведения

Из курса термодинамики известно, что температура – это мера средней кинетической энергии движения молекул или атомов вещества. Поэтому, непосредственное измерение температуры невозможно и оно всегда производится косвенным путем, т. е. основывается на зависимости от температуры таких физических параметров, которые могут быть измерены непосредственно. Эти параметры называются термометрическими. К таким параметрам предъявляется ряд существенных требований: выбранная величина должна изменяться с температурой непрерывно, не иметь одинаковых значений при разных температурах, как можно меньше зависеть от других параметров, измеряться простым образом, вид зависимости должен быть достаточно простой (желательно линейный). Ни одна физическая величина полностью этим параметрам не удовлетворяет, но есть величины, которые более чем другие подходят для измерения температуры.

В настоящее время при измерении температуры в качестве термометрических параметров широко используется термоэлектродвижущая сила (сокращенно термо-Э. Д. С. ) различных пар проводников и полупроводников. В связи с этим кроме термометров, основанных на зависимости изменения объема жидкости от температуры (ртутные и спиртовые термометры), применяют термопары.

Термопара − это устройство, состоящее из двух соединенных между собой разнородных электропроводящих элементов (металлов или полупроводников).

Места соединения разнородных элементов называются спаями термопары, а сами проводники или полупроводники из которых состоит термопара, получили название ветвей термопары.

Если термопары используются в качестве датчика температуры, то в зависимости от особенностей подключения к измерительному прибору их подразделяют на интегральные и дифференциальные. Интегральная термопара состоит из одного спая, а её ветви непосредственно подключаются к клеммам измерительного прибора. Дифференциальная термопара состоит из двух спаев и соединяющих их ветвей. Измерительный прибор в такой термопаре включается в разрыв одной из ветвей.

Термоэлектродвижущая сила дифференциальной термопары (термо-Э. Д. С. термопары) – это электродвижущая сила ℰ , возникающая в электрической цепи, состоящей из разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру. Явлениевозникновениятермо-Э. Д. С называется термоэлектрическим эффектом. Впервые этот эффект в термопарах обнаружил в 1821 году Т. Зеебек, поэтому это явление получило еще название эффекта Зеебека. Единица измерения термо-Э. Д. С, как и единица измерения Э. Д. С. − вольт, но из-за малости значений, возникающих в термопарах электродвижущих сил их обычно измеряют в милли- и микровольтах.

Рассмотрим процесс возникновения термоэлектродвижущей силы в термопаре. Это явление тесно связано с другим явлением − контактной разностью потенциалов , которое заключается в следующем: при соприкосновении двух разнородных металлических проводников некоторые электроны могут переходить из одного металла в другой вследствие теплового движения. Металл, в котором образуется избыток электронов, заряжается отрицательно, а другой - положительно. Возникающая контактная разность потенциалов  называется внутренней.

Итальянский физик А. Вольта экспериментально установил два закона, которым подчиняется это явление:

1) контактная разность потенциалов двух разнородных проводников зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов.

2) контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

Объяснение законов Вольта можно дать на основе классической электронной теории металлов.

Если привести в соприкосновение два различных металла (рис. 1) 1 и 2 с работами выхода А₁ и А₂, причем А₂ > А₁, электроны, оказавшиеся у поверхности раздела металлов, совершая тепловое движение, легче переходят из металла, для которого работа выхода меньше, в металл, для которого работа выхода больше, т. к. работа выхода – это энергия необходимая электрону для того чтобы покинуть металл.

В рассматриваемом случае (рис 1) электроны будут переходить из металла 1 (и он заряжается положительно) в металл 2 (заряжается отрицательно) до тех пор, пока работа по перемещению электронов за счет контактной разности потенциалов не станет равной разности работ выхода:

или

                               (1)

Различие в работах выхода - не единственная причина появления контактной разности потенциалов. Выражение (1) получено при условии, что концентрация свободных электронов в металлах одинакова, что на практике невозможно. Предположим, что  и  соответственно концентрации электронов в металлах 1 и 2, причем > . При этих условиях начнется диффузионный перенос электронов из первого металла во второй, в результате чего первый металл зарядится положительно, а второй - отрицательно.

Между металлами возникнет разность потенциалов , которая согласно теоретическим расчетам равна:

        (2)

где k-постоянная Больцмана, e - заряд электрона.

Как правило, .

Обе причины возникновения контактной разности потенциалов (различие в работах выхода и концентраций свободных электронов) могут действовать как в одном и том же направлении, так и в противоположных. В рассмотренных выше случаях  имеет тот же знак, что и . Контактная разность потенциалов, обусловленная обеими причинами, согласно (1) и (2) равна:

                               (3)

Рис. 2. Термоэлектрический эффект

Уравнение (3) есть математическое выражение первого закона Вольта; оно показывает, что  зависит только от температуры и химического состава соприкасающихся проводников (Т, А_1, А₂, n_1, n₂).

Если температуры контактов (рис 2) различных металлов (М₁ и М₂) различные (t₁ и t₂), то в «горячем» спае контактная разность потенциалов будет больше, чем в «холодном». Это и приведет к появлению термоэлектрического эффекта. Следовательно, можно сделать вывод, что термо -Э. Д. С. термопары - это алгебраическая разница контактных разностей потенциалов «горячего» и «холодного» спаев термопары.

При небольших разностях температур термо-Э. Д. С. термопары линейно увеличивается с ростом температуры:

ℰ                                    (4)

где  называется удельной термо-Э. Д. С (постоянной термопары, коэффициентом Зеебека, термоэлектрической способностью пары, термосилой, коэффициентом термо-Э. Д. С) и зависит в общем случае от интервала температур и материала проводников. Физический смысл удельной термо-Э. Д. С заключается в том, что она представляет собой ЭДС термопары, возникающую при разности температур спаев в 1К.

Для металлических проводников удельная термо-Э. Д. С. лежит в пределах 5-60 мкВ/К.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: