Ćw 9. Badanie charakterystyk statycznych czujników rezystancyjnych

AUTOMATYKA I POMIARY
LABORATORIUM - ĆWICZENIE NR 9
CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE TERMOMETRYCZNYCH CZUJNIKÓW
REZYSTANCYJNYCH
Celem
ćwiczenia
jest
poznanie
charakterystyk
rezystancyjno-temperaturowych
czujników: niklowego, miedzianego i termistorowego oraz obliczenie współczynników
temperaturowych rezystancji tych czujników.
1. Budowa stanowiska.
Układ pomiarowy składa się z:
o
termostatu (z grzałką elektryczną, chłodzonego wodą) zaopatrzonego w układ regulacji
temperatury z rtęciowym termometrem kontaktowym,
o
trzech czujników: niklowego, miedzianego oraz termistorowego,
o
układu mostka Wheatstone’a zasilanego prądem stałym,
o
zasilacza prądu stałego.
2. Wykonanie ćwiczenia.
Rezystancyjne czujniki temperatury (budowa ich przedstawiona została na Rys.1)
umieszczone są w termostacie wypełnionym wodą. śądaną wartość temperatury wody w
termostacie ustawiamy przy pomocy termometru kontaktowego począwszy od temperatury
15÷16oC co 3÷4oC. Po ustaleniu się temperatury, czujniki łączymy kolejno (nie jednocześnie)
z mostkiem. Odczytu rezystancji dokonujemy przy pomocy opornika dekadowego po
sprowadzeniu wskazówki miernika do pozycji „0”. Aby nie uszkodzić miernika, naleŜy przed
załączeniem czujnika na oporniku dekadowym ustawić odpowiednio:
dla czujnika Ni – 100 Ω, dla czujnika Cu – 500 Ω a dla termistora – 50000 Ω.
Wykonać pomiary dla co najmniej ośmiu wartości temperatury.
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
Laboratorium Automatyki i Pomiarów
Ćwiczenie nr 9
3. Opracowanie pomiarów.
o
Dla czujników Ni i Cu wykreślić charakterystyki R = f(ϑ) i wyznaczyć wartości ich
temperaturowych współczynników rezystancji.
o
Dla czujnika termistorowego wykreślić charakterystyki R = f(ϑ) oraz ln R = f(1/T) i
wyznaczyć stałe A, B oraz współczynnik temperaturowy rezystancji w temperaturze
o
25 C.
Rys. 1. Wybrane konstrukcje rezystancyjnych czujników temperatury.
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
2
Laboratorium Automatyki i Pomiarów
Ćwiczenie nr 9
4. Współczynniki temperaturowe rezystancji.
Temperaturowy współczynnik rezystancji αT zdefiniowany jest równaniem:
αT =
1 ∂R  1 
⋅
R ∂T  K 
(1)
Dla elementów liniowych, np. rezystorów metalicznych
αT =
Rk − R p
R0 (Tk − T p )
(2)
gdzie:
Rk – rezystancja końcowa, Rp – rezystancja początkowa,
R0 – rezystancja w temperaturze odniesienia,
Tk – temperatura końcowa, Tp – temperatura początkowa.
Dla elementów nieliniowych np. termistorów, zaleŜność rezystancji od temperatury
wyraŜa równanie:
B
RT = A ⋅ e T
(3)
Stąd po zróŜniczkowaniu otrzymujemy:
αT = −
(4)
B
T2
Aby wyznaczyć αT dla termistora naleŜy uprzednio wyznaczyć B. Przyjmując jeden z
moŜliwych wariantów logarytmujemy obustronnie równanie (3):
ln RT = ln A +
B
T
(5)
i zapisujemy powyŜsze dla dwóch temperatur:
ln RT1 = ln A +
B
T1
ln RT2 = ln A +
B
T2
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
(6)
3
Laboratorium Automatyki i Pomiarów
Ćwiczenie nr 9
i odejmujemy stronami:
ln
RT1
RT2
=
B B
−
T1 T2
(7)
stąd
ln
B=
Ćw. 9.
RT1
RT2
1 1
−
T1 T2
(8)
Tabela wyników pomiarów
TERMOMETR
Lp.
ϑ
o
[ C]
Ni
Cu
Termistor
[Ω]
[Ω]
[Ω]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
αobl [%/deg]
αlit [%/deg]
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
4