1. Temat: Charakterystyki skokowe elementów automatyki

Termoelement (termopara) jako element automatyki

Dwa przewody z różnych metali zespawane na jednym końcu tworzą termoelement Jeżeli spoina pomiarowa ma inną temperaturę niż wolne końce w termoelemencie powstaje siła termoelektryczna. Jeżeli temperatura wolnych końców jest stała i znana wartość powstającej siły termoelektrycznej jest miarą temperatury spoiny pomiarowej. Czujniki termoelektryczne zwane potocznie termoparami są elementami pomiarowymi często wykorzystywanymi w układach automatycznej regulacji. Mierzą różnicę temperatur pomiędzy gorącymi zimnymi końcami termopary. Wielkością wyjściową jest siła termoelektryczna mierzona miliwoltomierzem. Charakteryzują się dużym zakresem pomiarowym, dobrą liniowością charakterystyk i dokładnością. Przewody kompensacyjne służą do przedłużania termoelementu od głowicy czujnika (zimnych końców), w której wystę­pują duże wahania temperatury do miejsca, w którym utrzymuje się stalą temperaturę od­niesienia. Przewody kompensacyjne, zwłasz­cza w zakresie 0-200°C, mają taką samą charakterystykę termoelektryczną jak termoe­lement z którym współpracują, ale są tańsze. Najczęściej stosowanym i najtańszym układem termometru termoelektrycznego jest układ odchyłkowy.

2. Stanowisko do zdejmowania charakterystyki siłownika pneumatycznego

Jego wskazania są prawidłowe wówczas, gdy rezystancja obwodu zewnętrznego miernika jest równa wartości znamionowej, podanej na mier­niku. Wartość tę dopasowuje się przez odpowiednie nastawienie rezystora wyrównawczego R_t.

Własności dynamiczne termoeleme­ntu bez osłony lub w osłonie o małej bez­władności cieplnej (np. termopary płaszczo­we) opisuje się równaniem charakterysty­cznym dla elementu inercyjnego I-go rzędu. W przypadku masywnej osłony konieczne jest uwzględnienie stałej czasowej obudowy, która w tym przypadku jest dominująca.

Własności dynamiczne takiej termopary opisuje się przy pomocy równania charakterystycznego dla elementu inercyjnego II-go rzędu. W celu uproszczenia opisu często stosuje się opis własności dynamicznych termopary w obudowie w postaci opisu dla elementu inercyjnego I-go rzędu z opóźnieniem.

Charakterystyka skokowa z opóźnieniem.

- opóźnienie

1. Punkt przegięcia wykresu

Korzystam z twierdzenia

Wniosek:

3. Wyniki pomiaru

Zastosowane termopary :

T1- Żelazo- konstantan w osłonie

T2- Żelazo- konstantan bez osłony

T3- Chromel- Kopel

L.p.	Stała czasowa Ti [s]	Współczynnik wzmocnienia ki [mV/°C]
1.	218	0,066375
2.	1,4375	0,071375
3.	2,0625	0,08925

Stała czasowa T₁=218s

posuw 15 mm/min=15mm/60sekund= 1mm/4sekundy, długość odcinka T₁*=54,5mm

T₁=54,5mm*4= 218 sekund

Współczynnik wzmocnienia k

Zakres pomiarowy 10mV to odcinek 175mm

k₁α= 93mm

k₂α=100mm

k₃α=125mm

Z proporcji

h₂=5,71mV

h₃=7,14mV

amplituda α=t_wrz- t_ot= 80°C (t_wrz= 100°C, t_ot= 20°C)

[mV/°C]

Opóźnienie τ

Z wykresu τ=3mm*4mm/sek (posuw)

τ =12 sekund

4. Wnioski

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że termopara T₁ zachowuje się jak element inercyjny pierwszego rzędu z opróżnieniem. Wpływ na takie zachowanie ma masywna osłona tej termopary, gdyż wprowadza ona dodatkową stałą czasową (obudowy), która w tym przypadku jest dominująca. Termopara T₂ i T₃ są elementami inercyjnymi I rzędu różniącymi się współczynnikiem nachylenia charakterystyki.

---