Wstęp teoretyczny.

Układy pomiarowe stanowią część układów automatyki, w skład których wchodzą czujniki, przetworniki oraz wzmacniacze. Czujnik jest to element, na który bezpośrednio oddziaływuje wielkość mierzona. Podstawą do oceny i porównań czujników są następujące cechy: zakres pomiarowy, klasa dokładności, próg czułości, odporność na zakłócenia, liniowość, jednoznaczność, niezawodność, niska cena, powtarzalność charakterystyk, własności statyczne i dynamiczne.

Do pomiaru temperatury wykorzystaliśmy trzy rodzaje czujników: termoparę, termistor

i czujnik rezystancyjny Pt-100.

Termopara jest wykonane z dwóch przewodów różnych metali, zespawanych lub dokładnie zgrzanych ze sobą. Jeśli podgrzejemy końcówki zgrzanych ze sobą metali a do drugich końców podłączymy miliwoltomierz to po ogrzaniu spoiny miliwoltomierz wskaże tzw. napięcie termoelektryczne. Najczęściej do wykonania termopary stosuje się metale: miedź-konstantan, żelazo-konstantan, nichrom-konstantan, nichrom-nikiel, platynorod-platyna.

W czujnikach rezystancyjnych i piezorezystancyjnych wykorzystuje się zależność oporności niektórych metali i półprzewodników od temperatury. Czujniki rezystancyjne wykonuje się z: platyny, miedzi, niklu. Zaś piezoelektryczne z: tlenków żelaza, manganu, litu i tytanu.

Wykonanie ćwiczenia.

W ćwiczeniu mieliśmy wyznaczyć charakterystyki statyczne i dynamiczne trzech wcześniej wymienionych czujników.

Charakterystyki statyczne.

Charakterystyka stanowi zależność jaka zachodzi między sygnałem wejściowym

a wyjściowym w stanach ustalonych. Wielkości charakteryzujące działanie w stanach ustalonych to: klasa dokładności, histereza, próg czułości.

TERMOPARA

TERMISTOR, CZUJNIK PT 100

Aby wykonać charakterystykę statyczną należało napełnić kolbę wodą i podgrzewać ją od temperatury 20 ⁰C do temperatury 95 ⁰C. Jednocześnie w kolbie znajdował się czujnik wzorcowy temperatury i obiekt badany. Pomiar wykonywało się co 5 ⁰C, równocześnie odczytując zmianę napięcia dla termopary i zmianę oporności dla termistora i czujnika Pt 100. Otrzymane wyniki dały podstawę do wykreślenia charakterystyk statycznych.

Charakterystyki dynamiczne.

Charakterystykę czasową elementu automatyki stanowi jego odpowiedź na określony sygnał wejściowy. Podstawowymi sygnałami wejściowymi do wyznaczania tych charakterystyk są wymuszenia skokowe lub impulsowe.

Ta część doświadczenia polegała na podgrzaniu wody w kolbie do temperatury 95 ⁰C

i gwałtownym wrzuceniu badanego czujnika do niej. W tym samym czasie należało dokonać pomiaru zmiany napięcia dla termopary i zmiany oporności dla czujnika Pt 100

i termistora w czasie. Wyniki dały podstawę do wykreślenia charakterystyk dynamicznych.

Wyniki pomiarów.

Charakterystyki statyczne.

TERMOPARA		CZUJNIK PT 100		TERMISTOR
T [^0C]	U [mV]	T [^0C]	R [Ω] 1kΩ	T [^0C]	R [Ω] 100kΩ
21,5 26,5 31,5 36,5 41,5 46,5 51,5 56,5 61,5 66,5 71,5 76,5 81,5 86,5 91,5 96,5	-0,33 -0,08 0,20 0,46 0,74 1,00 1,28 1,57 1,83 2,14 2,42 2,70 2,95 3,23 3,49 3,71	24 29 34 39 44 49 54 59 64 69 74 79 84 89 94 95	0,1296 0,0952 0,0787 0,0643 0,0546 0,0456 0,0375 0,0311 0,0272 0,0224 0,0193 0,0171 0,0145 0,0131 0,0122 0,0114	20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95	104,15 87,26 70,36 55,41 48,13 40,67 32,89 25,56 21,10 17,61 15,74 13,22 11,86 10,26 9,54 8,50

Charakterystyki dynamiczne.

TERMOPARA		CZUJNIK PT 100		TERMISTOR
t [s]	U [mV]	t [s]	R[Ω]1000kΩ	t [s]	R [Ω] 100kΩ
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0	-0,35 -0,12 1,86 2,32 2,40 2,57 3,88 3,89 3,90 3,91 3,92	0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0	102,3 95,3 56,8 36,6 16,4 12,9 11,5 9,7 8,9 8,2 7,8	0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0	0,139 0,096 0,057 0,022 0,017 0,013 0,012 0,011 0,011 0,009 0,008

Wnioski:

Wyniki pomiarów pozwoliły wykreślić nam charakterystyki statyczne i dynamiczne rozpatrywanych czujników temperatury, którymi były: termopara, czujnik Pt 100, termistor.

---