Badanie taśmy samoregulującej się na podstawie prawa Joule`a
advertisement
UNIWERSYTET RZESZOWSKI LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH Ćw. 2 Badanie taśmy samoregulującej się na podstawie prawa Joule’a — Lenza. Rzeszów 2016 Imię i nazwisko Grupa Rok studiów Data wykonania Podpis Ocena 1. Cel i program ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stanowiskiem badawczym, poznanie właściwości przewodów grzewczych na podstawie prawa Joule’a-Lenza. Program ćwiczenia obejmuje: zbadanie przewodu o dł. 95 cm, zbadanie przewodu o dł. 191 cm. 2.Wstęp teoretyczny Przewody grzewcze cieszą się coraz większą popularnością wśród instalacji grzewczych domów. Taśmy grzejne stosujemy ponieważ domy lub mieszkania są budowane z materiałów o coraz lepszych właściwościach cieplnych. Komfortem stosowania tych systemów jest szybka regulacja temperatury w pomieszczeniach dzięki stosowaniu termostatów. Regulator temperatury zapewnia oszczędne wykorzystanie energii, gdyż reaguje na zyski ciepła pochodzącego z innych źródeł: promieniowania słonecznego, oświetlenia, emisje ciepła generowanego przez osoby obecne w pomieszczeniu. Metoda bezpośredniego ogrzewania podłogi jest szczególnie korzystna w takich pomieszczeniach jak: łazienki, kuchnie, halle, przedsionki, itp. Taśmy samoregulujące stosujemy na rurociągach do utrzymywania ciepłej wody użytkowej a także przeciw zamarzaniu cieczy w rurach. Innym zastosowaniem przewodów jest ochrona rynien, oraz rynien spustowych przed gromadzeniem się lodu i śniegu. Taśma samoregulująca zapobiega oblodzeniu podjazdów, schodów lub chodników. Przewody zabezpieczają zawory przed zamarzaniem lub stosujemy przewody do odmrożenia zaworów. Taśmy wykorzystujemy także do ogrzewania podłogowego. Budowa przewodu samoregulującego. Dwa równoległe przewody miedziane są wbudowane w element grzejny wykonany z polimeru z domieszką grafitu. Cząsteczki węgla tworzą ścieżki przewodzące prąd pomiędzy obydwoma przewodami. Przepływowi prądu elektrycznego w przewodniku towarzyszy, zgodnie z prawem Joule’a – Lenza, wydzielanie ciepła. Przy wzroście temperatury struktura molekularna przewodu grzejnego rozciąga się powodując znaczny wzrost oporu elektrycznego. Powoduje to oczywiście zmniejszenie się natężenia prądu i co za tym idzie jednostkowej mocy grzewczej. Przy ochładzaniu proces ten się odwraca opór przewodnika maleje, a natężenie prądu i moc grzewcza wzrasta. Charakterystyka taśmy grzewczej DEVI-Pipeguard™ 10 zastosowanej w stanowisku laboratoryjnym. Powyższa charakterystyka przewodu DEVI-Pipeguard™ 10 jednostkowej od temperatury. przestawia zależności mocy 4. Instrukcja badania samoregulującej taśmy grzewczej. 4.1 Badanie taśmy samoregulującej dł. 95cm. UWAGA!!! NAPIĘCIE ELEKTRYCZNE U = 230[V] PROSZĘ ZACHOWAĆ OSTROZNOŚĆ PRZY WYKONANIU TEGO ĆWICZENIA!!! a) Schemat układu Opis schematu: z1- włącznik przewodu I, z2 - włącznik przewodu II, L1 - faza układu, N- faza neutralna niezbędna dla fazy L1, PE – zabezpieczenie układu, V- woltomierz, A- amperomierz, T- sonda temperatury typu ”K”. Wykonanie ćwiczenia: 1. Podłączyć woltomierze według schematu - włączyć wtyczkę do gniazda sieciowego 230V, - włączyć bezpiecznik różnicowo-prądowy, - ustawić na włączniku z1 na wartość 1, aby umożliwić przepływ prądu przez przewód I, - wykonać jeden pomiar napięcia. Pomiar wykonujemy jeden raz ponieważ wartość napięcia nie będzie ulegać zmianie, - WYŁĄCZ UKŁAD !!! odłącz woltomierz. 2. Podłączyć amperomierze, oraz mierniki temperatury. - mierniki temperatury podpinamy do sondy temperatury typu „K”, - włączyć wtyczkę do gniazda sieciowego 230V, - włączyć bezpiecznik różnicowo-prądowy, - ustawić na włączniku z1 na wartość 1, aby umożliwić przepływ prądu przez przewód I, - czas nagrzania się przewodu około 15-25 min w zależności od temperatury otoczenia, - pomiary należy zapisać co 2oC, - gdy mierzona temperatura maleje, wtyczkę sondy należy wpiąć odwrotnie do miernika, - pomiary amperów oraz temperatury zapisujemy do tabeli. - przy osiągnięciu maksymalnej temperatury taśmy grzewczej wartość amperów przestanie wzrastać. - WYŁĄCZ UKŁAD !!! odłącz amperomierz oraz miernik temperatury. b) Tabela pomiarowa L.p. Temperatura T [oC] 1 2 … c) Wzory do obliczeń Natężenie I [A] Rezystancja R [Ω] Moc grzewcza P [W] [W/m] R Rezystancja: U I gdzie: U= napięcie I= natężenie Moc grzewcza: P U I W gdzie: U= napięcie I= natężenie Jednostkowa moc grzewcza: PL P L W m gdzie: P= moc grzewcza L= długość przewodu d) Narysować charakterystyki: a) I=f(T), b) R=f(T), c) =f(T), e) Porównać wyniki oraz charakterystyki przewodu o dł. 95cm z przewodem 191cm i zapisać zaobserwowane różnice. 4.2Badanie taśmy samoregulującej dł. 191cm. UWAGA!!! NAPIĘCIE ELEKTRYCZNE U = 230[V] PROSZĘ ZACHOWAĆ OSTROZNOŚĆ PRZY WYKONANIU TEGO ĆWICZENIA!!! a) Schemat układu Opis schematu: z1- włącznik przewodu I, z2 - włącznik przewodu II, L1 - faza układu, N- faza neutralna niezbędna dla fazy L1, PE – zabezpieczenie układu, V- woltomierz, A- amperomierz, T- sonda temperatury typu ”K”. Wykonanie ćwiczenia: 1. Podłączyć woltomierze według schematu - włączyć wtyczkę do gniazda sieciowego 230V, - włączyć bezpiecznik różnicowo-prądowy, - ustawić na włączniku z2 na wartość 1, aby umożliwić przepływ prądu przez przewód II, - wykonać jeden pomiar napięcia. Pomiar wykonujemy jeden raz ponieważ wartość napięcia nie będzie ulegać zmianie, - WYŁĄCZ UKŁAD !!! odłącz woltomierz. 2. Podłączyć amperomierze, oraz mierniki temperatury. - mierniki temperatury podpinamy do sondy temperatury typu „K”, - włączyć wtyczkę do gniazda sieciowego 230V, - włączyć bezpiecznik różnicowo-prądowy, - ustawić na włączniku z2 na wartość 1, aby umożliwić przepływ prądu przez przewód II, - czas nagrzania się przewodu około 15-25 min w zależności od temperatury otoczenia, - pomiary należy zapisać co 2oC, - gdy mierzona temperatura maleje, wtyczkę sondy należy wpiąć odwrotnie do miernika, - pomiary amperów oraz temperatury zapisujemy do tabeli. - przy osiągnięciu maksymalnej temperatury taśmy grzewczej wartość amperów przestanie wzrastać. - WYŁĄCZ UKŁAD !!! odłącz amperomierz oraz miernik temperatury. b) Tabela pomiarowa L.p. Temperatura T [oC] Natężenie I [A] Rezystancja R [Ω] 1 2 … c) Wzory do obliczeń Rezystancja: R U I gdzie: U= napięcie I= natężenie Moc grzewcza: gdzie: P U I W Moc grzewcza P [W] [W/m] U = napięcie I = natężenie Jednostkowa moc grzewcza: PL P W L m gdzie: P = moc grzewcza L = długość przewodu d) Narysować charakterystyki: a) I=f(T), b) R=f(T), c) =f(T), e) Porównać wyniki oraz charakterystyki przewodu o dł. 95cm z przewodem 191cm i zapisać zaobserwowane różnice. 4. Wnioski.
