POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa

Katedra Awioniki i Sterowania

Laboratorium Podstaw Elektroniki

Czujnik temperatury

Wykonali:
Tyszka Kamil

Witkiewicz Piotr

Weroński Kamil

Wasilewski Szymon
Tymoczko Maciej

II MDLiK L-9

1. Wstęp teoretyczny

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 zwykle 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

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 ob wodzie określona jest wzorem V=(Sb-Sa)*(T2-T1)

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

Ogniwo Peltiera

Peltier odkrył, że na złączu dwóch różnych metali przy przepływie prądu w odpowiednim kierunku złącze pochłania ciepło. Ilość wydzielanego lub pochłanianego ciepła jest proporcjonalna do natężenia prądu, zależy także od zastosowanych materiałów. Ogniwo Peltiera zbudowane jest z dwóch okładzin pomiędzy którymi są naprzemiennie rozmieszczone kostki półprzewodników typu „n” i „p”. kostki te łączą się ze sobą za pomocą miedzianych mostków, tak aby stały prąd płynął przez wszystkie półprzewodniki. Dzięki zjawisku Peltiera prąd elektryczny powoduje ochładzanie jednej z okładzin i ogrzewanie drugiej.

Cel ćwiczenia

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)

Pomiary

Zaprogramowana temperatura 31°C
Czas mierzony bezwzględnie (t0=0)
0
35
42
52
59

Stan wentylatora w funkcji czasu:

Zaprogramowana temp 30,5 °C
Czas mierzony bezwzględnie (t0=0)
0
2
13
61
70

Zaprogramowana temp 30,5 °C
Czas mierzony bezwzględnie (t0=0)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50

Zaprogramowana temperatura 32 °C
Czas mierzony bezwzględnie (t0=0)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50

Wnioski:

Regulator temperatury dobrze realizuje swoje zadanie utrzymywania temperatury. Prawidłowo reaguje zarówno na wzrost jak i na spadek wskazań termometru. Bezwładność regulatora została ustawiona na 0,5 stopnia, w tabelach dostrzegamy iż niektóre wartości przekraczają jednak ustaloną wartość. Lecz jest to bardzo niewielka różnica, między tym co ustalone, a tym co zmierzyliśmy.

Pewnym utrudnieniem podczas pomiarów były problemy z zasilaczem, który nie mógł dostarczyć odpowiedniej mocy do ogrzania ogniwa Peltiera. Uzyskanie żądanej temperatury było dużo bardziej czasochłonne. Temperatura rosła bardzo wolno. Przez co pierwsze dwa pomiary wskazują na bardzo dużą przerwę w pracy wentylatora.

Podsumowując regulator temperatury spełnia swoje zadania prawidłowo.