LABORATORIUM Z PODSTAW METROLOGII I TECHNIK EKSPERYMENTU
ZAKŁAD MIERNICTWA I OCHRONY ATMOSFERY
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
ĆWICZENIE nr 4
TEMAT: SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE APARATURY POMIAROWEJ.
I Zestaw przyrządów:
1. miernik do pomiaru temperatury (termometr termoelektryczny)
2. czujnik Pt100 (termometr oporowy)
3. piecyk
II Cel ćwiczenia:
-sprawdzenie miernika do pomiaru napięć termoelektrycznych,
-sprawdzenie i wyznaczenie poprawek mierników do pomiarów temperatur dla termoelementu typu K,
-sprawdzenie i wyznaczenie poprawek termometrów oporowych Pt100 klasy 2.
III Wiadomości wstępne:
Termometr – przyrząd do pomiaru temperatury metodą pośrednią, na podstawie zmiany pod wpływem temperatury właściwości termometrycznej ciała termometrycznego zastosowanego w termometrze.
Zakres mierzonych temperatur i zastosowań termometru w znacznym stopniu zależy od ciała termometrycznego i właściwości termometrycznej. Termometr może służyć do pomiaru dowolnej temperatury w określonym zakresie lub wskazywania tylko wybranych wartości temperatury (wskaźniki temperatury).
Termometr termoelektryczny – przyrząd reagujący na zmianę temperatury zmianą siły termoelektrycznej wbudowanego w niego termoelementu. W osłonie ochronnej, oprócz termoelementu znajdują się zaciski zewnętrzne do przyłączenia elektrycznych przyrządów pomiarowych. Mogą zawierać elementy montażowe lub głowice przyłączeniowe.
Termoelement (termoogniwo, termopara, ogniwo termoelektryczne) - czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka. Składa się z połączenia dwóch różnych metali.
Termoelementy odznaczają się dużą dokładnością i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach.
Wadą jest mechaniczna nietrwałość złącza pomiarowego i możliwość przepływu prądu poza obwodem termopary, gdy złącze nie jest izolowane. Izolacja złącza eliminuje ten efekt, ale wydłuża czas reakcji termopary na zmianę temperatury. Dlatego w pomiarach o dużej dynamice zmian stosuje się termopary bez osłony.
Składa się z pary (dwóch) różnych metali zwykle w postaci przewodów, spojonych na dwóch końcach. Jedno złącze umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia") powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną, proporcjonalna do różnicy tych temperatur.
Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie o dużym przewodnictwie cieplnym. Instaluje się ją w miejscu pomiaru temperatury. Złącze odniesienia może być umieszczane w ściśle określonej temperaturze odniesienia, np. topniejącym lodzie. Złącze to może nie być złączem bezpośrednim, a zamknięcie obwodu odbywa się poprzez zaciski miernika.
Do budowy wykorzystuje się metale szlachetne: platyna i platynorod, wolfram i molibden, oraz nieszlachetne. Np.: żelazo i miedź-nikiel, miedź i miedź-nikiel, nikiel-chrom i nikiel-aluminium.
Termometr oporowy - wykorzystujący zmianę oporu elektrycznego wraz
z temperaturą. Materiały stosowane w tego typu czujnikach: platyna, brąz, półprzewodniki, specjalne stopy.
Termometrem rezystancyjnym, czysto wykorzystywanym w pomiarach temperatur jest termometr Pt100, o rezystancji 100Ω w 0°C i 138 Ω w 100°C oraz współczynniku α równym α =3,925 10-3 °C-1
Wielkością charakterystyczną dla termometrów rezystancyjnych jest również ich czułość. Można ją określić jako zmianę oporu przypadającą na 1°C. Dla termometrów Pt 100 wynosi ona ok. 0,4 Ω/°C.
Wzorcowanie (inaczej: kalibracja) - ogół czynności ustalających relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych, realizowanymi przez wzorzec jednostki miary wraz z podaniem niepewności tego pomiaru.
W najprostszym przypadku polega to na określeniu różnicy pomiędzy wskazaniem przyrządu wzorcowego a wskazaniem przyrządu wzorcowanego z uwzględnieniem niepewności pomiaru dokonanego przy pomocy przyrządu wzorcowego.
Celem wzorcowania jest określenie kondycji metrologicznej wzorcowanego przyrządu, określającej jego przydatność do wykonywania pomiarów, w tym również przekazywania jednostki miary, lub poświadczenie, że wzorcowany przyrząd spełnia określone wymagania metrologiczne, przy czym wynik wzorcowania poświadczany jest w świadectwie wzorcowania. Podczas wzorcowania musi być zachowana spójność pomiarowa, czyli nieprzerwany ciąg odniesień do wzorca krajowego lub międzynarodowego.
IV Wyniki pomiarów:
Termoelement typu K nikiel-chrom/nikiel- aluminium (NiCr-NiAl)
Klasa 1,5 ; zakres 1200ºC ; dokładność ±18ºC
Opór linii 10Ω
l.p.
T
temperatura
nastawiona
ºC
A
miernik
dobry
B
wadliwy
P
poprawka
miernika
u(P)
U(P)
1
100
80
0
10,39
20,78
2
200
180
20
3
300
280
4
400
380
5
500
460
40
6
600
550
50
7
700
640
60
8
800
710
90
9
900
10
1000
880
120
Opór linii 0Ω
Klasa B: Δtg = ±(0,30 +0,005·t)
C
Δtg
błąd graniczny
agro_3