LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
3. POMIARY TEMPERATURY TERMOMETRAMI STYKOWYMI
3.1. Wprowadzenie
Jednym z najistotniejszych parametrów stanu każdej materii jest jej temperatu-
ra. Spełnia ona istotną rolę pozytywną bądz
negatywnÄ… w niemal wszystkich procesach tech-
nologicznych i produkcyjnych. Względy te sprawiają, iż pomiar temperatury i jej kontrola są
zadaniem bardzo często niezbędnym. Zadanie to, mimo swej powszechności i częstości do-
konywania, należy do trudnych, gdyż uwarunkowane jest naturą zjawiska, które nazywa się
ciepłem. Stwierdzenie zmian objętości płynów pod wpływem temperatury było podstawą
pierwszych definicji skal temperatury. Temperaturę na ogół wyraża się w stopniach skali
względnej lub bezwzględnej.
Stosowane skale: Celsjusza (°C), Fahrenheita (°F) i Reaumq
ra zalicza siÄ™ do skal
względnych. Natomiast skala Kelvina, zwana jest skalą bezwzględną lub termodynamiczną;
zaprezentowana została przez W. Thomsona (Lorda Kelvina) w 1948 r. Skala ta jest oparta
na odwracalnym obiegu termodynamicznym Carnota. Przyjmując pewną określoną wartość
temperatury np.: punktu potrójnego wody, można określić skalę temperatur. Na Konferencji
Miar i Wag w Genewie w 1954 r. ustalono dla tego punktu wartość 273,16 K, tzn. przyjęto
jeden stopień skali termodynamicznej jako równy 1/273,16 różnicy temperatur pomiędzy
punktem potrójnym wody a zerem bezwzględnym. Punktem zerowym tej skali jest temperatu-
ra zera bezwzględnego (273,16K), a wartość stopnia Kelvina jest równa stopniowi Celsjusza.
Jej punkty podstawowe to: +273,16 [K]  temperatura zamarzania i +373,16 [K]  temperatura
wrzenia chemicznie czystej wody.
Skala Celsjusza, zw. także skalą stustopniową, została zaproponowana w 1742 r.
przez A. Celsjusza, przy założeniu, że punktem zerowym skali jest temperatura wrzenia wo-
dy, a punktem odpowiadajÄ…cym 100 [°C] jest temperatura zamarzania wody i podzieleniu
całego zakresu na 100 równych części (działek). Następnie M. StrQ
mer w 1850 r. odwrócił te
wartości i opisał skalę stustopniową stosowaną powszechnie dalej w czasach nowożytnych.
Aktualnie obowiązuje Międzynarodowa Praktyczna Skala Temperatur z 1968 r., która
jest ostatnią modyfikacją pierwszej MPST przyjętej w 1948 r. przez IX Generalną Konferencję
Miar w Paryżu. Skala MPST-68 wiąże temperaturę (T) w stopniach Kelvina [K] z temperaturą
(t) w stopniach Celsjusza [°C] nastÄ™pujÄ…cÄ… zależnoÅ›ciÄ…:
t = T  273,16 [°C]
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
RóżnicÄ™ temperatur wyraża siÄ™ w stopniach Kelvina (K) lub stopniach Celsjusza (°C).
Stopień Kelvina (K) należy do jednostek podstawowych Międzynarodowego Układu Jedno-
stek (SI).
3.2. Termometry elektryczne w aspekcie dynamicznym.
Termometry elektryczne cechuje inercja zależna od warunków przenoszenia
ciepła z ośrodka, którego temperatura jest mierzona, do sensora. Pomijając wpływ
przewodnictwa cieplnego elektrod oraz nierównomierność nagrzewania przetwornika
temperatury można napisać równanie:
d
s Å" Ä… Å" " Ń = C (" Ń)
dt
w którym:
s - powierzchnia osłony przetwornika [m2];
ą - współczynnik przejmowania ciepła od ośrodka do przetwornika [W m-2 deg-1];
C - pojemność cieplna sensora [W s deg-1];
t - czas [s].
s Å"Ä…
"Ń = "Ń0 Å"exp(- Å"t)
C
Całkując powyższą zależność otrzymuje się:
gdzie: "Ń0=początkowa różnica temperatur pomiędzy środowiskiem a sensorem
[deg].
Różnica temperatur "Ń maleje według funkcji wykładniczej ze stałą czasową T.
C
T =
Ä… Å"s
Aby skrócić wartość T należy stworzyć dobre warunki przepływu ciepła po-
między obiektem, o mierzonej temperaturze, a sensorem poprzez: zmniejszenie jego
pojemności cieplnej, zwiększenie powierzchni czynnej sensora lub zwiększenie
współczynnika przejmowania ciepła. Współczynnik ą dla cieczy i gazów zależy od ich
liniowej prędkości przepływu W i określony jest wzorami:
a) dla powietrza
Ä… = (0,06+0,3W) 10-7
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
b) dla wody
Ä… = (9+54W) 10-7
w których: W - prędkość przepływu płynu [m s-1].
W praktyce okreÅ›la siÄ™ czas, po którym sensor o Ń0=+20°C, umieszczony w Å›rodowisku o
temperaturze +100°C, osiÄ…gnie temperaturÄ™ +95°C. WartoÅ›ci tego czasu zawierajÄ… siÄ™ w gra-
nicach od 1 do 8 min. Czasy krótsze od 1 min uzyskuje się tylko w przypadku termometrów
termistorowych kulkowych o średnicy około 1 mm i mniejszych.
3.3. Termometry elektryczne.
3.3.1. Termometry z sensorami rezystancyjnymi.
Funkcjonowanie ich oparte jest na wykorzystaniu zależności rezystancji metali i pół-
przewodników od temperatury, które przetwarzane zostają w odpowiednich elektrycznych
układach pomiarowych na sygnał elektryczny. Rodzaj przewodności elektrycznej decyduje o
charakterze funkcji Rt = f(t). Metale odznaczają się przewodnością elektronową, toteż funkcję
tę przedstawia się, z dostatecznym przybliżeniem, w postaci:
Rt = Ro Å" [1 + Ä… (t  to) + ² (t  to)2 + Å‚ (t  to)3]
gdzie:
Ä… [°C-1] temperaturowy współczynnik rezystancji (dla metali Ä… > 0) dodatni;
|²| i |Å‚| << |Ä…| - współczynniki empiryczne;
Ro  rezystancja sensora w temperaturze poczÄ…tkowej (np.: to = 0 [°C]).
Natomiast dla półprzewodników o przewodności akceptorowo ( dziurowo )  elektro-
nowej powyższa zależność jest eksponencjalna
B
RT = A Å" exp
T
w której:
A  stała zależna od właściwości fizycznych półprzewodnika oraz jego wymiarów;
B - stała materiałowa, wyrażająca czułość temperaturową danego termistora w całym zakre-
sie temperatur pracy [K];
T  temperatura w skali bezwzględnej (Kelvina)
Zależność powyższą można napisać w postaci stosowanej praktycznie:
1 1
RT = RT0 exp [B ( - )]
T T0
w której RT0  rezystancja termistora w temperaturze poczÄ…tkowej T0, np. 0 [°C].
Współczynnik temperaturowy rezystancji sensora termistorowego określa zależność:
dRT B
Ä…T = = -
R dT T2
T
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Z powyższej zależności wynika, że współczynnik ąT, a tym samym czułość termistora
maleje ze wzrostem temperatury. WartoÅ›ci Ä…T w temperaturze 20°C zawierajÄ… siÄ™ w zakresie
od  3 do  6 [%/K]. Właściwości metali, najczęściej stosowanych do budowy sensorów ter-
morezystancyjnych, zawiera tablica 1.
Tablica 1. Parametry materiałów termorezystancyjnych
Zakres zastosowań
R100
Rezystywność
Materiał
Graniczny
(&!m) R0
Typowy (°C)
(°C)
Platyna - 200 + 850 - 250 + 1000 (0,10 - 0,11)10-6 1,385  1,391
Nikiel - 60 + 150 - 60 + 180 (0,09 - 0,11)10-6 1,617
Miedz
- 50 + 150 - (0,017 - 0,018)10-6 1,425
Sensory niklowe i miedziane są na ogół mniej dokładne niż platynowe. Charakterystyka
sensora niklowego jest nieco nieliniowe, zaś charakterystyki sensorów z miedzi i platyny są
liniowe w szerokim zakresie, przy czym powtarzalność sensora platynowego jest lepsza niż
miedzianego. Zależności rezystancji sensorów termometrycznych od temperatury są znorma-
lizowane PN-EN 60751:1997 w postaci: charakterystyk RT = f(t), równań i tablic. Przykładowe
przebiegi RT = f(t) dla sensorów: platynowego i termistorowego przedstawia rys. 1.1.
3
Rys. 3.1. Charakterystyki Rt = f(t).
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Stopy (np.: Ni i Fe) oraz inne metale stosowane sÄ… tylko wyjÄ…tkowo. Rezystancyjny
0
termometr platynowy przyjęto w zakresie temperatur od  182,97 C (tzw. punkt tlenu) do
0
+630,5 C (tzw. punkt antymonu) jako narzędzie interpolacji Międzynarodowej Praktycznej
Skali Temperatur. Stosując odpowiednie metody pomiaru rezystancji (układy mostkowe, me-
tody kompensacyjne) można osiągnąć błąd pomiaru mniejszy od 0,001 0C. W pomiarach
technicznych rezystancyjny termometr  platynowy umożliwia także osiąganie dużej dokład-
ności. Koniecznym warunkiem jest tu wysoka czystość platyny, wyrażona kryterium
R100 C
o
e"1.385
R0 C
o
zaÅ› dla termometrii precyzyjnej 1.391.
Istotny wpływ na jego zakres zastosowań i uzyskiwane rezultaty pomiarów ma odpo-
wiednia konstrukcja sensora. Ma ona stanowić ochronę mechaniczną, zabezpieczać przed
zwarciami międzyzwojowymi oraz chronić przed wilgocią, wpływami chemicznymi itp.
Rys. 3.2. Osłona przetwornika termometru rezystancyjnego.
Rys. 3.2 przedstawia typową osłonę przemysłowych termometrów rezystan-
cyjnych. Osłonę, odpowiednio do zakresu mierzonej temperatury i rodzaju ośrodka
wykonuje siÄ™ z aluminium, mosiÄ…dzu lub stali kwasoodpornej. Znormalizowana war-
tość rezystancji drutu sensora w temperaturze 0 [°C] wynosi 100 [&!] (czasem 50 [&!]).
Należy sobie zdawać sprawę, że dla mniejszych wartości rezystancji jest zbyt duży
wpływ rezystancji doprowadzeń; natomiast przy dużych wartościach (>>100 &!) wzra-
sta czułość przy jednoczesnej konieczności użycia w układzie pomiarowym z
ródeł
prądu zasilającego o odpowiednio wysokich napięciach. Dla pełności informacji może
warto przypomnieć, że do pomiaru niskich temperatur (np. przy kontroli produkcji tle-
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
nu) stosuje się sensory o powiększonych rezystan-
cjach (np.: R0°C=500 &!). Praktycznie stosowane Å›red-
nice drutu oporowego do budowy sensorów uzależ-
nione są: kosztami materiału, rezystywnością i warun-
kami oddawania ciepła. Stąd druty z Pt i Cu stosowa-
ne są o średnicach od 0,04 do 0,06 mm zaś Ni od 0,1
mm i grubszy.
Wykonania czujników stanowią konstrukcję mo-
dułową co oznacza, że składają się z elementów, które
można dobierać w zależności od potrzeb. Przetworniki
te zbudowane są z wkładu pomiarowego, rury ochron-
nej, głowicy przyłączeniowej oraz kostki ceramicznej
zamontowanej wewnątrz głowicy. Wkład pomiarowy
składa się z kostki ceramicznej oraz rurki ochronnej o
średnicy od 3 mm do 8 mm, wykonanej najczęściej z
materiału 1H18N9T, w której znajduje się termorezy-
stor. Wkład pomiarowy stanowi element wymienny
kompletnego czujnika, co umożliwia znaczne zredu-
kowanie kosztów modernizacji aparatury pomiarowej
na obiekcie. Sprężynujące mocowanie kostki cera-
micznej zapewnia idealny docisk wkładu pomiarowego
do dna zewnętrznej rury ochronnej, krótki czas reakcji,
kompensację w przypadku różnic wymiarów oraz
zmniejszenie drgań własnych przez obustronne usta-
lenie w rurze ochronnej. Dostępne są wykonania poje-
dyncze (1xPt100) oraz podwójne (2xPt100). Istnieje
wiele wykonań głowic przyłączeniowych czujnika, róż-
nią się one formą, materiałem (aluminium, żeliwo, pla-
stik) oraz wymiarami.
Rys. 3.3. Schemat modułowy czujników głowicowych
1-Przetwornik pomiarowy; 2-Głowica przyłączeniowa ;
3-Wkład pomiarowy; 4-Element dystansowy;
5)Rura ochronna; 6)Osłona ciśnieniowa.
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Czujniki przewodowe używane są do pomiaru temperatury części maszyn,
elementów konstrukcyjnych w przemyśle maszynowym, obrabiarkowym, w energety-
ce oraz w procesach przetwórstwa tworzyw sztucznych i gumy.
Przewodowy czujnik rezystancyjny stanowiÄ…:
przewód połączeniowy bezpośrednio połączony z
rezystorem oraz rurka ochronna, w której znajduje
się termorezystor. Wewnętrzna przestrzeń pomiędzy
rezystorem a ścianką rurki ochronnej wypełniona jest
specjalną masą silikonową, która zapewnia bardzo
dobry transfer ciepła oraz wysoką odporność na wi-
bracje. Maksymalna temperatura pracy krótkiego
czujnika ograniczana jest poprzez rodzaj materiału
izolacji przewodu przyłączeniowego.
Rys. 3.4. Budowa czujnika rezystancyjnego przewo-
dowego
Podstawowe właściwości techniczne dla większości
czujników:
- średnica: 2-12 mm
- materiał rurki ochronnej: stal nierdzewna,
kwasoodporna, mosiÄ…dz lub inny
- połączenie: 2, 3, 4-przewodowe
- uchwyt: zaciskowy, gwintowany zaciskowy lub
wspawany.
Czujniki rezystancyjne do pomiaru temperatury powierzchni płaskich i owal-
nych charakteryzują się łatwością instalacji oraz małą masą. Czujniki do powierzchni
owalnych składają się z opaski zaciskowej, której średnicę można dowolnie regulo-
wać i dopasowywać do średnicy, np. rurociągu.
7
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Rys. 3.5. Czujniki rezystancyjne do pomiaru temperatury
powierzchni
Czujniki rezystancyjne do pomiaru temperatury
otoczenia zbudowane sÄ… z estetycznej, plastykowej obu-
dowy o stopniu ochrony IP 65 oraz końcówki pomiarowej
(rurki ochronnej), w której znajduje się rezystor platyno-
wy. Istnieje możliwość montażu przetwornika pomiaro-
wego wewnątrz obudowy plastikowej. Podłączenie prze-
wodu przyłączeniowego odbywa się poprzez dławik PG9.
Temperatura pracy czujników wynosi od  300C do
+850C.
Rys. 3.6. Czujnik rezystancyjny do pomiaru tempera-
tury otoczenia
Pomiaru rezystancji dokonuje się najczęściej w ukła-
dach z zamianą mierzonej rezystancji na napięcie
lub częstotliwość.
Rys. 3.7 Uproszczony schemat blokowy przetwornika temperatury z termorezysto-
rem.
8
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Jak wyżej podkreślono, do grupy termometrów rezystancyjnych zaliczane są także
układy pomiarowe z sensorami półprzewodnikowymi (zw. termistorami). Powszechnie stoso-
wane ich postacie, to: perełki, płytki i pręciki z tlenków różnych metali, jak: Fe, Zn, Ni, Ti, Mn,
Cu, Al i Co, odpowiednio formowane, a następnie spiekane wraz z odprowadzeniami na ogół
z drutu platynowego o Å›rednicy rzÄ™du 50 µm. Na rys. 3.8 przedstawiono przykÅ‚adowo kilka
termistorów (czujników półprzewodnikowych) stosowanych w praktyce do pomiarów tempera-
tury w różnych warunkach.
Rys. 3.8. Stosowane typy termistorów do pomiaru temperatury.
W celu zabezpieczenia przed wpływami chemicznymi pokrywa się termistory
szkliwem lub umieszcza w szklanych osłonach. Właściwości termorezystancyjne
termistorów skłaniają do ich miniaturyzacji, często poniżej 1 mm przy czułości więk-
szej od sensorów metalowych. Wartości rezystancji termistorów stosowanych do
pomiaru temperatury wynoszÄ… dla t = 25 °C od 0,5 k&! do 1000 k&!. Zmienność rezy-
stancji termistorów w temperaturze 100÷200°C wynosi okoÅ‚o 1÷2% rocznie. Wysoka
oporność termistorów eliminuje praktycznie zupełnie wpływ rezystancji przewodów
łączących. Sensory perełkowe umożliwiają pomiar punktowy, a ich stała czasowa w
nieruchomym powietrzu wynosi około 0,15 s. Niedogodnością termistorów jest nieli-
niowość ich charakterystyk, zwłaszcza przy szerszym zakresie pomiarowym.
3.3.2. Termometry z sensorami termoelektrycznymi.
Termometr termoelektryczny składa się z sensora (ogniwa) termoelektryczne-
go i mikrowoltomierza magnetoelektrycznego o dużej rezystancji wewnętrznej. Ter-
moelement (termoogniwo) składa się z dwóch różnych przewodników lub półprze-
wodników spojonych ze sobą w jednym końcu (rys. 3.9).
9
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Rys. 3.9. Termoelement.
M  gorące złącze
N-N   zimne końce o temperaturze ŃN
W termoogniwie złożonym z dwóch metali A i B połączonych w punkcie M,
 gorące złącze o temperaturze ŃM różnej w odniesieniu do wolnych końców ( zim-
nych końców ) N o temperaturze ŃN pojawia się siła termoelektryczna E określona
wzorem
k Å" T N1 A1 - A2
E = ln (ŃM - ŃN )-
e N2 e
w którym:
T  temperatura bezwzględna [K]
e = 1,602Å"10-19 [C]  Å‚adunek elektronu
k = 1,38Å"10-28 [J/K]  staÅ‚a Boltzmana
A1, A2  prace wyjścia metali A i B [eV]
N1,N2  koncentracja swobodnych nośników ładunku [m-3]
Dla niewielkiej różnicy temperatur "Ń=ŃM-ŃN zależność siły termoelektrycznej
E od tej różnicy jest liniowa i ma postać:
E = Ä…Ń Å" "Ń
gdzie: Ä…Ń - staÅ‚a termoogniwa zależna od zastosowanych metali [µVÅ"K-1]
Według wartości ąŃ, dla różnych metali względem elektrody platynowej, w za-
kresie temperatur 0÷100°C, można zestawić tzw. szereg termoelektryczny. Termo-
elementy wykonuje siÄ™ z drutu o Å›rednicy 1,5÷3 mm dla metali nieszlachetnych i oko-
ło 0,5 mm dla szlachetnych. W praktyce pomiarowej najczęściej stosowane są na-
stępujące termoelementy: miedz
 (+) konstantan (Cu-Ko) w zakresie  200 do
+5000C, żelazo  (+) konstantan (Fe-Ko) do +8000C, chrom nikiel  (+) nikiel (CrNi-
10
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Ni) do +11000C, platyna rad  (+) platyna (PtRh-Pt) do +16000C, wolfram  (+) grafit
(W-C) do +20000C.
Czujniki termoelektryczne umieszcza się w izolacji elektrycznej a następnie,
odpowiednio do przeznaczenia, w osłonie (obudowie) gazoszczelnej, stalowej, kwar-
cowej lub porcelanowej, która chroni od uszkodzeń mechanicznych i wpływów at-
mosferycznych. Wykres zależności SEM od temperatury Ń, dla temperatury zimnych
końców wynoszącej ŃN=0, przedstawia rys. 1.10.
(E) [mV]
2
Rys. 3.10. Zależność SEM E od temperatury termoelementu, dla Ń2=ŃN=0.
ŃN = Ń 2 =
Ń Ń
Ń Ń
Ń Ń
const.
Ń
Ń
Ń
Ń1 Ń2
Ń
Ń
Ń
Ń2
Ń
Ń
Ń
Rys. 3.11. Schemat układu pomiarowego termometru termoelektrycznego z przewo-
dami kompensacyjnymi i termostatem dla zimnych końców: 1  termoelement  AB,
2  przewody kompensacyjne  A B , 3  przewody miedziane, 4  termostat,
5  miernik (mV).
11
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Znając charakterystykę U=f(Ń) dla ŃN=Ń2=0, można zmierzyć temperaturę
ŃM=Ń1 przy innej wyższej temperaturze zimnych końców. Przykładowo, jeśli zachodzi
konieczność pomiaru temperatury, przy temperaturze  zimnych końców Ń2, to na
charakterystyce U=f(Ń) (rys. 3.10.) należy określić napięcie U2 odpowiadające Ń=Ń 2
a następnie dodać do niego wartość napięcia U1 wskazaną przez miliwoltomierz. Z
w/w wykresu dla U2 + U1 odczytuje się temperaturę Ń1. W warunkach przemysłowych
zmiana temperatury zimnych końców jest automatycznie kompensowana przez tzw.
przewody kompensacyjne, które  przenoszą zimne końce do ośrodka o stałej tempe-
raturze Ń2=const. (rys. 3.11.). Do ośrodków takich, w zależności od wymaganej do-
kładności, zalicza się: pomieszczenia o praktycznie stałej temperaturze otoczenia
(ŃZ=20 ą 50C); naczynie z topniejącym lodem (ŃZ=0 ą 0,01) z termostatem ze stabili-
zacją temperatury ŃZ= ŃXą 0,02 deg. Często stosowanym sposobem korygującym
automatycznie wskazania termometru termoelektrycznego, odpowiednio do zmian
temperatury odniesienia, jest mostkowa przystawka korekcyjna (rys. 3.12.).
pł
A
B
Rys. 3.12. Mostkowa przystawka korekcyjna: 1  transformator zasilajÄ…cy, 2  rezy-
stor z miedzi lub niklu, 3  rezystory manganinowe, 4  prostownik, 5  rezystor
redukcyjny, AB  termoelektrody, A B  przewody kompensacyjne,
pł  przewody łączeniowe, Ń0  temperatura odniesienia.
12
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Jest to włączony w szereg z termoelementem, mostek Wheatstone`a zrówno-
ważony najczęściej w temperaturze (odniesienia) ŃZ=20°C. Pomiar siÅ‚y termoelek-
trycznej (STEM) realizowany jest miliwoltomierzem magnetoelektrycznym lub metodÄ…
kompensacyjnÄ… (w warunkach laboratoryjnych). Mierniki sÄ… wzorcowane w stopniach
Celsjusza dla dokładnie określonej rezystancji przewodów łączących i elektrod ter-
moelementu (AB). Jeśli rezystancja przewodów jest mniejsza włącza się rezystor
(regulowany) wyrównawczy (rys. 3.13).
Rys. 3.13. Schemat układu pomiarowego termometru termoelektrycznego z wyrów-
naniem oporności obwodu. Oznaczenia: 1  termoelement, 2  przewody kompensa-
cyjne A B , 3  przewody Cu, 4  rezystor wyrównawczy, 5  mV.
3.3.3. PÓA
PRZEWODNIK JAKO CZUJNIK TEMPERATURY
W termometrze cyfrowym, który będzie przedmiotem ćwiczenia zastosowano
jako czujnik termoelektryczny przetwornik parametryczny - złącze półprzewodnikowe,
którego napięcie przewodzenia lub wsteczne jest funkcją temperatury.
W charakterze złącza półprzewodnikowego wykorzystano diodę sygnałową krzemo-
wą. Przyrost napięcia przy wzroście temperatury może być dodatni lub ujemny, zależnie od
rodzaju półprzewodnika i od wartości prądu w złączu. W złączach krzemowych napięcie
przewodzenia maleje wraz ze wzrostem temperatury (rys. 3.14.a.) i w pewnym stopniu zależy
od prądu (rys. 3.14b). Przy stabilnej wartości prądu zmiany napięcia diody są w przybliżeniu
proporcjonalne do zmian temperatury. Złącza takie można stosować do pomiarów temperatu-
ry od ok. -50°C do ok. 150°C.
13
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
a)
b)
100°C
25°C
Rys 3.14. Wpływ temperatury na pracę złącza diody półprzewodnikowej.
a) zależność spadku napięcia na diodzie od temperatury.
b) zależność temperaturowego współczynnika napięcia przewodzenia diody w
funkcji prÄ…du.
Rys. 3.15. Schemat blokowy termometru cyfrowego.
Termometr umożliwia pomiar temperatury w zakresie od -50°C do 150°C z
rozdzielczoÅ›ciÄ… 0.1°C. Prezentacja wyniku odbywa siÄ™ na wyÅ›wietlaczu typu LCD.
14
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
3.3. REALIZACJA PRAKTYCZNA ĆWICZENIA  POMIARY.
Program badań  zadania do wykonania.
a) Zapoznać się z aparaturą pomiarową zgromadzoną na stanowisku laboratoryj-
nym:
- termometrem elektronicznym z przetwornikiem termoelektrycznym typu K.
- termometrem elektrycznym w zestawie: sensor termoelektryczny (typu K) i wol-
tomierz cyfrowy
- termometrem elektrycznym w zestawie: sensor termorezystancyjny (platynowy
Pt100) i omomierz,
b) Zestawić i uruchomić układy pomiarowe na stanowisku laboratoryjnym.
c) Wyznaczyć charakterystyki statyczne ( nagrzewania i  studzenia ) w/w termome-
trów w przedziale zadanym przez prowadzącego.
Tabela 2a i 2b
L.p. Wartości temperatury Wartość napięcia - prze- Wartość zmiany rezy-
odczytanej z termometru twornik termoelektryczny. stancji - przetwornik ter-
elektronicznego. morezystancyjny.
[ mV ]
[ °C ] [ &! ]
1.
2.
3.
.....
.....
.....
30.
d) Sporządzić wykresy przedstawiający charakterystyki zależności napięcia i rezy-
stancji od temperatury. Porównać otrzymaną charakterystykę z wartościami
podanymi w normach: PN-EN 60751 : 1997 i PN-EN 60584-1 : 1997 [4].
UWAGA
Konieczność przygotowania przed zajęciami informacji na temat charakterystyk prze-
tworników na podstawie norm: PN-EN 60751 : 1997 i PN-EN 60584-1 : 1997 lub [4].
15
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
3.4. PYTANIA SPRAWDZAJ
CE
1 Zasada pomiaru temperatury termometrami elektrycznymi z przetwornikami ter-
moelektrycznymi.
2 Dokonać oceny właściwości eksploatacyjnych i metrologicznych termometrów
elektrycznych z sensorami rezystancyjnymi metalicznymi i półprzewodnikowymi.
3 Omówić metodę pomiaru temperatury za pomocą diody półprzewodnikowej.
4 Omówić stosowane aktualnie skale temperatur.
5 Właściwości dynamiczne przetworników termometrycznych  pojęcie stałej cza-
sowej.
6 Możliwości metrologiczne systemu pomiarowego METEX M3850 - IBM PC.
LITERATURA
1. Wykład
2. J. Piotrowski: Pomiary czujniki i metody pomiarowe wybranych wielkości fi-
zycznych i składu chemicznego WNT Warszawa 2009
3. M. Miłek: Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych
Uniwersytet Zielonogórski 2006
4. A. Chwaleba, J. Czajewski: Przetworniki pomiarowe i defektoskopowe, Wy-
dawnictwo Politechniki Warszawskiej 1998
5. L. Michalski, K. Eckersdorf, J. Kucharski: Termometria  przyrzÄ…dy i metody,
wyd. Politechniki A
ódzkiej, A
ódz
2004.
6. A. Michalski, S. Tumański, B. Żyła: Laboratorium miernictwa wielkości nieelek-
trycznych, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej 1999
7. PN-EN 60751 : 1997
8. PN-EN 60584-1 : 1997
9. Strony www firm:
INTROL
LUMEL
LABEL
NDN
DACPOL
I INNE
16
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Charakterystyka przetwornika termorezystancyjnego Pt 100
(PN-EN 60751 : 1997)
R [&!] = f (T [0C])
17
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI
LABORATORIUM Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych
Pomiary temperatury termometrami stykowymi
Charakterystyka przetwornika termoelektrycznego J , K , T , N , S , R , B ,
(PN-EN 60584-1 : 1997)
E [µV] = f (T [0C])
18
przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych
dr inż. Marek KURKOWSKI