L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Sprawozdanie

Czujniki temperatury

Wykonali :

Amadeusz Włóka

Paweł Wiśniewski

Mateusz Szczepaniak

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice,
będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla
stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona
wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą.
Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek
tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w
bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś temperatura obu ciał jest różna, to
następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej – aż do wyrównania
się temperatury obu ciał.

Czujniki rezystancyjne są to przyrządy reagujące na zmianę temperatury zmianą rezystancji
wbudowanego w nie rezystora. Zasada działania czujników rezystancyjnych polega na wykorzystaniu
zjawiska zmiany rezystancji metali wraz z temperaturą. Ze wzrostem temperatury wzrasta amplituda
drgań jąder atomów oraz prawdopodobieństwo zderzeń elektronów swobodnych i jonów, co ze
względu na hamownie ruchu elektronów powoduje wzrost rezystancji.

Własności dynamiczne czujników - Trudno jest stworzyć idealny czujnik temperatury. Zawsze przy
pomiarach musimy wiedzieć o bezwładności, jaką ma dany czujnik, o tym, że wskazania zupełnie
odpowiadają zmianom temperatury w czasie. Pamiętać o tym trzeba projektując czujnik, aby
uwzględnić odpowiednie poprawki w wyświetlanym wyniku. Błędy pomiaru powodowane są zw ykle
bezwładnością czujników, która jest spowodowana niestacjonarnym przepływem ciepła oraz po
prostu czasem nagrzewania się niektórych elementów.

Schematy połączeń czujników rezystancyjnych



Dwuprzewodowy, wpływ zmian rezystancji przewodów przyłączeniowych i jej zmian jest
pomijany, układ przeznaczony do pomiarów nie wymagających dużej dokładności.



Trójprzewodowy, pozwala uwzględnić rezystancję przewodów przyłączeniowych jak również
zmiany tej rezystancji w trakcie pomiarów, układ najczęściej spotykany w praktyce



Czteroprzewodowy, rzadko spotykany układ połączeń, pozwala na eliminację wpływu
rezystancji przewodów przyłączeniowych

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Poł. Cztweroprzewodowe

poł. Trójprzewodowe

poł. Dwuprzewodowe

Termoelementy
Termoelementy należą do najpopularniejszych przyrządów do pomiaru temperatury. Jest to
spowodowane bardzo szerokim zakresem pomiarowym, możliwością wykonywania pomiarów
punktowych. Działanie termoelementu oparte jest o odkryte przez Seebecka zjawisko
termoelektryczne. Polega ono na przepływie prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym
utworzonym przez dwa różne metale. Warunkiem przepływu prądu jest różnica temperatur spoin
tych metali. Jeżeli taki obwód zostanie otwarty to na końcach otrzymamy siłę termoelektryczną
zależną od różnicy temperatur i rodzaju użytych metali. Wysokość napięcia w obwodzie określona
jest wzorem V=(S

b

-S

a

)*(T

2

-T

1

)

Zjawisko Seebecka

Zalety termopar:



nie wymagają zewnętrznego zasilania



niewielkie rozmiary -

możliwość lokalnego pomiaru temperatury



niska

pojemność cieplna



mała bezwładność czasowa



szeroki zakres pomiarowy

przy dość dobrej liniowości



prostota budowy



duża niezawodność

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Pomiary

Podczas ćwiczenia mieliśmy do dyspozycji regulator temperatury E5CK z którego obsługą
zapoznaliśmy się. Urządzenia na stanowisku były podłączone według schematu
przedstawionego na rysunku. Programowaliśmy regulator tak aby utrzymywał on konkretną
temperaturę ogniwa poprzez załączanie bądź wyłączanie wentylatora. Notowaliśmy czas
załączenia i wyłączenia wiatraczka oraz temperaturę odczytaną z regulatora.

Pomiary prowadziliśmy na dwa sposoby:

1. Mierząc czas w którym wiatrak pracował aby utrzymać temperaturę

2. Sprawdzając temperaturę w określonych przedziałach czasu (co 5 s)

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Tabela 1

Zaprogramowana temperatura 31 °C

Czas mierzony bezwzględnie(t

0

=0)

Stan wentylatora[wł=1/wył=0]

0

0

35

1

42,7

0

52,7

1

59,7

0

Stan wentylatora w funkcji czasu

Tabela 2

Zaprogramowana temperatura 30,5 °C

Czas mierzony bezwzględnie(t

0

=0)

Stan wentylatora[wł=1/wył=0]

0

0

2

1

13,5

0

61,5

1

70

0

0

10

20

30

40

50

60

70

0

1

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Stan wentylatora w funkcji czasu

Tabela 3

Zaprogramowana temperatura 31 °C

Czas mierzony bezwzględnie(t

0

=0)

Temperatura[°C]

0

30,7

5

31,3

10

30,7

15

31,4

20

31

25

31,2

30

31,1

35

30,6

40

31,4

45

30,7

50

31,4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

1

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Tabela 4

Zaprogramowana temperatura 32 °C

Czas mierzony bezwzględnie(t

0

=0)

Temperatura[°C]

0

31,6

5

32,1

10

31,9

15

32,2

20

32,2

25

31,9

30

32,3

35

31,7

40

32,2

45

31,7

50

31,9

0

10

20

30

40

50

60

30,5

30,6

30,7

30,8

30,9

31

31,1

31,2

31,3

31,4

31,5

Temperatura w funkcji czasu

0

10

20

30

40

50

60

31,5

31,6

31,7

31,8

31,9

32

32,1

32,2

32,3

32,4

Temperatura w funkcji czasu

L09

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

II MDLiK

Czujniki temperatury

20.01.2012

Wnioski

Regulator temperatury dobrze realizuje zadanie utrzymywania temperatury. Poprawnie
reaguje zarówno na wzrost jak i na spadek wskazań termometru. Pewnym utrudnieniem
podczas pomiarów były problemy z zasilaczem, który nie mógł dostarczyć odpowiedniej
mocy do ogrzania ogniwa Peltiera przez co pierwsze dwa pomiary wskazują na bardzo
dużą przerwę w pracy wentylatora. Bezwładność regulatora została ustawiona na 0,5
stopnia a w tabelach żadna z wartości nie przekracza ustalonej wartości.