Politechnika Lubelska

Wydział Elektryczny

Laboratorium Miernictwa Przemysłowego

Ćwiczenie nr 5

Temat: Wyznaczenie charakterystyk przetworników termometrycznych.

Grupa ED 8.3 Komada Paweł

Data: 06.04.1998 r.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyki przetwarzania czujnika rezystancyjnego niklowego oraz wyznaczenie charakterystyk skokowych termoelementów.

2. Wyznaczenie charakterystyki przetwarzania czujnika rezystancyjnego niklowego.

a) Tabela wyników pomiarów i obliczeń.

		R1	R2	R3
RNi	W	113,9	128,9	142,2
RPt	W	109,8	119,6	127,7
t	^oC	25,17	50,53	71,64
		t1	t2	t3

b) Obliczenia

Na podstawie danych z powyższej tabeli oraz z układu równań

R₁ = R₀(1 + at₁ + bt₁²)

R₂ = R₀(1 + at₂ + bt₂²)

R₃ = R₀(1 + at₃ + bt₃²) wyznaczono R_o, a, b.

R₀ = {t₁t₂R₃ - (R₁t₂² - R₂t₁²)t₃/[(t₂ - t₁) t₁t₂] - (R₁t₂ - R₂t₁)t₃²/[(t₁ - t₂)]}/[t₁t₂ - (t₁ + t₂)t₃ + t₃²] ≈ 100,067 W

a = [t₂²R₁ - R₂t₁² - R₀(t₂² - t₁²)]/[(t₂ - t₁)t₁t₂R₀] ≈ 0,00528327 1/^oC

b = [t₂R₁ - R₂t₁ - R₀(t₂ - t₁)]/[(t₁ - t₂)t₁t₂R₀] ≈ 0,00000829019 1/(^oC)²

c) Wyznaczona charakterystyka przetwarzania czujnika rezystancyjnego:

R(t) = 100,067(1 + 0,00528327*t + 0,00000829019*t²)W

d) Wyznaczenie stosunku R(100)/R(0).

R(0) = 100,067 W

R(100) = 161,231 W

R(100)/R(0) = 161,231/100,067 ≈ 1,611

3. Wyznaczenie charakterystyk skokowych termoelementów.

a) Wyznaczenie charakterystyk skokowych termoelementów.

Szybkość przesuwu taśmy v = 1800 mm/h

termoelement J (Fe-CuNi) w osłonie - parzyste wejścia rejestratora

termoelement J (Fe-CuNi) bez osłony - nieparzyste wejścia rejestratora

b) Krzywe rozgrzewu czujnika w osłonie.

J_wz = (J - J₀)/( J_U - J₀),

J - temperatura chwilowa,

J_U - temperatura ustalona,

J₀ - temperatura początkowa

J_max = 50,53 ^oC

J_max = 71,64 ^oC

c) Wyznaczenie stałych czasowych dla czujnika w osłonie przy rozgrzewie.

Na podstawie krzywych z poprzedniego podpunktu widać, że w przypadku pierwszej krzywej stała czasowa wynosi ok. 2,25 min, a w przypadku drugim - 2,10 min.

d) Krzywe chłodzenia czujnika w osłonie.

J₀ = 50,53 ^OC

J_max = 71,64 ^oC

e) Wyznaczenie stałych czasowych dla czujnika w osłonie przy chłodzeniu.

Na podstawie krzywych z poprzedniego podpunktu widać, że w przypadku pierwszej krzywej stała czasowa wynosi ok. 5,1 min, a w przypadku drugim - 6,9 min.

4. Uwagi i wnioski.

W punkcie 2 wyznaczono charakterystykę przetwarzania czujnika rezystancyjnego niklowego. Na podstawie pomiarów rezystancji w trzech różnych temperaturach wyznaczono podstawowe parametry tej charakterystyki. Pomiaru temperatury dokonano na podstawie pomiaru rezystancji czujnika rezystancyjnego miedzianego, którego charakterystyka jest nam znana - punkty tej charakterystyki dla wielokrotności 10 ^oC zostały umieszczone w tabeli dostarczonej w instrukcji do ćwiczenia. Pomierzone wartości rezystancji czujnika miedzianego nie pokrywały się z zamieszczonymi w tabeli dlatego też wartości odpowiadającej im temperatury obliczono zakładając, że pomiędzy znanymi punktami charakterystyki charakterystyka jest liniowa. Oczywiście z teorii dotyczącej czujników rezystancyjnych wiadomym jest, że jest to niesłuszne. Wyznaczona wartość R₀ - czyli wartość rezystancji czujnika dla 0 ^oC jest bliska wartości 100 W. Jest to wartość charakterystyczna dla większości stosowanych w przemyśle czujników rezystancyjnych. Wyznaczone wartości parametrów a i b również nie różnią się zbytnio od wartości znanych z teorii. W punkcie tym wyznaczono również stosunek R(100)/R(0), który również charakteryzuje czujniki rezystancyjne. Wyniósł on 1,611 a znormalizowana wartość wynosi 1,617. Jak widać wyznaczone parametry nie różnią się zbytnio od znanych z teorii a ich ewentualne odchyłki są zapewne wynikiem założeń, o których mowa była wcześniej i zaokrąglania wyników pośrednich.

W punkcie 3 wyznaczano stałe czasowe termoelementów typu J. Jeden z nich pracował bez osłony, drugi z osłoną. W przypadku czujnika bez osłony jego odpowiedź na skok jednostkowy była praktycznie natychmiastowa - bardziej było to widoczne w przypadku tzw. krzywej grzania. Z tego powodu nie zamieszczano ich w sprawozdaniu. Stałe czasowe wyznaczono metodą geometryczną zakładając idealny charakter czujnika. Wartości stałych czasowych dla grzania prawie się nie różniły od siebie. Inaczej ma się sprawa w przypadku chłodzenia, gdzie różnica stałych wynosi ok. 1,8 min. Na taki stan rzeczy miało zapewne wpływ założenie o idealności czujnika, a także to, że podczas pomiarów występowały zakłócenia uniemożliwiające jednoznaczny odczyt wartości napięcia wyjściowego. Jak widać z pomiarów szybkość odpowiedzi czujnika zależy od jego budowy. Osłona powoduje wydłużenie czasu odpowiedzi co jest spowodowane tym, że zmienia się pojemność cieplna układu w stosunku do czujnika bez osłony. Pomiary pozwalają stwierdzić ponadto, że czas odpowiedzi czujnika zależy od zwrotu skoku temperatury. Przy skoku dodatnim (punkt 2) stała ta jest mniejsza niż przy skoku ujemnym (punkt 3). Oczywiście miał tu również znaczenie ośrodek w którym znajdował się czujnik.

---