POLITECHNIKA ŚLĄSKA Wydział Elektryczny Laboratorium Sensoryki	Studia stacjonarne dwustopniowe Kierunek: EL Rok akademicki: 2009/2010 Semestr: VI.
Temat ćwiczenia: Badanie czujników temperatury.
Studenci: Polok Bartosz Siwek Piotr Górka Kamil Martin Damian	Data: 23. 04. 2010 Grupa AME Sekcja 4 Prowadzący: dr inż. H. Urzędniczok

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk statycznych wybranych czujników termometrycznych na podstawie pomiarów laboratoryjnych.

2. Przebieg ćwiczenia

Podczas wykonywania ćwiczenia zbadaliśmy jak zmieniają się właściwości poszczególnych czujników temperatury wraz ze zmianą temperatury.

Badaliśmy następujące czujniki:

• Układ scalony (oznaczony jako Us)

• Tranzystor w układzie wzmacniacza (Tw)

• Tranzystor (Tr)

• Dioda (D)

• Dwa rodzaje termopar (t1 i t2)

• Rezystancyjny czujnik ntc (ntc)

• Rezystancyjny czujnik KTY (KTY)

• Rezystancyjny czujnik Cu-100 (Cu)

Wyniki pomiarów zestawione w tabeli:

Temp. odniesienia	UUs	UTw	UTr	UD	Ut1	Ut2	Rntc	RKTY	RCu
^0C	V	V	V	V	mV	mV	kΩ	kΩ	kΩ
19,7	2,929	3,172	0,639	0,619	0,01	0,00	0,5623	0,5726	0,1102
20,8	2,937	3,127	0,637	0,615	0,07	0,01	0,5380	0,5735	0,1103
22,9	2,961	3,093	0,632	0,610	0,17	0,03	0,4904	0,5759	0,1112
26,6	2,997	3,094	0,623	0,603	0,27	0,07	0,4091	0,5991	0,1133
29,5	3,023	3,064	0,617	0,597	0,38	0,11	0,3625	0,6138	0,1145
32,4	3,053	3,029	0,610	0,591	0,49	0,14	0,3170	0,6276	0,1158
37,0	3,100	2,976	0,600	0,581	0,68	0,20	0,2603	0,6480	0,1178
42,2	3,153	2,918	0,589	0,570	0,90	0,26	0,2097	0,6723	0,1200
46,8	3,200	2,864	0,579	0,560	1,10	0,32	0,1734	0,6951	0,1221
51,4	3,247	2,811	0,569	0,551	1,29	0,38	0,1445	0,7183	0,1240
56,0	3,294	2,758	0,559	0,541	1,50	0,44	0,1208	0,7419	0,1261
60,2	3,337	2,709	0,549	0,532	1,68	0,49	0,1030	0,7631	0,1280
65,1	3,387	2,653	0,539	0,522	1,90	0,56	0,0861	0,7885	0,1300
69,9	3,436	2,597	0,528	0,512	2,12	0,63	0,0725	0,8139	0,1321
75,3	3,490	2,535	0,517	0,500	2,36	0,70	0,0602	0,8430	0,1345
82,8	3,566	2,448	0,501	0,484	2,72	0,81	0,0468	0,8845	0,1377
89,6	3,635	2,370	0,486	0,470	3,03	0,91	0,0377	0,9230	0,1407

Wykonane obliczenia oraz wyznaczone charakterystyki:

1. Czujnik w układzie scalonym:
   

T odniesienia	UUs	UUs obl	błąd
^0C	V	V	V
19,7	2,929	2,925	0,004
20,8	2,937	2,936	0,001
22,9	2,961	2,958	0,003
26,6	2,997	2,995	0,002
29,5	3,023	3,024	0,001
32,4	3,053	3,054	0,001
37,0	3,100	3,100	0,000
42,2	3,153	3,153	0,000
46,8	3,200	3,199	0,001
51,4	3,247	3,246	0,001
56,0	3,294	3,292	0,002
60,2	3,337	3,334	0,003
65,1	3,387	3,384	0,003
69,9	3,436	3,432	0,004
75,3	3,490	3,487	0,003
82,8	3,566	3,563	0,003
89,6	3,635	3,631	0,004

U_Usobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

2. Tranzystor w układzie wzmacniacza:

T odniesienia	UTw	UTw obl	błąd
^0C	V	V	V
19,7	3,172	3,163	0,009
20,8	3,127	3,151	0,024
22,9	3,093	3,127	0,034
26,6	3,094	3,086	0,008
29,5	3,064	3,053	0,011
32,4	3,029	3,021	0,008
37,0	2,976	2,969	0,007
42,2	2,918	2,911	0,007
46,8	2,864	2,860	0,004
51,4	2,811	2,808	0,003
56,0	2,758	2,757	0,001
60,2	2,709	2,710	0,001
65,1	2,653	2,655	0,002
69,9	2,597	2,601	0,004
75,3	2,535	2,540	0,005
82,8	2,448	2,456	0,008
89,6	2,370	2,380	0,010

U_Twobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

3. Tranzystor:

T odniesienia	UTr	UTr obl	błąd
^0C	V	V	V
19,7	0,639	0,638	0,001
20,8	0,637	0,636	0,001
22,9	0,632	0,631	0,001
26,6	0,623	0,623	0,000
29,5	0,617	0,617	0,000
32,4	0,610	0,610	0,000
37,0	0,600	0,600	0,000
42,2	0,589	0,589	0,000
46,8	0,579	0,579	0,000
51,4	0,569	0,569	0,000
56,0	0,559	0,558	0,001
60,2	0,549	0,549	0,000
65,1	0,539	0,538	0,001
69,9	0,528	0,528	0,000
75,3	0,517	0,516	0,001
82,8	0,501	0,499	0,002
89,6	0,486	0,484	0,002

U_Trobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

4. Dioda:

T odniesienia	UD	UD obl	błąd
^0C	V	V	V
19,7	0,619	0,618	0,001
20,8	0,615	0,616	0,001
22,9	0,610	0,611	0,001
26,6	0,603	0,603	0,000
29,5	0,597	0,597	0,000
32,4	0,591	0,591	0,000
37,0	0,581	0,582	0,001
42,2	0,570	0,571	0,001
46,8	0,560	0,561	0,001
51,4	0,551	0,551	0,000
56,0	0,541	0,542	0,001
60,2	0,532	0,533	0,001
65,1	0,522	0,523	0,001
69,9	0,512	0,513	0,001
75,3	0,500	0,501	0,001
82,8	0,484	0,485	0,001
89,6	0,470	0,471	0,001

U_Dobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

5. Termopara t1:

T odniesienia	Ut1	Ut1 obl	błąd
^0C	mV	mV	mV
19,7	0,01	-0,03	0,04
20,8	0,07	0,02	0,05
22,9	0,17	0,11	0,06
26,6	0,27	0,27	0,00
29,5	0,38	0,39	0,01
32,4	0,49	0,52	0,03
37,0	0,68	0,71	0,03
42,2	0,90	0,94	0,04
46,8	1,10	1,13	0,03
51,4	1,29	1,33	0,04
56,0	1,50	1,53	0,03
60,2	1,68	1,71	0,03
65,1	1,90	1,92	0,02
69,9	2,12	2,12	0,00
75,3	2,36	2,36	0,00
82,8	2,72	2,68	0,04
89,6	3,03	2,97	0,06

U_t1obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

6. Termopara t2:

T odniesienia	Ut2	Ut2 obl	błąd
^0C	mV	mV	mV
19,7	0,00	-0,02	0,02
20,8	0,01	-0,01	0,02
22,9	0,03	0,02	0,01
26,6	0,07	0,07	0,00
29,5	0,11	0,11	0,00
32,4	0,14	0,14	0,00
37,0	0,20	0,20	0,00
42,2	0,26	0,27	0,01
46,8	0,32	0,33	0,01
51,4	0,38	0,39	0,01
56,0	0,44	0,45	0,01
60,2	0,49	0,50	0,01
65,1	0,56	0,57	0,01
69,9	0,63	0,63	0,00
75,3	0,70	0,70	0,00
82,8	0,81	0,79	0,02
89,6	0,91	0,88	0,03

U_t2obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

7. Rezystancyjny czujnik ntc:

T odniesienia	Rntc	Rntc obl	błąd
^0C	kΩ	kΩ	kΩ
19,7	0,5623	0,4513	0,1110
20,8	0,5380	0,4432	0,0948
22,9	0,4904	0,4276	0,0628
26,6	0,4091	0,4003	0,0088
29,5	0,3625	0,3788	0,0163
32,4	0,3170	0,3573	0,0403
37,0	0,2603	0,3233	0,0630
42,2	0,2097	0,2848	0,0751
46,8	0,1734	0,2508	0,0774
51,4	0,1445	0,2167	0,0722
56,0	0,1208	0,1827	0,0619
60,2	0,1030	0,1516	0,0486
65,1	0,0861	0,1154	0,0293
69,9	0,0725	0,0798	0,0073
75,3	0,0602	0,0399	0,0203
82,8	0,0468	-0,0156	0,0624
89,6	0,0377	-0,0659	0,1036

R_ntcobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

8. Rezystancyjny czujnik KTY:

T odniesienia	RKTY	RKTY obl	błąd
^0C	kΩ	kΩ	kΩ
19,7	0,5726	0,5626	0,0100
20,8	0,5735	0,5681	0,0054
22,9	0,5759	0,5786	0,0027
26,6	0,5991	0,5971	0,0020
29,5	0,6138	0,6116	0,0022
32,4	0,6276	0,6261	0,0015
37,0	0,6480	0,6491	0,0011
42,2	0,6723	0,6751	0,0028
46,8	0,6951	0,6981	0,0030
51,4	0,7183	0,7211	0,0028
56,0	0,7419	0,7441	0,0022
60,2	0,7631	0,7651	0,0020
65,1	0,7885	0,7896	0,0011
69,9	0,8139	0,8136	0,0003
75,3	0,8430	0,8406	0,0024
82,8	0,8845	0,8781	0,0064
89,6	0,9230	0,9121	0,0109

R_KTYobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

9. Rezystancyjny czujnik Cu-100:

T odniesienia	RCu	RCu obl	błąd
^0C	kΩ	kΩ	kΩ
19,7	0,1102	0,1094	0,0008
20,8	0,1103	0,1098	0,0005
22,9	0,1112	0,1107	0,0005
26,6	0,1133	0,1121	0,0012
29,5	0,1145	0,1133	0,0012
32,4	0,1158	0,1145	0,0013
37,0	0,1178	0,1163	0,0015
42,2	0,1200	0,1184	0,0016
46,8	0,1221	0,1202	0,0019
51,4	0,1240	0,1221	0,0019
56,0	0,1261	0,1239	0,0022
60,2	0,1280	0,1256	0,0024
65,1	0,1300	0,1275	0,0025
69,9	0,1321	0,1295	0,0026
75,3	0,1345	0,1316	0,0029
82,8	0,1377	0,1346	0,0031
89,6	0,1407	0,1373	0,0034

R_Cuobl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji liniowej będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

3. Wnioski:

• W mierzonym przez nas zakresie charakterystyka czujnika ntc wykazuje bardzo wyraźną nieliniowość, o czym świadczy błąd nieliniowości wynoszący aż 21,16%, charakterystyki pozostałych czujników w mierzonym zakresie możemy przyjąć za liniowe.

• Termopary charakteryzują się niewielkimi zmianami wielkości wyjściowych w zależności od temperatury (dla termopary t1 3,03mV na mierzony zakres, z kolei dla termopary t2 0,91mV na zakres) co utrudnia pomiar i powoduje błędy.

• Z badanych przez nas czujników, których wielkością wyjściową jest napięcie (za wyjątkiem termopar) największy zakres zmian napięcia wykazuje układ scalony oraz tranzystor w układzie wzmacniacza, dioda i tranzystor mają zakres ponad czterokrotnie mniejszy. Błędy nieliniowości są stosunkowo niewielkie, więc czujniki te możemy traktować jak liniowe, aczkolwiek tranzystor w układzie wzmacniacza wykazuje większy błąd nieliniowości niż zwykły tranzystor co może być spowodowane błędami wzmacniania sygnału.

• Porównując czujniki rezystancyjne największą rozdzielczość ma czujnik ntc, natomiast jest on obarczony największym błędem nieliniowości, z kolei najmniejszy błąd nieliniowości wykazuje czujnik typu KTY.

1

---