Badanie termometrów oporowych moje.docx

1.      Wiadomości  teoretyczne

   Termometry rezystancyjne wraz z termometrami termoelektrycznymi i termometrami termistorowymi, służą do bezpośredniego pomiaru temperatury. Głównymi częściami termometrów rezystancyjnych są: opornik termometryczny, przekształcający wielkość cieplną (temperaturę) w wielkość elektryczną (rezystancję) oraz mierniki rezystancji.

Obwody termometrów rezystancyjnych mogą być dodatkowo wyposażone w oporniki wyrównawcze i przewody łączące. Sam opornik termometryczny bywa często wyposażony w osłaniająca go obudowę, wraz z którą tworzy czujnik rezystancyjny.

Pomiar temperatury termometrem rezystancyjnym polega na pomiarze zmieniające się wraz z temperaturą rezystancji opornika termometrycznego. Rezystancję tę mierzy się zazwyczaj w następujących układach pomiarowych: ilorazowym i mostkowym zrównoważonym. Na podstawie pomierzonej rezystancji oraz znormalizowanej charakterystyki użytego do pomiaru opornika termometrycznego można wyznaczyć temperaturę tego opornika. Termometry rezystancyjne używane w przemyśle wyskalowane są w stopniach temperatury. Miernik taki będzie pokazywał poprawną wartość temperatury jeśli rezystancja obwodu zewnętrznego bez opornika termometrycznego będzie równa rezystancji zewnętrznej z którym wyskalowano miernik. Z tego powodu mierniki temperatury wyposażone są w regulowany opornik wyrównawczy włączany w  szereg w obwód zewnętrzny w którym pracuje obornik termometryczny. Suma rezystancji przewodów łączących i opornika wyrównawczego musi być równa rezystancji z którą obwód został wyskalowany. Rezystancję rezystora wyrównawczego ustawia się za pomocą mostka do pomiaru rezystancji lub rezystora kontrolnego. Rezystor kontrolny o znanej rezystancji i odpowiadającej tej rezystancji temperaturze włącza się w miejsce opornika termometrycznego, następnie reguluje się rezystancję opornika wyrównawczego aby miernik temperatury wskazał temperaturę odpowiadającą rezystancji rezystora kontrolnego. W celu wyeliminowania błędów wynikających z zmiany rezystancji przewodów w wyniku zmiany temperatury stosuje się trójprzewodowe układy pomiarowe. Oporniki termometryczne mają określona wartość prądu pomiarowego aby nie powodował on nagrzania opornika i nie był przyczyną błędu pomiaru. 

2.      Przebieg ćwiczenia

Celem przeprowadzanego ćwiczenia jest pomiar temperatury pieca za pomocą zbudowanych termometrów rezystancyjnych składających się z opornika termometrycznego Pt100.    

2.1.            Pomiar temperatury opornika termometrycznego Pt100 za pomocą omomierza

Celem tej części ćwiczenia był pomiar temperatury pieca za pomocą multimetru uniwersalnego. W połączonym przez nas układzie (według schematu rys. 1) mierzyliśmy rezystancję opornika termometrycznego Pt100. Rezystancja ustabilizowała się opornika po kilku minutach. Odczyt z miernika był równy: 162,38 Ω co według tablic odpowiada temperaturze 164°C.

Rys. 1.   1 – piec, 2 – element grzejny, 3 – regulator temperatury, 4 – pomiarowy opornik termometryczny

2.2.            Pomiar temperatury w układzie dwuprzewodowym i trójprzewodowym przy zmieniającej się rezystancji przewodów

W tej części ćwiczenia mierzyliśmy temperaturę ilorazowym miernikiem temperatury dla układu dwuprzewodowego oraz trójprzewodowego.

W celu  zamodelowania zmian rezystancji przewodów łączeniowych pod wpływem zmian temperatury użyliśmy dwóch rezystorów R1 i R2 które w właściwie wyskalowanym obwodzie zewnętrznym miały wartość 10 Ω. Po zmianie nastaw rezystancji obserwowaliśmy wpływ zmian rezystancji przewodów łączeniowych na błąd pomiaru w układach dwuprzewodowym i trójprzewodowym. Dokładna wartość temperatury pieca wynosiła 166℃ .

3. Wnioski

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było badanie metalowych termometrów oporowych.         W ramach zajęć zbudowaliśmy 3 rodzaje termometrów. Pierwszy z nich (najprostszy) składał się z opornika termometrycznego Pt100 oraz uniwersalnego miernika rezystancji. Ten sposób mierzenia temperatury, bardzo prosty w budowie oraz tani w wykonaniu jest dość dokładny, w naszym wypadku  dał on wynik zgodny z pozostałymi miernikami.  Drugim i trzecim termometrem przez nas wykonanym jest to układ dwuprzewodowy i trójprzewodowy z ilorazowym miernikiem temperatury. W tej części ćwiczenia sprawdzaliśmy wpływ zmieniającej się rezystancji przewodów połączeniowych na błąd popełniany przez układ pomiarowy.  Jak możemy zauważyć, wraz ze zmieniającą się rezystancją układ dwuprzewodowy wykazuje rozbieżności w pomiarach ±3℃, natomiast w układzie trójprzewodowym wpływ zmiany rezystancji przewodów na wskazania miernika temperatury nie zmieniał się. W miejscach narażonych na znaczne wahania temperatury należy wiec stosować układy trójprzewodowe aby otrzymany wynik pomiaru był obarczony jak najmniejszym błędem.

1