POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Laboratorium Podstaw Elektrotermii. Ćwiczenie nr 2 Temat: Charakterystyki termometryczne termoelementów i metalowych oporników termometrycznych.
Rok akademicki: 2012/2013 Wydział Elektryczny Studia dzienne inżynierskie Nr grupy: E3
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z rodzajami termoelementów i oporników termometrycznych stosowanych w technice pomiarowej, zjawiskami fizycznymi, na których oparte jest działanie tych elementów, zaznajomienie z charakterystykami termometrycznymi.

Termoelementy i oporniki termometryczne są elementami termometrów termoelektrycznych i rezystancyjnych, przetwarzającymi wielkości cieplne na wielkości elektryczne. Termoelementami nazywamy połączone na jednym końcu dwa różne materiały, takie jak: metale czyste, stopy metali, niemetale.

1. Termoelementy stosowane w technice pomiarowej.

Termoelement	Symbol	Temperatura zastosowania	Temperatura dopuszczalna
platynorod - platyna	PtRh10-Pt	≤1300°C	≈1750°C
platynorod - olatynorod	PtRh30-PtRh6	≤1600°C	≈1800°C
nikielchrom - nikielaluminium	NiCr-NiAl	≤1000°C	≈1200°C
chromel - alumel	Ch-A	≤1000°C	≈1200°C
miedź - konstantan	Cu-Konst	≤500°C	≈600°C
żelazo - konstantan	Fe-Konst	≤700°C	≈900°C
nikielchrom - konstantan	NiCr-Konst	≤700°C	≈800°C
chromel - kopel	Ch-K	≤700°C	≈800°C

Każdy metal zmienia swą rezystancję wraz ze zmianą temperatury. Ponadto materiały na

oporniki termometryczne powinny charakteryzować się następującymi właściwościami:

• Jak największy temperaturowy współczynnik zmian rezystancji (duża rozdzielczość)

• Możliwie duża rezystywność, co umożliwia wykonywanie miniaturowych czujników

• Wysoka temperatura topnienia (możliwość pomiaru dużych wartości temperatur)

• Stałość własności fizycznych w zakresie temperatur roboczych

• Odporność na wpływy chemiczne

• Łatwą odtwarzalność metalu o identycznych własnościach, co gwarantuje możliwość wymiany przyrządu

• Ciągłość zależności rezystancji od temperatury bez występowania histerezy

• Wytrzymałość mechaniczną (odporność na uszkodzenia).

1. Przebieg ćwiczenia.

Ćwiczenie rozpoczęliśmy od połączenia układu według schematu zamieszczonego poniżej. Następnie nagrzewaliśmy piec kolejno do określonych przez prowadzącego ćwiczenie, założonych temperatur, regulując nastawę za pomocą regulatora temperatury. W następnej kolejności, po ustaleniu każdej z temperatur w piecu (siła termoelektryczna posiadała stałą wartość niezmienną w czasie) kolejno mierzyliśmy za pomocą miliwoltomierza o dużej rezystancji wewnętrznej (multimetr) generowaną siłę termoelektryczną termoelementu wzorcowego (PtRh10 - Pt) i poszczególnych termoelementów badanych (1 – 4) oraz rezystancję opornika termometrycznego (element 5). Za pomocą pirometru zmierzyliśmy temperaturę wolnych końców badanych termoelementów, która wynosiła 25[°C]. Wyniki przeprowadzonych pomiarów zostały zawarte w tabeli pomiarowej.

1. Układ pomiarowy

Rys.3. Układ pomiarowy zastosowany w ćwiczeniu.

1 – piec

2 – element grzejny

3 – regulator temperatury

4 – termostat

5 – badany opornik termometryczny

6 – badany termoelement

7 – termoelement wzorcowy

8 – mostek termometryczny

9 – miliwoltomierz o dużej rezystancji wewnętrznej (multimetr)

1. Tabela pomiarów, obliczeń i odczytów z tabel

Temperatura wolnych końców: t₂=24°C

Pomiary	Obliczenia/odczyty z tabel
Rezystancja	Element
[Ω]
126	Wzorcowy
	1
	2
	3
	4
134,2	Wzorcowy
	1
	2
	3
	4
138,8	Wzorcowy
	1
	2
	3
	4
147,17	Wzorcowy
	1
	2
	3
	4
1523,12	Wzorcowy
	1
	2
	3
	4

Identyfikacja poszczególnych termoelementów polegała na obliczeniu za pomocą tablic siły termoelektrycznej dla każdego elementu, dla temperatury wolnych końców wynoszącej 25°C i porównaniu jej z wynikami pomiarów. Dla pewności sprawdzony został każdy wynik.

• NiCr-NiAl

E₁ = 1, 84 + 1, 000 = 2, 84[mV]

• Chromel-Kopel

E₁ = 3, 12 + 1, 64 = 4, 76[mV]

• Cu-Kopel

E₁ = 2, 05 + 1, 12 = 3, 17[mV]

• Fe-Kopel

E₁ = 2, 86 + 1, 37 = 4, 23[mV]

Na podstawie powyższych obliczeń poszczególne elementy można zidentyfikować następująco:

• Element nr 1 – NiCr-NiAl

• Element nr 2 – Fe-Kopel

• Element nr 3 – Cu-Kopel

• Element nr 4 – Chromel-Kopel

1. Charakterystyki termometryczne

1. Wnioski.

Na podstawie pomiarów, obliczeń i odszukania w tablicach charakterystyk termoelementów wynika iż są to następujące termoelementy (badane):

1. Nikielchrom - Nikielaluminium (NiCr-NiAl)

2. Żelazo – Kopel (Fe-K)

3. Miedź – Kopel (Cu-K)

4. Chromel – Kopel (Ch-K)

Najlepszym termoelementem zarówno w niższych jak i wyższych temperaturach okazał się Miedź – Kopel (Cu-K) W porównaniu do temperatury wzorca, ponieważ wskazywał podobną temperaturę jak wzorzec PtRh10-Pt. Najbardziej odległymi pod względem podobieństwa temperatury są NiCr-NiAl oraz Fe-Kopel.

NiCr-NiAl oraz Chromel-Kopel mają bardzo zbliżone temperatury dla różnych rezystancji, różnice wynoszą co najwyżej + 1^oC.

Po wykreśleniu charakterystyk widzimy, że siła termoelektryczna każdego termoelementu wraz ze wzrostem temperatury rośnie liniowo.