POLITECHNIKA RZESZOWSKA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I
INŻYNIERII ŚRODOWISKA
Zakład Badań Konstrukcji
Ćwiczenie nr 1
„Wyznaczanie charakterystyk statycznych i dynamicznych czujników temperatury”
Prowadzący: Wykonali:
mgr inż. Rafał Klich Dyląg Szymon
Dobosz Dominika
gr. L-2
rok akadem.
2005/2006
1. Wprowadzenie:
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
- 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.
2. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było zbadanie charakterystyki statycznej termistora i wykreślenie wykresu T [Co] =f[R(Ώ)], oraz zbadanie charakterystyk dynamicznych termopary i termistora wraz z wykreśleniem ich wykresów ich odpowiedzi czasowej U[mV)] = f[t(s)] oraz R(Ώ) = f{t(s)].
3. Charakterystyka statyczna:
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.
3.1. Schemat układu:
TERMISTOR
3.2. Przebieg ćwiczenia:
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. Otrzymane wyniki dały podstawę do wykreślenia charakterystyk statycznych.
3.3. Wyniki:
Termistor |
|
T |
R |
oC |
|
20,3 |
0,153 |
25 |
0,128 |
30 |
0,106 |
35 |
0,087 |
40 |
0,072 |
45 |
0,059 |
50 |
0,05 |
55 |
0,042 |
60 |
0,035 |
65 |
0,03 |
70 |
0,026 |
75 |
0,022 |
80 |
0,019 |
85 |
0,017 |
90 |
0,015 |
95 |
0,013 |
4. Charakterystyka dynamiczna:
Charakterystykę czasową elementu automatyki stanowi jego odpowiedź na określony sygnał wejściowy. Podstawowymi sygnałami wejściowymi do wyznaczania tych charakterystyk są wymuszenia skokowe lub impulsowe.
Przebieg ćwiczenia:
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:
Termopara:
T (oC) = 95,5
U(V) = 3,72
termopara |
|
t |
U |
s |
V |
0 |
0 |
0,2 |
1,87 |
0,5 |
2,81 |
1 |
3,72 |
2 |
3,72 |
Termistor:
T (oC) = 95,5
R(Ώ) = 0,14
termistor |
|
t |
R |
s |
|
0 |
0,89 |
0,3 |
0,54 |
0,5 |
0,23 |
1 |
0,14 |
2 |
0,14 |
6. Wnioski:
Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzamy, że badany statycznie termistor jest urządzeniami działającymi poprawnie. Stwierdzamy również, iż urządzenia zachowują się poprawnie podczas prób dynamicznych a niedokładność charakterystyk czasowych jest spowodowana niedokładnością odczytu.