11.5.2016

Riešenie 5

Riešenie

a) Určenie neznámej teploty:

Na výpočet teploty z nameraného termoelektrického napätia použijeme vzťah:

t = b0×U 0 + b1×U 1 + b2×U 2 + … + bi×U i + … + bn×U n                                                         (1)

kde

t    je neznáma teplota,

U  je namerané termoelektrické napätie,

b0bn sú koeficienty polynómu, ktorý predstavuje vzťah medzi termoelektrickým napätím a teplotou.

Konkrétne pre termočlánok typu J s rozsahom 0 °C až 760 °C platí polynóm ôsmeho rádu s týmito koeficientmi :

t = b0×U 0 + b1×U 1 + b2×U 2 + b3×U 3 + b4×U 4+ b5×U 5 + b6×U 6 + b7×U7 + b8×U 8      (2)

kde

b0 =  0,000000·100  

b1  =  1,978425·101

b2 = -2,001204·10-1

b3 =   1,036969·10-2

b4 = -2,549687·10-4

b5 =  3,585153·10-6

b6 = -5,344285·10-8

b7 =  5,099890·10-10

b8 =  0,000000·100

namerané napätie U = 0,509 mV.

Po dosadení do vzťahu (2) dostaneme

t = 10,020 °C.

2) Výpočet neistoty merania teploty.

Keďže sme meranie neopakovali viackrát, do celkovej neistoty merania zahrnieme iba príspevky neistoty, vyhodnotené metódou typu B. Keďže pri výpočte neuvažujeme kovariancie, neistotu merania vyhodnotíme podľa všeobecného vzťahu

                                                                                                  (3),

kde

 sú prevodové koeficienty,

sú štandardné neistoty uvažovaných zdrojov neistôt.

Keď uvažujeme príspevok neistoty od dovolenej chyby termočlánku a od dovolenej chyby voltmetra, dostaneme konkrétny vzťah na výpočet neistoty merania, vyhodnotenej metódou typu B, v tvare

                                                                                   (4)

kde

Ath je prevodový koeficient vyjadrujúci príspevok neistoty termočlánku k celkovej neistote merania,

AVolt je prevodový koeficient vyjadrujúci príspevok neistoty voltmetra k celkovej neistote merania,

je štandardná neistota termočlánku vyhodnotená metódou typu B,

je štandardná neistota voltmetra vyhodnotená metódou typu B.

a) Najskôr vypočítame jednotlivé prevodové (citlivostné) koeficienty:

AVolt  = 19,65907 °C/mV.

b) Teraz vypočítame jednotlivé štandardné neistoty, vyhodnotené metódou typu B.

Štandardná neistota, vyplývajúca z dovolenej chyby termočlánku sa vypočíta podľa vzťahu

                                                                                                         (5)

kde

 je dovolená chyba,

k   je hodnota prislúchajúca zvolenej aproximácii rozdelenia pravdepodobnosti (v našom prípade uvažujeme rovnomerné rozdelenie, kde platí k = ).

Dovolená chyba termočlánku, ktorú získame z technickej dokumentácie termočlánku typu J, je zth = ±0,04 °C, dovolená chyba voltmetra zVolt = ±0,002 mV. Po dosadení do vzťahu (5) dostaneme obidve štandardné neistoty typu B

= 0,02309 °C

 = 0,00288 mV

c) Celkovú štandardnú neistotu merania dostaneme po dosadení do vzťahu (4):

= 12 ·0,023092 + 19,659072 ·0,002882 = 0,061 °C

d) Rozšírenú celkovú štandardnú neistotu merania vypočítame vynásobením celkovej štandardnej neistoty hodnotou 2, teda

U = 2·uB = 2·0,062 = 0,124

Výsledok

Výsledok merania teploty termočlánkom typu J je

t = (10,020 ± 0,124) °C

kde číslo nasledujúce po značke ± predstavuje číselnú hodnotu rozšírenej neistoty U = k×uB, pričom neistota U sa určila z celkovej (kombinovanej) štandardnej neistoty uB = 0,061 °C a koeficientu rozšírenia k = 2, založeného na rozdelení tpre n = 9 stupňov voľnosti a definuje interval, ktorý má odhadovanú konfidenčnú hladinu približne 95 %.