Politechnika Opolska w Opolu Wydział: Elektrotechnika i Automatyka Kierunek: Automatyka i Robotyka					Data: 06.01.1999
Autorzy:	Łukasz Iwoński
	Mateusz Różycki				nr ćw.
					9
Temat:	Pomiar temperatury przetwornikami rezystancyjnymi oraz termometrami termoelektrycznymi

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie z budową, zasadą działania oraz sposobami pomiaru temperatury za pomocą przetworników rezystancyjnych oraz termometrów termoelektrycznych.

2. Wyznaczanie charakterystyki statycznej.

Tabela pomiarowa

Lp.	^0C PTK1	STE NiCr-Ni [mV]	STE NiCr-NiAl [mV]	R [Ω] Pt 100 PN	R [Ω] Pt 100 GOST	F [MHz]
1	20.3	0.82	0.94	107.9	107.9	28.22860
2	25	1.13	1.28	108.3	109.3	28.23645
3	30	1.29	1.42	108.8	110.3	28.23979
4	35	1.48	1.61	109.4	111.4	28.24429
5	40	1.67	1.8	111.2	113	28.24912
6	45	1.84	2.01	111.2	114.9	28.25495
7	50	2.03	2.2	112.2	116.4	28.25888
8	55	2.19	2.39	113.3	118.1	28.26364
9	60	2.37	2.58	114.5	120.1	28.26889
10	65	2.54	2.78	116	122	28.27385
11	70	2.73	2.97	117.4	124	28.27643
12	75	2.89	3.16	119	126.1	28.28380
13	80	3.06	3.35	120.6	128	28.28835
14	85	3.21	3.54	122.2	129.9	28.29335
15	90	3.39	3.73	123.9	131.9	28.29809
16	95	3.52	3.93	125.7	134	28.30327
17	100	3.71	4.12	127.6	136	28.30809
18	105	3.87	4.31	129.5	138	28.31325
19	110	4.05	4.5	131.6	140.1	28.31810
20	115	4.16	4.68	133.3	142.1	28.32309
21	120	4.35	4.86	135.3	144.1	28.32795

3. Normy przetworników rezystancyjnych, termoelementów, obliczenia błędów i odchyłek.

Termometry rezystancyjne oznaczone są normą

Dla termometrów rezystancyjnych należy obliczyć rezystancję przewodów łączących:

A) Pt 100 PN

dla temp. 20,3 ⁰C R=107,9 Ω

Rezystancja przewodów R_p=R_pomiarowe-R_{z tabeli}

R_p=109,1-107,9 R_p=1,2 Ω

B) Pt 100 GOST

R_p=0,3 Ω

Termoelementy oznacz one są normą

Dla termoelementów należy obliczyć poprawki na niezerowe zimne końce

a) STE NiCr-NiAl dla 20,3 ⁰C U=0,81 mV

b) STE NiCr-Ni dla 20,3 ⁰C U=0,82 mV

Dopuszczalna odchyłka od normy dla 2 klasy wynosi:

b = 0; c = 0; a = 4

t - temperatura

E - siła termoelektryczna

- czułość termoelementu

4. Wyznaczanie warunku czystości platyny.

dla termometrii technicznej

dla termometrii precyzyjnej

R₀^o_C=100Ω

Dla termometru rezystancyjnego Pt100 PN czystość platyny wynosi

Dla termometru rezystancyjnego Pt100 GOST czystość platyny wynosi

5. Tabele charakterystyk termoelementów i przetworników rezystancyjnych wg norm.

Charakterystyka statyczna termoelementu wg normy.

Tabela pomiarowa.

Lp.	^0C	U [μV]
1	20	798
2	30	1203
3	40	1611
4	50	2022
5	60	2436
6	70	2850
7	80	3266
8	90	3681
9	100	4095
10	110	4508
11	120	4919

Charakterystyka statyczna przetwornika rezystancyjnego wg normy.

Tabela pomiarowa.

Lp.	^0C	R [Ω]
1	20	107.79
2	30	111.67
3	40	115.54
4	50	119.4
5	60	123.24
6	70	127.07
7	80	130.89
8	90	134.7
9	100	138.5
10	110	142.29
11	120	146.06

6. Wyznaczanie charakterystyki dynamicznej.

Tabela pomiarowa.

Lp.	t [s]	STE [mV] NiCr-Ni	STE [mV] NiCr-NiAl	t [^0C]	R [Ω] Pt100 PN	R [Ω] Pt100 GOST
1	15	2.2	3.1	107.4	146.2	144.4
2	30	0.7	2.3	103.5	146	143.7
3	45	0.32	1.96	101.2	145.7	142.9
4	60	0.24	1.52	95.7	145.1	142
5	75	0.1	1.26	88.6	144.6	140.9
6	90	0.16	1.02	84.7	143.9	140
7	105	0.2	0.71	78.3	143.2	139
8	120	0.2	0.6	75.4	142.6	138.1
9	135	0.2	0.53	70.8	141.8	137.1
10	150	0.19	0.46	67.1	141.2	136.2
11	165	0.18	0.41	63.5	140.6	135.7
12	180	0.17	0.34	61.7	140	134.4
13	195	0.16	0.28	58.4	139.3	133.5
14	210	0.16	0.24	55.2	138.8	132.8
15	225	0.15	0.22	53.6	138.3	132
16	240	0.15	0.19	51.1	137.8	131.2
17	255	0.14	0.16	48.5	137.3	130.5
18	270	0.14	0.13	47.6	136.9	129.8
19	285	0.13	0.12	46.2	136.4	129.1
20	300	0.13	0.11	44.6	136	128.4
21	315	0.13	0.09	43.7	135.7	127.8
22	330	0.13	0.07	42.9	135.3	127.2
23	345	0.13	0.06	41.3	135	126.7
24	360	0.13	0.06	40.8	134.7	126.1
25	375	0.13	0.05	39.7	134.3	125.5
26	390	0.12	0.05	38.2	134	125
27	405	0.12	0.04	37.6	133.8	124.5
28	420	0.12	0.03	37.3	133.5	124
29	435	0.12	0.03	36.5	133.3	123.6
30	450	0.12	0.03	35.8	133	123.1
31	465	0.11	0.02	35.3	132.8	122.8
32	480	0.11	0.02	34.8	132.6	123.2
33	495	0.11	0.02	34.6	132.4	121.9
34	510	0.11	0.02	34.3	132.1	121.6
35	525	0.11	0.01	33.9	132	121.4
36	540	0.11	0.01	33.5	131.8	120.9
37	555	0.11	0.01	33.2	131.6	120.5
38	570	0.11	0	32.8	131.4	120.2
39	585	0.11	0	32.6	131.2	119.9
40	600	0.11	0	32.1	131	119.6
41	615	0.1	0	31.9	130.9	119.3
42	630	0.1	0	31.7	130.7	119
43	645	0.1	0	31.4	130.6	118.7
44	660	0.1	0	31.2	130.5	118.5

Lp.	t [s]	STE [mV] NiCr-Ni	STE [mV] NiCr-NiAl	t [^0C]	R [Ω] Pt100 PN	R [Ω] Pt100 GOST
45	675	0.1	0	30.7	130.3	118.2
46	690	0.1	0	30.4	130.2	117.9
47	705	0.1	0	30.1	130.1	117.8
48	720	0.1	0	29.5	129.9	117.3
49	735	0.1	0	28.9	129.7	116.8
50	750	0.1	0	28.7	129.5	116.6
51	765	0.1	0	28.5	129.4	116.4
52	780	0.1	0	28.3	129.1	116
53	795	0.1	0	28.2	129	115.8
54	810	0.1	0	28	128.9	115.6
55	825	0.1	0	27.6	128.7	115.4
56	840	0.1	0	27.5	128.6	115.2
57	855	0.09	0	27	128.4	115
58	870	0.08	0	27.2	128.3	114.8

Charakterystyka dynamiczna Pt 100 PN R=f(t)

Charakterystyka dynamiczna Pt 100 GOST R=f(t)

Charakterystyka dynamiczna Pt 100 PN R=f(t)

Charakterystyka dynamiczna Pt 100 GOST R=f(t)

Charakterystyka dynamiczna termoelementu STE NiCr-Ni

U=f(t)

Charakterystyka dynamiczna termoelementu STE NiCr-NiAl

U=f(t)

Charakterystyka dynamiczna termoelementu STE NiCr-Ni

U=f(t)

Charakterystyka dynamiczna termoelementu STE NiCr-Ni

U=f(t)

Charakterystyki przetworników rezystancyjnych

Pt 100 PN Pt 100 GOST

oraz charakterystyka wg normy

Charakterystyki statyczne termoelementów STE NiCr-Ni , STE NiCr-NiAl

wg normy

wg pomiarów

7. Wnioski.

Metody pomiaru temperatury można podzielić na stykowe i bez stykowe. Przyrządy do pomiaru temperatury metodami stykowymi nazywane są termometrami. Czujnik temperatury styka się bezpośrednio z ciałem lub ośrodkiem badanym i wymienia ciepło na drodze przewodzenia, konwekcji i promieniowania. Do pomiaru temperatury stosowane są również czujniki elektryczne takie jak: termometry rezystancyjne metalowe, półprzewodnikowe oraz termoelementy. W naszym ćwiczeniu do pomiarów temperatury wykorzystywaliśmy przetworniki rezystancyjne (termometry rez.) Pt 100 PN i Pt 100 GOST oraz termoelementy STE NiCr-Ni i STE NiCr-NiAl. W termometrach rezystancyjnych metalowych wykorzystuje się właściwość zmiany oporności metali i półprzewodników w funkcji temperatury, którą następnie wykorzystuje się do zmiany temperatury na sygnał elektryczny.

Ćwiczenie laboratoryjne „Pomiary temperatury przetwornikami rezystancyjnymi oraz termometrami termoelektrycznymi” powinno być wykonane przy wykorzystaniu komputera
z oprogramowaniem wspomagającym pomiary i w dużym stopniu zwiększającym dokładność tych pomiarów. Ze względów technicznych (uszkodzona karta w komputerze) pomiary dokonaliśmy przy pomocy mierników cyfrowych , z których kilka było w złym stanie technicznym (uszkodzony wyświetlacz , samoistne wyłączanie się w trakcie dokonywanych pomiarów).

Obliczony na podstawie pomiarów punkt czystości platyny dla przetwornika Pt100 PN wyniósł 1.276 co nie odpowiada ani zakresowi dla termometrii precyzyjnej ani dla technicznej. Jest jednak im bliski a niedokładność ta spowodowana jest błędami pomiarowymi. Podobnie dla przetwornika Pt100 GOST punkt czystości platyny, który wynosi 1.36 , nie odpowiada zakresom dla termometrii precyzyjnej i technicznej. Jest on jednak bliższy tym zakresom niż przetwornik Pt100 PN.

Na podstawie pomiarów wykreśliliśmy charakterystyki statyczne i dynamiczne badanych przetworników. Stałe czasowe dla poszczególnych przetworników wynoszą:

Pt100 PN stała czasowa T≈460

Pt100 GOST stała czasowa T≈580

STE NiCr-Ni stała czasowa T≈40

STE NiCr-NiAl stała czasowa T≈105

Charakterystyki statyczne dla przetworników rezystancyjnych w dużym stopniu odbiegają od charakterystyk wg norm. Lepszą , bardziej zbliżoną ch-stykę do ch-styki wg normy ma przetwornik Pt100 GOST. Może to być spowodowane lepszymi pomiarami lub tym , że Pt100 GOST jest w lepszym stanie technicznym. Obie ch-styki nie mieszczą się jednak w dopuszczalnych odchyłkach.

Charakterystyki statyczne termoelementów w bardzo małym stopniu odbiegają od ch-styki wg normy. STE NiCr-Ni do około 75⁰C wskazywał poprawną temperaturę, natomiast STE NiCr-NiAl w całym zakresie pomiarowym wskazywał poprawną temperaturę. Dla temp. Około 26⁰C obie ch-styki posiadają niewielkie zniekształcenie , które mogło być spowodowane błędem miernika.

Błędy pomiarowe oraz niedokładne ch-styki były spowodowane między innymi : złym stanem technicznym mierników , przewodów łączących oraz samych przyrządów pomiarowych. Inną przyczyną błędów było to iż w jednej chwili należało dokonywać pomiarów z sześciu mierników.

---