PAC
STWOWA WYŻSZA SZKOA
A ZAWODOWA
W TARNOWIE
INSTYTUT POLITECHNICZNY
LABORATORIUM METROLOGII
Instrukcja do wykonania ćwiczenia laboratoryjnego:
Ćwiczenie 2
 POMIARY TEMPERATURY  CZUJNIKI I
APARATURA
Tarnów 2009
Ćwiczenie 2
POMIARY TEMPERATURY  CZUJNIKI I APARATURA
Program ćwiczenia
1. Pomiar temperatury termoelementem typu J (Fe-CuNi) i miliwoltomierzem; badanie
wpływu temperatury spoiny odniesienia.
2. Pomiar temperatury termoelementem typu J współpracującym z przemysłowym mierni-
kiem temperatury typu N12T.
3. Pomiar temperatury czujnikiem rezystancyjnym Pt100:
a) pomiar rezystancji czujnika omomierzem z wykorzystaniem 2 lub 4 przewodów,
b) pomiar temperatury przemysłowym miernikiem temperatury N12T z czujnikiem do-
łączonym za pomocą 2 lub 3 przewodów.
4. Sprawdzenie funkcji przetwarzania zintegrowanego czujnika AD22100 firmy Analog
Devices
Zakres wymaganych wiadomości
1. Podstawowe właściwości termoelelementów, prawo trzeciego metalu, przewody kompen-
sacyjne.
2. Podstawowe właściwości rezystorów termometrycznych (termistory, rezystory metalo-
we).
3. Podstawowe układy pomiarowe z czujnikami do pomiaru temperatury.
4. Pomiar rezystancji z wykorzystaniem 2, 3 lub 4 przewodów.
Literatura
[1] Tumański S., Technika pomiarowa. WNT Warszawa 2007
[2] Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: Termometria. A
ódz
, Politechnika A
ódzka
1998
[3] Hagel R., Zakrzewski J.: Miernictwo dynamiczne. Warszawa, WNT 1984
[4] Romer E.: Miernictwo przemysłowe. Warszawa, PWN 1970
[5] Zatorski A: Metrologia elektryczna. Ćwiczenia laboratoryjne. Skrypt nr 13 AGH, Kra-
ków 2002
[6] Zatorski A., Rozkrut A.: Miernictwo elektryczne. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych.
Skrypt AGH nr nr 1190/1990, 1334/1992, 1403/1994, 1585/1999
[7] Polska norma PN-EN 60584-1, PN-IEC 584-1 grudzień 1997: Termoelementy  Cha-
rakterystyki.
[8] Polska norma PN-EN 60751+A2, PN-IEC 751+A1+A2 paz
dziernik 1995: Czujniki pla-
tynowe przemysłowych termometrów rezystancyjnych.
[9] Nota katalogowa firmy Analog Devices czujnika AD22100
2
Instrukcja wykonania ćwiczenia
W ćwiczeniu wykorzystujemy:
termos zawierający wodę z lodem (jako z
ródło temperatury odniesienia). Mieszaninę wo-
dy z lodem należy przygotować na początku ćwiczenia lub przed nim. Należy stosować
dużo lodu i mało wody, tak aby lód sięgał dna. Aby zapobiec gromadzeniu się na dnie
wody o temperaturze około 4�C wskazane jest zamieszanie bezpośrednio przed pomia-
rem;
zlewkę z wodą o temperaturze pokojowej;
czajnik z ciepłą wodą. Temperaturę wody w czajniku należy utrzymywać w przedziale
60�80�C. W razie potrzeby należy włączyć ogrzewanie, kontrolując temperaturę, a po
wyłączeniu zasilania zamieszać, aby uzyskać równomierny rozkład temperatury w całej
objętości wody.
pomiary temperatur wody termoelementami i termorezystorem wykonujemy w czajniku i
w zlewce. Termorezystorem wykonujemy też pomiar temperatury wody z lodem. Każdo-
razowo przy pomiarach temperatur wody porównujemy je ze wskazaniami termometru
wzorcowego, którym jest cyfrowy miernik temperatury typu N12T, firmy Lumel, współ-
pracujący z czujnikiem Pt100, klasy A. W celu określenia błędów pomiaru temperatur w
poszczególnych pomiarach, przyjmujemy za wzorcowe wskazania tego termometru. Bez-
względny błąd pomiaru danej temperatury jest wyznaczany jako różnica pomiędzy tempe-
raturą zmierzoną a wzorcową. Odczyt wzorcowej wartości temperatury powinien nastę-
pować w momencie, gdy wartość liczbowa na wyświetlaczu przyrządu praktycznie prze-
staje się zmieniać.
drugi przemysłowy miernik temperatury N12T, umieszczony w obudowie jest trwale po-
łączony z termoelementem typu J oraz poprzez zaciski na czołowej stronie obudowy może
współpracować z termorezystorem Pt100. Przed rozpoczęciem pomiarów miernik ten
wymaga zaprogramowania (nastawienia typu stosowanego czujnika) wg wymaganego
przez producenta (Lumel) algorytmu, podanego poniżej.
Obsługę miernika N12T można przedstawić za pomocą następującego algorytmu:
Rys.1 Algorytm obsługi miernika temperatury Lumel N12T.
3
PROGRAMOWANIE MIERNIKA N12T
Naciśnięcie przycisku i przytrzymanie go przez około 3 sekundy powoduje wyświetlenie kodu bez-
pieczeństwa SEC na przemian z ustawioną fabrycznie wartością 0. Wpisanie poprawnego kodu powoduje wej-
ście do matrycy programowania przedstawionej na rysunku 19. Wyboru poziomu dokonuje się za pomocą przy-
cisku , natomiast poruszanie się po poszczególnych pozycjach odbywa się za pomocą przycisków i
. Symbole parametrów są wyświetlane na przemian z ich aktualną wartością. W celu zmiany parametru
należy użyć przycisku i za pomocą przycisków i wprowadzić żądaną wartość. Jednokrotne
wciśnięcie przycisku lub , powoduje zmianę wartości o 1. Trzymanie wciśniętego klawisza powo-
duje ciągłe zwiększanie wartości, aż do wyświetlenia wartości 0. Po tej wartości następuje przejście na następną
cyfrę. Aby zrezygnować ze zmiany parametry należy wcisnąć klawisz . W celu wyjścia z wybranego
poziomu należy wybrać symbol --- i wcisnąć klawisz . Aby wyjść z matrycy programowania należy wci-
snąć przycisk . Pojawi się napis HEY i po około 5 sekundach miernik wejdzie automatycznie w pomiar
wielkości wejściowej.
InP tyP Con d_P Cnt Ind H1 Y1 H2 Y2
1 Parametry Typ Rodzaj Punkt Liczba Indywid. ---
wejścia wejścia Compens. dzie- pomiarowa charakt.
siętny
2 Alr1 PrL1 Prh1 TYP1 dLY1 Led1
Alarm 1 Dolny Górny Typ Opóz
nienie Podtrz. ---
próg próg alarmu alarmu Sygn.
3 Alr2 PrL2 Prh2 TYP2 DLY2 Led2
Alarm 2 Dolny Górny Typ Opóz
nienie Podtrz. ---
Próg próg alarmu alarmu Sygn.
4 Out TYPA AnL AnH bAud trYb Adr
Wyjście Wyjście Dolny Górny Prędkość Rodzaj Adr ---
(Nap/prąd) próg wyj. próg transmisji transm. urz.
analog. wyj.
analog.
SEr SEt SEC tSt JEd
5 Serwis Wpis param. Wprow. Test Podśw. ---
standard. hasła Wy- Jedn.
świetl.
Rys.2 Matryca przejść w trybie programowania.
Miernik N12T, który nie był jeszcze programowany przez użytkownika ma ustawione przez producenta
parametry standardowe, które można w każdej chwili przywrócić. Wartości parametrów standardowych przed-
stawia poniższa tabela 1.
Tabela 1. Wartości parametrów standardowych nastaw miernika N12T (ustawienia fabryczne).
Symbol Wartość Opis wartości
parametru standardowa
tYP Pt1 Typ czujnika - Pt100
Con rEn=0 Brak kompensacji
d_P 0,0 Ustawienie punkty dziesiętnego
Cnt 8 Liczba pomiarów
Ind OFF Wyłączona indywidualna charakterystyka
H1,Y1,H2,Y2 0 Brak parametrów charakterystyki indywidual-
4
nej
PrL1, PrL2 -199,9 Dolny próg alarmowy
PrH1, PrH2 850,0 Górny próg alarmowy
tYP1, tYP2 OFF Ustawienie typu alarmu
dLY1, dLY2 0 Wyłączone opóz
nienie sygnalizacji alarmu
Led1, Led2 OFF Wyłączone podtrzymanie sygnalizacji alarmu
tYPA PrAd Typ sygnału wyjściowego  prąd
AnL -199,9 Dolny próg wyjścia analogowego
AnH 850,0 Górny próg wyjścia analogowego
bAud 9600 Prędkość transmisji RS  485
trYb r8N2 Rodzaj transmisji RS  485  ASC II 8N1
Adr 1 Adres urządzenia
SEC 0 Hasło
JEd On Podświetlanie jednostki włączone
Zaprogramowanie miernika N12T do ustawień fabrycznych (zgodnie z Tab.1.).
1. Należy nacisnąć klawisz i przytrzymać przez około 3 sekundy. Po tym czasie nastąpi wyświetlenie
symbolu kodu bezpieczeństwo na przemian z fabrycznie ustawioną wartością 0. Należy pozostawić tą war-
tość bez zmian i wciskając ponownie przycisk wejść do matrycy programowania (patrz instrukcja pro-
gramowania miernika N12T).
2. Nacisnąć kilkakrotnie przycisk , aż na wyświetlaczu pojawi się symbol SEr (pozycja ustawień serwi-
sowych).
3. Za pomocą klawiszy , wybrać ustawienie SEt (wpisanie parametrów standardowych) i naci-
snąć przycisk , na wyświetlaczu przez kilka sekund pojawi się napis LOAD.
Nacisnąć klawisz , na wyświetlaczu przez kilka sekund pojawi się napis HEY, po czym miernik wejdzie
automatycznie w pomiar wielkości mierzonej.
Uwagi:
cyfrowy multimetr HP34401A, służący do pomiaru:
siły termoelektrycznej termoelementu (opcja wybierana przyciskiem DC V, napięcie dołączone do
gniazd 2 i 4 na płycie czołowej przyrządu  rys.3);
rezystancji termorezystora:
dwuzaciskowo (opcja wybierana przyciskiem &! 2W, rezystor dołączony do gniazd 2 i 4 na płycie
czołowej przyrządu  rys.3),
czterozaciskowo (opcja wybierana przyciskami Shift, &! 4W, zaciski prądowe rezystora dołączone
do gniazd 2 i 4, a zaciski napięciowe do gniazd 1 i 3 na płycie czołowej przyrządu  rys.3).
Rys.3 Fragment płyty czołowej multimetru HP34410A z gniazdami wejściowymi: 2 i 4  pomiar napięcia lub
rezystancji dwuzaciskowo; 1, 3 (U) i 2, 4 (I)  pomiar rezystancji czterozaciskowo
5
Ad 1. Pomiar temperatury termoelementem typu J (Fe-CuNi)
i miliwoltomierzem; badanie wpływu temperatury spoiny odniesienia
Fe
Rys.4. Termoelement typu J ze spoinami odniesienia w temperaturze to. mV  multimetr HP34401A
Pomiaru dokonujemy z użyciem termoelementu przedstawionego na rys.4.
" Termoelement podłączamy do multimetru HP34401A w trybie pomiaru napięcia.
" Spoinę pomiarową zanurzamy w zlewce z wodą o temperaturze bliskiej pokojowej  tx1;
o obserwując wartość napięcia, zmieniamy temperaturę spoin odniesienia przez:
o zanurzenie w zlewce z wodą (o temperaturze zbliżonej do pokojowe)  toa,
o trzymanie w palcach  tob,
o zanurzenie w termosie z lodem  toc;
o mierzymy temperatury tx1, toa, tob, toc termometrem wzorcowym, uzyskując jego
wskazania tw1, towa, towb, towc;
o na podstawie zmierzonych sił termoelektrycznych Ea, Eb, Ec, z tablic zamieszczonych
w normie [6], odczytujemy temperatury txa, txb, txc i porównujemy je z temperaturą
tw1, przyjmując ją jako wartość poprawną mierzonej temperatury;
o wyznaczamy błędy bezwzględne, wynikające z jakości narzędzi pomiarowych oraz z
różnej od 0�C temperatury odniesienia, wg wzoru (1)
"t = tx - tw �C (1)
[ ]
gdzie:
tx  wartość temperatury, wyznaczona na podstawie zmierzonej siły termoelek-
trycznej i tablic [6],
tw  wartość temperatury w tym samym miejscu i czasie, zmierzona termome-
trem wzorcowym.
" Spoinę pomiarową zanurzamy w czajniku (z wcześniej podgrzaną wodą do temperatury
tx2 rzędu 60�80�C; zasilanie czajnika powinno być wyłączone). Spoina odniesienia pozo-
staje w lodzie. Z tablic w normie [6] odczytujemy temperaturę i porównujemy ze wskaza-
niami termometru wzorcowego, wyznaczając błąd (1). Wyniki przeprowadzonych pomia-
rów zestawiamy w tabeli 2.
Tabela 2
miejsce spoiny zlewka czajnik
pomiarowej
tow [ ] E [mV] tx1 [�C] tw1 [�C] "t1 [�C] E [mV] tx2 [�C] tw2 [�C] "t2 [�C]
a   
b   
c
6
Ad 2. Pomiar temperatury termoelementem typu J
współpracującym z przemysłowym miernikiem temperatury typu N12T
W tym punkcie używamy miernika N12T, do którego na stałe przyłączono termoelement
typu J.
Mierniki temperatury przeznaczone do współpracy z termoelementami mają wbudowany
układ pomiaru temperatury listwy połączeniowej miernika i możliwość kompensacji wpływu
tej temperatury na wynik pomiaru. Podłączenie przewodów termoelementu lub przewodów
kompensacyjnych do listwy połączeniowej miernika powoduje powstanie w tym miejscu spo-
in odniesienia.
Czujnik jest na stałe podłączony do miernika, należy tylko właściwie skonfigurować
programowo miernik. Wykonuje się to w następujący sposób:
1. Należy włączyć miernik i przywrócić w nim parametry standardowe (fabryczne) (patrz
powyżej str.4 instrukcji).
2. W trybie programowania wejść na pozycje InP (ustawienia parametrów wejścia), a na-
stępnie przejść do parametru tYP (typ wejścia) i ustawić jego wartość na tE-J (ustalenie
typu czujnika temperatury  termoelement typu J), w sposób podany
w instrukcji programowania miernika N12T (powyżej str.3 lub w dodatku  podstawy ob-
sługi mierników ).
3. Przechodzimy do parametru Con (rodzaj kompensacji) i ustawiamy jego wartość tak, aby
nie zawierała się w zakresie 0 do 60�C (włączona zostanie w ten sposób kompensacja au-
tomatyczna temperatury wolnych końców) i wchodzimy w tryb pomiaru (patrz powyżej
str.3 lub w dodatku  podstawy obsługi mierników ).
" Wykonać pomiar temperatury tx wody w zlewce, czajniku oraz w wodzie z lodem:
o te same trzy temperatury zmierzyć termometrem wzorcowym (tw),
o wyznaczyć wartości błędów "t wg (1),
o wyniki zamieścić w tabeli 3.
W niektórych układach do pomiaru temperatury stosuje się utrzymywanie spoin odniesie-
nia w termostacie o temperaturze tt. Wówczas zamiast wykorzystania automatycznej kompen-
sacji temperatury listwy ze złączem odniesienia można zaprogramować założoną wartość tt tej
temperatury. W przypadku, gdy faktyczna wartość temperatury złącza odniesienia będzie inna
niż zaprogramowana, ten tryb pracy spowoduje błędne wskazania miernika. Zakładając tem-
peraturę odniesienia np. 0�C, w celu jej wprowadzenia do pamięci miernika należy zmienić
ustawienie parametrów w następujący sposób:
Przechodzimy do parametru Con (rodzaj kompensacji) i ustawiamy jego wartość tak,
aby zawierała się w zakresie 0 do 60�C (wyłączona zostanie w ten sposób kompensacja
automatyczna temperatury wolnych końców) i wchodzimy w tryb pomiaru. Ustawiona
wartość temperatury będzie przyjętą temperaturą spoiny odniesienia,
Po przeprogramowaniu miernika ponownie wykonać pomiary temperatury wody w
zlewce, czajniku oraz w wodzie z lodem, porównać je ze wskazaniem termometru
wzorcowego poprzez wyznaczenie błędów (1), a wyniki zamieścić w tabeli 3.
7
Tabela 3
Lp. automatyczna kompensacja temperaturę spoiny odniesienia przyjęto
temperatury odniesienia równą ... �C
tx [�C] tw [�C] "t [�C] tx [�C] tw [�C] "t [�C]
1
2
3
Uwaga: Pomiary można wykonać również dla innej niż 0�C temperatury odniesienia.
Ad.3. Pomiar temperatury czujnikiem rezystancyjnym Pt100
W ćwiczeniu używamy termorezystora Pt100 firmy Czaki - Thermo Product klasy A po-
łączonego bezpośrednio lub poprzez przewody symulujące linię łączącą czujnik Pt100 z
miernikiem temperatury (o rezystancji 5, 10 i 15&!) - rys. 5. Kolejność żył jest zgodna z ry-
sunkiem.
Rys.5. Połączenie termorezystora Pt100 za pomocą wstęgi czterożyłowej. Rp  rezystancja
jednej żyły
a) pomiar rezystancji czujnika omomierzem z wykorzystaniem 2 lub 4 przewodów
METODA CZTEROPRZEWODOWA
" Podłączyć termorezystor do multimetru HP34401A czteroprzewodowo i wybrać przyci-
skami Shift &! 4W na jego płycie czołowej pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową
(por. rys.3).
" Zmierzyć temperaturę wody w czajniku, w zlewce i wody z lodem. Każdy z tych pomia-
rów polega na pomiarze rezystancji i odczytaniu z normy [7] wartości temperatury odpo-
wiadającej zmierzonej rezystancji. Te same trzy temperatury zmierzyć równocześnie ter-
mometrem wzorcowym.
" Wyznaczyć błędy bezwzględne pomiarów "t wg wzoru (2)
"t = tx - tw �C (2)
[ ]
gdzie:
tx  wartość temperatury wyznaczona na podstawie pomiaru rezystancji czujnika
i normy [7],
tw  wartość temperatury zmierzona termometrem wzorcowym.
8
Wyniki pomiarów zestawić w tabeli 13.4.
Tabela 4
Miejsce Miejsce przewodu R tx tw "t
pomiaru łączącego [&!] [�C] [�C] [�C]
zlewka
powietrze
czajnik
lód
METODA DWUPRZEWODOWA
" Zmierzyć rezystancję 2Rp pętli utworzonej z par żył 1 i 2 lub 3 i 4 (por. rys.5 i 3), dołącza-
jąc ją do gniazd 2 i 4 multimetru HP34401 i wybierając jego przyciskami opcję pomiaru
&!, 2W.
" Nie zmieniając opcji pomiaru dołączyć do multimetru termorezystor za pomocą pary żył 1
i 4 lub 2 i 3.
" Wykonać takie same pomiary, jak w metodzie czteroprzewodowej; wyniki zestawić
w tabeli 13.5.
Tabela 5
Miejsce Miejsce R Rk tx txk tw "t "tk
pomiaru przewodu [&!] [&!] [�C] [�C] [�C] [�C] [�C]
łączącego
zlewka
powietrze
czajnik
lód
gdzie:
R  rezystancja czujnika zmierzona dwuprzewodowo,
Rk = R  2Rp  rezystancja czujnika skorygowana o rezystancję doprowadzeń,
tx, txk  temperatury mierzone, wyznaczone na podstawie R i Rk oraz normy [7],
tw  wzorcowa wartość temperatury,
"t, "tk bezwzględne błędy pomiaru wg (2) przed i po korekcji wartości R.
b) pomiar temperatury przemysłowym miernikiem temperatury N12T
z czujnikiem dołączonym za pomocą 2 lub 3 przewodów
Do pomiarów z termorezystorem używamy prawego miernika N12T, którego zaciski wej-
ściowe 1, 2, 3 wyprowadzono na zaciski laboratoryjne na płycie czołowej (wszystkie przewo-
dy tych wyprowadzeń są z tego samego metalu  Cu).
METODA TRÓJPRZEWODOWA
Mierniki temperatury przeznaczone do współpracy z termorezystorami mają możliwość
kompensacji wpływu rezystancji przewodów doprowadzających. Przy założeniu identyczno-
ści przewodów kompensacja jest możliwa, gdy zastosujemy połączenie trójprzewodowe.
9
�ł Podłączyć termorezystor do miernika N12T wg rys. 6.
Rys. 6. Trójprzewodowe podłączenie termorezystora do miernika N12T
Ustawić parametry:
" zaprogramować w mierniku N12T ustawienia fabryczne (patrz punkt  Programowa-
nie miernika N12T instrukcji na str.4 lub w dodatku  Podstawy obsługi miernika
uniwersalnego HP34401A oraz mierników temperatury Lumel N12T )
" w trybie programowania przechodzimy do parametru Con (rodzaj kompensacji) i
ustawiamy jego wartość tak, aby nie zawierała się w zakresie 0 do 40&! (włączona zo-
stanie w ten sposób kompensacja automatyczna rezystancji przewodów łączących) i
wchodzimy w tryb pomiaru (patrz powyżej str.3 lub w dodatku  podstawy obsługi
mierników ).
Zmierzyć temperaturę wody w czajniku, w zlewce i mieszaniny wody z lodem. Te same
trzy temperatury zmierzyć równocześnie termometrem wzorcowym.
Wyznaczyć błędy bezwzględne pomiarów "t wg wzoru (3)
"t = tx - tw �C (3)
[ ]
gdzie:
tx  wartość temperatury odczytana z wyświetlacza miernika N12T,
tw  wartość temperatury zmierzona termometrem wzorcowym.
Tabela 6
Miejsce Miejsce tx tw "t
pomiaru przewodu [�C] [�C] [�C]
łączącego
zlewka
czajnik powietrze
lód
METODA DWUPRZEWODOWA
W metodzie tej konieczna jest znajomość rezystancji przewodów łączących czujnik z
miernikiem. Można wykorzystać wartość tej rezystancji wyznaczoną multimetrem HP34401A
w punkcie 3a ćwiczenia (o ile był on wykonywany) lub zmierzyć ją miernikiem N12T, wyko-
rzystując jedną z jego opcji. W tym celu należy:
połączyć przewody termorezystora do miernika N12T wg rys. 7 (przewód w powietrzu);
ustawić parametry miernika N12T:
" W trybie programowania wejść na pozycje InP (ustawienia parametrów wejścia), a
następnie przejść do parametru tYP (typ wejścia) i ustawić jego wartość na rEZL
10
(pomiar rezystancji do 400&!), w sposób podany w instrukcji programowania mierni-
ka N12T (powyżej str.3 lub w dodatku  podstawy obsługi mierników ).
" Przechodzimy do parametru Con (rodzaj kompensacji) i ustawiamy jego wartość na
0&! i wchodzimy w tryb pomiaru (patrz powyżej str.3 lub w dodatku  podstawy ob-
sługi mierników ).
odczytać wskazania (ewentualnie poprawić parametr d_P (DEC.POIN) w celu zwiększe-
nia liczby cyfr znaczących wyniku) i zanotować wynik jako 2Rp.
Rys.7. Połączenie do pomiaru rezystancji przewodów miernikiem N12T
W celu przeprowadzenia pomiarów temperatury należy:
podłączyć termorezystor do miernika N12T wg rys. 8;
Rys. 8. Dwuprzewodowe połączenie termorezystora z miernikiem N12T
ustawić parametry:
" w trybie programowania wejść na pozycje InP (ustawienia parametrów wejścia), a
następnie przejść do parametru tYP (typ wejścia) i ustawić jego wartość na Pt1 (po-
miar za pomocą termorezystora Pt100), w sposób podany w instrukcji programowa-
nia miernika N12T (powyżej str.3 lub w dodatku  podstawy obsługi mierników ).
" przechodzimy do parametru Con (rodzaj kompensacji) i ustawiamy jego wartość na
wartość Rp wyznaczona poprzednio i wchodzimy w tryb pomiaru (patrz powyżej str.3
lub w dodatku  podstawy obsługi mierników ).
zmierzyć temperaturę wody w czajniku, w zlewce i mieszaniny wody z lodem. Te same
trzy temperatury zmierzyć równocześnie termometrem wzorcowym;
11
 wyniki opracować w ten sam sposób jak w metodzie dwuprzewodowej i zamieścić w ta-
beli analogicznej jak tabela 6.
Ad.4. Sprawdzenie funkcji przetwarzania zintegrowanego czujnika AD22100 firmy
Analog Devices
Czujnik AD22100, jest to monolityczny czujnik temperatury, którego napięcie wyjściowe
proporcjonalne jest do temperatury oraz do napięcia zasilania, przyjmując wartości od 0.25V
przy -50�C do 4.75V przy +150�C, dla zasilania napięciem 5V. Zakres działania czujnika za-
wiera się w przedziale -50�C - 150�C. Maksymalne napięcie zasilające wynosi 10V.
Rys. 9 Struktura wewnętrzna czujnika AD22100
Układ czujnika AD22100 działa w następujący sposób:
Wewnętrzne z
ródło prądowe wymusza stały prąd przy danym napięciu zasilania. Prąd ten
przepływa przez termorezystor powodując na nim spadek napięcia. Ponieważ wartość prądu
się nie zmienia, wiec spadek napięcia jest proporcjonalny do wartości rezystancji, która jest
zależna od temperatury. Otrzymane napięcie jest wzmacniane w układzie wzmacniacza nie-
odwracającego zrealizowanego w układzie wzmacniacza operacyjnego.
Nominalna funkcja przenoszenia czujnika dana jest wzorem (przy zasilaniu napięciem
Uzas):
U �ł mV �ł
zas
UOUT = �"�ł1,375[V]+ 22,5�ł łł �"T �ł (4)
�ł �ł
�ł śł
5 �C
�ł �ł
�ł łł
Po przekształceniach otrzymujemy (wg [8]):
�ł �ł
UOUT
�ł - 0,275�ł / 0,0045
�ł
T = (5)
�ł
U
�ł zas łł
12
Rys.10. Schemat układu do sprawdzania statycznej funkcji przetwarzania czujnika AD22100.
Ten punkt ćwiczenia należy wykonać w następujący sposób:
Zmontować obwód pomiarowy według rys.10. Miernik podłączyć według opisu zawarte-
go w dodatku  Podstawy obsługi miernika uniwersalnego HP34401A oraz mierników tempe-
ratury Lumel N12T . Wartość temperatury należy mierzyć za pomocą miernika wzorcowego,
natomiast do pomiaru stosunku napięć należy wykorzystać miernik HP34401A, w którym
należy włączyć funkcję pomiaru napięcia w układzie  ratio . Pomiary należy wykonać
umieszczając czujniki kolejno w wodzie o temperaturze 0�C i w wodzie o temperaturze 60 do
100�C, tak jak to miało miejsce w poprzednich punktach ćwiczenia. Wyniki pomiarów tj.
wartości temperatury T i odpowiadające im wartości stosunku napięcia Uout/Uzas należy zapi-
sać w tabeli 7.
13
Tabela 7
Uout/Uzas
Twz[�C] Twyl[�C]
Lp.
1
2
Następnie wartości stosunku napięcia wstawiamy do zależności (4) i wyliczamy wartość
temperatury, która będzie wynikała z nominalnej funkcji przetwarzania czujnika AD22100
podanej przez producenta. Otrzymane wartości temperatury porównujemy z wartościami wy-
znaczonymi za pomocą czujnika wzorcowego. Przeprowadzamy analizę błędów.
Wykaz aparatury
1. Wzorcowy miernik temperatury: miernik N12T z podłączonym na stałe czujnikiem Pt100.
2. Miernik temperatury Lumel N12T z podłączoną na stałe termoparą typu J.
3. Rezystancyjny czujnik temperatury Pt100, przystosowany do współpracy z miernikiem
temperatury w układzie 2 lub 3  przewodowym.
4. Przewody symulujące linię łączącą czujnik Pt100 z miernikiem temperatury (o rezystancji
5, 10 i 15&!).
5. Termopara typu J, przeznaczona do współpracy z badanym miernikiem temperatury.
6. Termopara typu J ze spoinami odniesienia z przewodami Cu-Cu.
7. Termometr termoelektryczny typu K.
8. Multimetr cyfrowy typu HP34401A.
9. Miernik uniwersalny Metex.
10. Zintegrowany czujnik temperatury AD22100.
11. Zasilacz regulowany 0 do 15V.
12. Przewody łączące.
13. Elementy dodatkowe (czajnik, termos, naczynia na wodę).
14. Szczegółowa instrukcja wykonania wszystkich punktów ćwiczeniowych.
Opracował: dr inż. Wacław Gawędzki
Przy wykorzystaniu fragmentów z pozycji:
1. Zatorski A: Metrologia elektryczna. Ćwiczenia laboratoryjne.
Skrypt nr 13 AGH, Kraków 2002
2. Dulęba M., Misiewicz K.: Praca dyplomowa
nt.  Opracowanie stanowiska laboratoryjnego do
badania właściwości metrologicznych czujników temperatu-
ry ,PWSZ Tarnów 2002.
14
Ćwiczenie 2
Podstawy obsługi miernika uniwersalnego HP34401A oraz mierników
temperatury Lumel N12T
PODSTAWY OBSA
UGI MIERNIKA HP34401A
1. PA
YTA CZOA
OWA
Rys.1 Widok płyty czołowej miernika.
Opis funkcji klawiszy:
1 Klawisze wyboru funkcji pomiarowych,
2 Klawisze wyboru funkcji matematycznych,
3 Klawisz wyboru trybu wyzwalania,
4 Klawisz zmiany funkcji w dwufunkcyjnych klawiszy,
5 Klawisz zmiany terminala (przedni/tylni),
6 Klawisze zmiany zakresu i trybu zmiany wyświetlacza,
7 Klawisze menu.
15
2. WYBÓR ZAKRESU
Multimetr posiada funkcję automatycznego wyboru zakresu, która jest aktywowana po
włączeniu przyrządu. Istnieje jednak możliwość ręcznego ustalenia zakresu pomiarowego, za
pomocą przedstawionych poniżej klawiszy.
Rys.2 Klawisze i wskaz
niki stosowane przy zmianie zakresu.
Automatyczne przełączanie zakresów pomiarowych następuje w następujących warun-
kach:
" Dolny zakres, gdy wartość mierzona <10% aktualnego zakresu,
" Górny zakres, gdy wartość mierzona >120% aktualnego zakresu.
Jeśli sygnał wartości mierzonej jest większy od wartości zakresu, to stan ten jest sygnali-
zowany za pomocą wskaz
nika overload ( OVLD ).
Miernik posiada zabezpieczenia, dzięki którym nawet znaczne przekroczenie zakresu nie
powoduje trwałego uszkodzenia miernika. Wartości napięć i prądów, w zakresie, których
miernik nie ulegnie uszkodzeniu to:
przy pomiarze napięcia: 750V AC i 1000V DC na wszystkich zakresach pomiaro-
wych,
przy pomiarze prądu: ochrona za pomocą zewnętrznego bezpiecznika 3A/250V (oraz
wewnętrznego 7A/250V) na wszystkich zakresach AC i DC,
przy pomiarze rezystancji: 1000V na wszystkich zakresach pomiarowych.
16
3. POMIAR NAPI
CIA
" Miernik posiada pięć zakresów pomiarowych, które mogą być wybierane
ręcznie lub automatycznie: 100mV, 1V, 10V, 100V, 1000V (750Vac),
" Największa rozdzielczość: 100nV (na zakresie 100mV),
" Miernik umożliwia dokładne pomiary wartości skutecznej napięcia przebiegów od-
kształconych.
Rys.3 Sposób podłączenia miernika przy pomiarze napięcia.
Do wyboru rodzaju mierzonego napięcia służą zaznaczone na rysunku klawisze:
"  napięcia przemienne,
AC V
"  napięcie stałe.
DC V
17
4. POMIAR REZYSTANCJI
" Miernik posiada następujące zakresy do pomiaru rezystancji: 100&!, 1k&!, 10k&!, 100k&!,
1M&!, 10M&!, 100M&!,
" Największa rozdzielczość wynosi: 100�&! (na zakresie 100&!),
" Miernik umożliwia wykonanie pomiarów rezystancji w trybie 2 i 4  przewodowym.
Rys.4 Układ połączeń do pomiaru rezystancji.
18
5. POMIARY PR
DU
Zakresy pomiarowe  10mA (tylko dla DC), 100 mA (tylko dla DC), 1A, 3A,
Maksymalna rozdzielczość  10nA (na zakresie 10mA),
Miernik umożliwia dokładne pomiary wartości skutecznej prądu przebiegów odkształconych.
Rys.5 Układ połączeń do pomiaru prądu.
19
6. POMIAR STOSUNKU NAPI
Ć STAA
YCH ( RATIO )
Wskazanie przyrządu w tym trybie jest wynikiem zależności:
dc signal voltage
Ratio =
dc referencevoltage
dc signal voltage  jest to mierzony sygnał napięcia,
dc reference signal  jest to napięcie odniesienia.
W celu wykonania pomiaru w trybie ( Ratio ) należy dokonać połączeń według rysun-
ku.
Rys.6 Układ połączeń do pomiaru stosunku napięć ( ratio ).
Aby włączyć pomiar w trybie ( ratio ) należy użyć MEAS MENU w następujący sposób:
" Wcisnąć klawisze ,
Shift Menu On/Off
" Pierwszą częścią menu jest MEAS MENU; wchodzimy do niego za pomocą klawi-
sza,
("
< >
" za pomocą klawiszy lub przechodzimy do parametru  RATIO FUNC ,
" Wciskamy klawisz ; Na wyświetlaczu pojawi się napis  DC : DC ,
("
" Zatwierdzamy klawiszem . .
Enter
20
PODSTAWY OBSA
UGI MIERNIKÓW LUMEL N12T
1. CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA
Mierniki N12T są przeznaczone do pomiaru temperatury, napięcia, prądu stałego i rezy-
stancji. Posiadane przez nas przyrządy posiadają 5-cio cyfrowe pole odczytowe w kolorze
zielonym.
Przyrządy te realizują również funkcje:
" sygnalizację przekroczenia nastawionych wartości alarmowych,
" sygnalizację przekroczenia zakresu pomiarowego,
" przeliczenie wielkości mierzonej na dowolną wielkość w oparciu o indywidualną, li-
niową charakterystykę,
" programowania rozdzielczości wskazań,
" programowania szybkości powtarzania pomiaru,
" pamięci wartości maksymalnych i minimalnych,
" podglądu nastawionych wartości parametrów,
" blokady wprowadzenia parametrów za pomocą haseł,
" podświetlania dowolnej jednostki pomiarowej,
" obsługi interfejsu RS-485 w protokole MODBUS, zarówno ASCII jak i RTU,
" przetwarzanie wielkości mierzonej na standardowy - programowalny sygnał prądowy
lub napięciowy.
Posiadane mierniki są przystosowane do zasilania bezpośrednio z sieci elektrycznej
230V. Przyrządy N12T są przystosowane do pomiaru napięcia i rezystancji. Dzięki wprowa-
dzonym fabrycznie charakterystykom termoelementów i termorezystorów możliwy jest bez-
pośredni odczyt temperatury przy zastosowaniu czujników takich jak:
" termoelementy:
czujnik: zakres pomiarowy: błąd podstawowy
J (Fe-CuNi)
(-100...+1200)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
K (NiCr-NiAl)
(-100...+1370)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
N (NiCrSi-NiSi)
(-100...+1300)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
E (NiCr-CuNi)
(-100...+1000)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
R (PtRh13-Pt)
(-50...+1760)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
S (PtRh10-Pt)
(-50...+1760)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
Pomiar napięcia (-10...70)mV
ą(0,1%ww+0,1%wm)
Rys. 1 Właściwości termoelementów (ww  wartość wskazywana, wm  wartość mierzona)
21
" termorezystory:
Miernik N12T zasila czujniki termorezystancyjne prądem nie większym niż 0,17mA.
Rezystancja przewodów łączących czujnik z miernikiem nie powinna przekraczać 20&!.
czujnik: zakres pomiarowy: błąd podstawowy
Pt100
(-199...+850)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
Pt500
(-199...+850)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
Pt1000
(-199...+850)�C ą(0,1%ww+0,2%wm)
Cu100
(-50...+180)�C ą(0,1%ww+0,3%wm)
Ni100
(-60...+180)�C ą(0,1%ww+0,3%wm)
Pomiar rezystancji
(0...400)&! ą(0,1%ww+0,1%wm)
Pomiar rezystancji
(0...4000)&! ą(0,1%ww+0,1%wm)
Rys.2 Właściwości termorezystorów
Podstawowe wartości błędów określone są w warunkach znamionowych. Dodatkowe
błędy powstają w wyniku:
 kompensacji zmian temperatury spoin odniesienia ą0,2%wm,
 kompensacji zmian rezystancji przewodów: ą0,2%wm,
 od zmian temperatury otoczenia ą0,1%wm/10K.
Miernik posiada dwa wyjścia alarmu, wyjście analogowe napięciowe, wyjście analogo-
we prądowe, interfejs RS-485. Rozmieszczenie poszczególnych zacisków na obudowie przy-
rządu oraz szczegółowe dane techniczne znajdują się w fabrycznej instrukcji urządzenia.
22
2. OBSA
UGA MIERNIKA
Obsługę miernika N12T można przedstawić za pomocą następującego algorytmu:
Rys.3 Algorytm obsługi miernika temperatury Lumel N12T.
3. PROGRAMOWANIE MIERNIKA N12T
Naciśnięcie przycisku i przytrzymanie go przez około 3 sekundy powoduje wy-
świetlenie kodu bezpieczeństwa SEC na przemian z ustawioną fabrycznie wartością 0. Wpi-
sanie poprawnego kodu powoduje wejście do matrycy programowania przedstawionej na
rys.3. Wyboru poziomu dokonuje się za pomocą przycisku , natomiast poruszanie się po
poszczególnych pozycjach odbywa się za pomocą przycisków i . Symbole para-
metrów są wyświetlane na przemian z ich aktualną wartością. W celu zmiany parametru
należy użyć przycisku i za pomocą przycisków i wprowadzić żądaną war-
tość. Jednokrotne wciśnięcie przycisku lub , powoduje zmianę wartości o 1.
Trzymanie wciśniętego klawisza powoduje ciągłe zwiększanie wartości, aż do wyświetlenia
wartości 0. Po tej wartości następuje przejście na następną cyfrę. Aby zrezygnować ze zmia-
ny parametry należy wcisnąć klawisz . W celu wyjścia z wybranego poziomu należy
wybrać symbol --- i wcisnąć klawisz . Aby wyjść z matrycy programowania należy
wcisnąć przycisk . Pojawi się napis HEY i po około 5 sekundach miernik wejdzie au-
tomatycznie w pomiar wielkości wejściowej.
23
 InP tyP Con d_P Cnt Ind H1 Y1 H2 Y2
1 Parametry Typ Rodzaj Punkt Liczba Indywid. ---
wejścia wejścia Compens. dzie- pomiarowa charakt.
siętny
2 Alr1 PrL1 Prh1 TYP1 dLY1 Led1
Alarm 1 Dolny Górny Typ Opóz
nienie Podtrz. ---
próg próg alarmu alarmu Sygn.
3 Alr2 PrL2 Prh2 TYP2 DLY2 Led2
Alarm 2 Dolny Górny Typ Opóz
nienie Podtrz. ---
Próg próg alarmu alarmu Sygn.
4 Out TYPA AnL AnH bAud trYb Adr
Wyjście Wyjście Dolny Górny Prędkość Rodzaj Adr ---
(Nap/prąd) próg wyj. próg transmisji transm. urz.
analog. wyj.
analog.
SEr SEt SEC tSt JEd
5 Serwis Wpis param. Wprow. Test Podśw. ---
standard. hasła Wy- Jedn.
świetl.
Rys.4 Matryca przejść w trybie programowania.
Miernik N12T, który nie był jeszcze programowany przez użytkownika ma ustawione
przez producenta parametry standardowe, które można w każdej chwili przywrócić. Wartości
parametrów standardowych przedstawia poniższa tabela.
Symbol Wartość Opis wartości
parametru standardowa
tYP Pt1 Typ czujnika - Pt100
Con rEn=0 Brak kompensacji
d_P 0,0 Ustawienie punkty dziesiętnego
Cnt 8 Liczba pomiarów
Ind OFF Wyłączona indywidualna charakterystyka
H1,Y1,H2,Y2 0 Brak parametrów charakterystyki indywidual-
nej
PrL1, PrL2 -199,9 Dolny próg alarmowy
PrH1, PrH2 850,0 Górny próg alarmowy
tYP1, tYP2 OFF Ustawienie typu alarmu
dLY1, dLY2 0 Wyłączone opóz
nienie sygnalizacji alarmu
Led1, Led2 OFF Wyłączone podtrzymanie sygnalizacji alarmu
tYPA PrAd Typ sygnału wyjściowego  prąd
AnL -199,9 Dolny próg wyjścia analogowego
AnH 850,0 Górny próg wyjścia analogowego
bAud 9600 Prędkość transmisji RS  485
trYb r8N2 Rodzaj transmisji RS  485  ASC II 8N1
Adr 1 Adres urządzenia
SEC 0 Hasło
JEd On Podświetlanie jednostki włączone
Dokładny opis urządzenia znajduje się w fabrycznej instrukcji. Opis interesujących po-
zycji jest umieszczony w poszczególnych punktach ćwiczenia
24
Opracował: dr inż. Wacław Gawędzki
Przy wykorzystaniu fragmentów z pozycji:
1. Zatorski A: Metrologia elektryczna. Ćwiczenia laboratoryjne.
Skrypt nr 13 AGH, Kraków 2002
2. Dulęba M., Misiewicz K.: Praca dyplomowa
nt.  Opracowanie stanowiska laboratoryjnego do
badania właściwości metrologicznych czujników temperatu-
ry ,PWSZ Tarnów 2002.
25