Bakalářská práce. Měření teploty

Bakalářská práce

Měření teploty vypracoval: Jan Novák vedoucí práce: Ing. Daniel Zuth obor: Aplikovaná informatika a řízení specializace: 2006

Strana 2

Strana 3

ZADÁNÍ ZÁVĚREČNÉ PRÁCE

Strana 4

Strana 5

ANOTACE Práce se zabývá měřením teploty s použitím osobního počítače vybaveného vývojovým prostředím Control web. Jako snímače teploty jsou zvoleny termočlánek a teploměr PT 100. Výsledkem práce je laboratorní úloha pro výuku předmětu Technická měření.

ANNOTATION My work deal temperature measuring with use personal computer, the computer has development environment Control web. Like temperature sensor’s are select thermocouple and thermometer PT 100. Results these work is laboratory exercise for education in a course Technical Measurement.

Strana 6

Strana 7

Obsah: 1

ÚVOD.............................................................................................................................................9 1.1 Měření vyžaduje všeobecnou znalost .................................................................... 9 1.2 Měření teploty ..................................................................................................... 12 1.3 Senzor teploty...................................................................................................... 12 2 TEPLOMĚRY .............................................................................................................................13 2.1 Odporové snímače teploty ................................................................................... 13 2.1.1 Platinové snímače teploty............................................................................ 14 2.1.2 Niklové snímače teploty .............................................................................. 15 2.1.3 Měděné snímače teploty .............................................................................. 15 2.2 Polovodičové odporové senzory teploty ............................................................. 16 2.3 Monolitické PN senzory teploty.......................................................................... 16 2.4 Termočlánkové termometry ................................................................................ 16 2.5 Dilatační teploměry ............................................................................................. 18 2.6 Bezdotykové měření teploty................................................................................ 20 3 MODERNÍ MOŽNOSTI AUTOMATIZACE MĚŘENÍ .................................................21 3.1 Oblasti využití ..................................................................................................... 21 3.2 Bezdotykové měření teploty................................................................................ 21 3.2.1 Zásady používání bezdotykových teploměrů: ............................................ 21 3.2.2 Výhody bezdotykového měření teploty:...................................................... 22 3.2.3 Infračervený měřicí systém ......................................................................... 22 3.2.4 Elektromagnetické spektrum ....................................................................... 22 3.2.5 Vyzařování tělesa při různých teplotách ..................................................... 23 3.2.6 Optika infračervených teploměrů ................................................................ 24 3.2.7 ThermaCAM řady P od firmy FLIR Systems ............................................. 24 3.3 Optovláknové snímače teploty pro náročná měření ............................................ 25 3.3.1 Oblasti použití ............................................................................................. 26 3.3.2 Princip optovláknových senzorů teploty ..................................................... 26 3.3.3 Optovláknové senzory firmy FISO ............................................................. 27 4 HARDWARE A SOFTWARE V AUTOMATIZACI .........................................................29 4.1 Měřící karty a moduly ......................................................................................... 29 4.2 Software v automatizaci ...................................................................................... 29 4.3 Control Web ........................................................................................................ 30 4.4 Prostředí aplikace Control Web........................................................................... 31 5 NÁVRH A REALIZACE ÚLOHY.........................................................................................33 5.1 Technické parametry použitých zařízení............................................................. 33 5.2 Návrh uspořádání použitých prostředků.............................................................. 36 6 METODIKA PRÁCE S NAVRŽENOU ÚLOHOU ..........................................................39 6.1 Popis navrhnutého pracovního formuláře............................................................ 39 6.2 Nastavení převodníků .......................................................................................... 40 7 VZOROVÉ MĚŘENÍ ...............................................................................................................41 8 ZHODNOCENÍ.........................................................................................................................45 9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY....................................................................................47 10 PŘÍLOHY.....................................................................................................................................49 10.1 CD-ROM ............................................................................................................. 49 10.2 Vzorový protokol................................................................................................. 49

Strana 8

ÚVOD

Strana 9

1 ÚVOD 1.1

Měření vyžaduje všeobecnou znalost

Měření pod svým povrchem skrývá hluboké poznatky, které jsou blízké jen málo lidem, avšak většina lidí je využívá s pevnou důvěrou, že všichni stejným způsobem vnímají takové pojmy jako metr, kilogram, litr, watt, atd. Důvěra je důležitá k tomu, aby metrologie mohla propojit lidské činnosti navzájem napříč zeměpisnými a profesními hranicemi. Tato důvěra se zvyšuje se širším využíváním spolupráce, společných jednotek míry a společných měřicích postupů, a také s uznáváním akreditací a vzájemným zkoušením etalonů a laboratoří v různých zemích. Lidstvo má tisícileté zkušenosti potvrzující, že život se skutečně stává snadnějším, jestliže lidé spolupracují v oblasti metrologie Metrologie je věda o měření Metrologie plní tři hlavní úkoly: - Definování mezinárodně uznávaných jednotek měření, jako je například metr. - Realizace jednotek měření pomocí vědeckých metod, například realizace metru s využitím laserových paprsků. - Vytváření řetězců návaznosti při dokumentování přesnosti měření, např. dokumentovaná návaznost mezi noniem mikrometru v provozu přesného strojírenství a primární laboratoří metrologie délky. Tabulka: Obory, podobory a typické etalony pro jednotlivé důležité úrovně měření. Uvedeno je pouze 10 technických oborů (viz lit. 3). OBOR AKUSTIKA, ULTRAZVUK a VIBRACE

LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ

PODOBOR Akustická měření v plynném médiu

Důležité etalony Etalonové mikrofony, pistonfony (zvukoměry), kondenzátorové mikrofony, zvukové kalibrátory Akcelerometrie Měřiče zrychlení, snímače síly, vibrátory, laserový interferometr Akustická měření v kapalinách Hydrofony Ultrazvuk Měřiče energie, akustického tlaku Chemie životního prostředí Certifikované referenční materiály Klinická chemie Chemie materiálů Čisté materiály, certifikované referenční materiály Chemie potravin Certifikované referenční materiály Biochemie Mikrobiologie Měření pH

Strana 10

OBOR HMOTNOST a příbuzné veličiny

ÚVOD

PODOBOR Měření hmotnosti Síla a tlak

Objem a hustota Viskozita ELEKTŘINA a MAGNETISMUS

Stejnosměrný elektrický proud

Střídavý elektrický proud

DÉLKA

Vysokofrekvenční elektrický proud Velké proudy a vysoká napětí Vlnové délky a interferometrie

Důležité etalony Etalony hmotnosti, etalonové váhy Siloměry, siloměrná zařízení s přímým zatížením, snímače síly, momentu a točivého momentu, pístové tlakoměry (kapalinové nebo plynové), siloměrná zařízení (etalonová nebo kalibrační) Skleněné areometry, laboratorní sklo, vibrační hustoměry, skleněné kapilární viskozimetry, rotační viskozimetry, viskozimetrické stupnice Kryogenní komparátory proudu, kvantové etalony el. veličin, Josephsonův a Hallův kvantový jev, von Klitzingerova konstanta, Zenerovy reference, potenciometrické metody, komparátorové mosty Měniče střídavého a stejnosměrného proudu, etalonové kondenzátory, vzduchové kondenzátory, etalony induktance, kompenzátory Tepelné měniče, kalorimetry, bolometry

Měřicí transformátory proudu a napětí, referenční zdroje vysokého napětí Stabilizované lasery, interferometry, interferometrické laserové systémy, interferometrické komparátory Metrologie délek (rozměrů) Základní měrky, čárková měřidla, stupňové měrky, kroužkové kalibry, válcové kalibry, výškové mikrometry, číselníkové úchylkoměry, měřicí mikroskopy, optické etalony plochy, souřadnicové měřicí stroje, laserové snímací mikrometry, hloubkoměry Úhlová měření Autokolimátory, otočné stoly, úhlové měrky, polygony, nivelační přístroje Úchylky tvaru a povrchu Přímost, rovinnost, rovnoběžnost, čtyřhrany, etalony kruhovitosti, etalony válcovitosti Jakost povrchu Stupňové výškové a drážkové etalony, etalony drsnosti povrchu, zařízení na měření drsnosti povrchu

ÚVOD

OBOR ČAS a KMITOČET

TERMOMETRIE

IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ a RADIOAKTIVITA

FOTOMETRIE a RADIOMETRIE

PRŮTOK

PODOBOR Měření času

Strana 11

Důležité etalony Cesiové atomové hodiny, zařízení pro měření nebo generaci časového intervalu Kmitočet Atomové hodiny, oscilátory, lasery, elektronické čítače a syntetizátory Kontaktní měření teploty Plynové teploměry, pevné body teplotní stupnice ITS 90, odporové teploměry, termočlánky Bezdotykové měření Vysokoteplotní černá tělesa, kryogenní teploty radiometry, pyrometry, křemíkové fotodiody Vlhkost Zrcátková měřidla rosného bodu nebo elektronické hygrometry, kombinované tlakové/teplotní generátory vlhkosti Absorbovaná dávka Kalorimetry, kalibrované komory pro vysoké dávkové příkony, Dvojchromanové dozimetry (Frickeho) Absorbovaná dávka Kalorimetry, zdravotnictví Ionizační komory Radiační ochrana Ionizační komory, Referenční svazky a pole, proporcionální a jiné čítače, TEPC – tkáňově ekvivalentní proporcionální čítače (Rossiho), Bonnerovy neutronové spektrometry Radioaktivita Ionizační komory, Certifikované radioaktivní zdroje, Spektroskopy gama a alfa, 4P detektory Optická radiometrie Kryogenní radiometr, detektory, stabilizované laserové referenční zdroje, referenční materiály;vlákna Au Fotometrie Detektory viditelné oblasti světla, křemíkové fotodiody, detektory Kolorimetrie kvantové účinnosti Optická vlákna Referenční materiály - vlákna Au Průtok (množství) plynů Zvonové zkoušeče, rotační plynoměry, turbinové plynoměry, předávací měřiče s kritickými tryskami Průtok vody (množství, Objemové etalony, Coriolisovy hmotnost a energie) hmotnostní etalony, stavoznaky, Průtok kapalin mimo vodu indukční průtokoměry, ultrazvukové průtokoměry Anemometrie Anemometry

Strana 12

1.2

ÚVOD

Měření teploty

Teplota je označení pro tepelný stav hmoty. Představuje průměrnou kinetickou energii částic látky. Například v plynu je teplota úměrná střední kinetické energii molekul a frekvenci jejich srážek. Základní jednotkou pro měření termodynamické teploty je v soustavě SI kelvín [K]; kromě něj existují další stupnice, které používají různý výchozí bod a různé dělení na stupně. Nejnižší možnou teplotou je teplota absolutní nuly, ke které se lze libovolně přiblížit, avšak nelze jí dosáhnout. Absolutní nula je označení pro termodynamickou teplotu T = 0K, tj. –273,15 °C. Vedle termodynamické teploty se používá ještě Celsiova teplota, vyjadřovaná ve stupních Celsia. Stupeň Celsia (značený °C) je jednotka teploty, kterou v roce 1742 vytvořil švédský astronom Anders Celsius. Celsius stanovil dva pevné body: 0 °C pro teplotu varu vody a 100 °C pro teplotu tání vody (obojí při tlaku vzduchu 1013,25 hPa). Carl Linné stupnici později otočil a proto je dnes bod tání 0 °C a bod varu 100 °C. Dnes je Celsiova stupnice (jako vedlejší jednotka soustavy SI) definována pomocí trojného bodu vody, kterému je přiřazena teplota 0,01 °C a tím, že absolutní velikost jednoho dílku teplotní stupnice (1 °C) je rovna 1 K. K měření teploty se používají teploměry založené na různých principech. 1.3

Senzor teploty

Senzor teploty je funkční prvek tvořící vstupní blok měřícího řetězce tj. blok, který je v přímém styku s měřeným prostředím. Pojem senzor je ekvivalentní pojmu snímač teploty, ale také teplotní čidlo. Stejně tak se jako senzor označuje detektor tepelného zařízení nebo teploměr (zařízení k měření teploty). Základní dělení - dle fyzikálního principu - dle styku s měřeným prostředím Statické vlastnosti senzorů teploty - statická charakteristika - citlivost - práh citlivosti - dynamický rozsah - reprodukovatelnost - rozlišitelnost - přesnost Dynamické vlastnosti senzorů teploty - přechodové charakteristiky senzorů teploty

TEPLOMĚRY

Strana 13

2 TEPLOMĚRY Teploměr je zařízení sloužící k měření teploty. Většinou je princip teploměru založen na tepelné roztažnosti jednotlivých látek, kdy je objem měrné látky závislý na její teplotě. Tyto teploměry se pak nazývají dilatační. V současnosti však existují i další metody zjišťování teploty. V automatizaci se zejména využívají teploměry založené na bázi elektrických veličin. 2.1

Odporové snímače teploty

Principem odporových snímačů teploty, je teplotní závislost elektrického odporu určitých kovů na teplotě. Elektrický odpor se s teplotou mění podle určitého vztahu a to Rt= R0(1+αt) kde R0 je odpor čidla při 0°C , tato linearizace, se však dá použít jen pro rozsah 0°C - 100°C, pro jiné teploty už není snadné určit teplotní součinitel odporu α (K-1). Pro tento rozsah 0°C - 100°C lze stanovit střední hodnotu teplotního součinitele odporu α takto: α=

R 100 − R 0 100 R 0 kde R100 je odpor čidla při 100°C

Dalším základním parametrem odporových snímačů teploty je poměr odporu čidla R100 a R0. Tento poměr se značí písmenem W dle vztahu: W=

R 100 R0

Nejpoužívanější materiály pro odporová čidla jsou platina, nikl, Balco (Ni-Fe), měď, molybden a pro extrémně nízké teploty od 0,5 K slitiny Rh-Fe, Pt-Co aj. Teplotní závislost některých materiálů je na obr. 1.

Obr. 1 Teplotní závislost vybraných materiálů (viz lit. 1)

Strana 14

TEPLOMĚRY

2.1.1 Platinové snímače teploty Platina se vyznačuje chemickou netečností, časovou stálostí a vysokou teplotou tání. Pro čistotu platiny u provozních snímačů teploty (Pt 100) je normou IEC-751 (IEC - ČSN 751) předepsán poměr elektrického odporu W100= 1,385. Pro metrologické účely jsou nároky na čistotu platiny vyšší (čistota 99,999%). Dle doporučení IEC-751 se platinové měřící odpory pro průmyslové (provozní) použití dělí do dvou tolerančních tříd A a B. Dlouhodobá stabilita je u provozních Pt snímačů kolem 0,05% / 1000h. Teplotní závislost měřícího odporu pro rozsah teploty od -200°C do 0°C je: Rt= R0[1+At + Bt2 + Ct3 (t -100)] a pro rozsah od 0°C do 850°C je : Rt= R0(1 + At + Bt2) kde R0 = 100Ω A = 3,90802 . 10-3 K-1 B = - 5,80195 . 10-7 K-2 C = - 4,27350 . 10-12 K-4 pro t < 0°C C = 0 pro t > 0°C Pro stanovení teploty na základě změřeného odporu platí pro teplotu nižší než 0°C vztah :

(R − R 0 ) + δ  t= t αR 0

3  t t  t    t   100 − 1 100  + β  100 − 1 100         

a pro teplotu vyšší než 0°C t=

(R t − R 0 ) + δ  αR 0 kde

t  t   100 − 1 100     -3 α = 3,85055 . 10 K-1 β = -0,108634 K-3 δ = 1,499786 K-2

Kromě základní hodnoty odporu R0=100 Ω se vyrábějí snímače se základní hodnotou odporu 50, 200, 500, 1000 a 2000 Ω. Pro tyto případy získáváme hodnotu měřicího odporu vynásobením koeficientem R0 . 10-2.

TEPLOMĚRY

Strana 15

Obr. 2 Odporový teploměr Niklové snímače teploty 2.1.2 Niklová čidla jsou většinou vyráběna tenkovrstvou technologií, takže se používají jako miniaturní čidla. Výhody těchto snímačů : - velká citlivost - rychlá odezva - malé rozměry Nevýhody : - omezený tepelný rozsah - značná nelinearita (vůči platině ) - horší dlouhodobá stabilita - horší odolnost vůči prostředí Podobně jako platinová čidla se kromě hodnoty R100= 100Ω vyrábí základní hodnoty odporu 200, 500, 1000 a 2000Ω. Teplotní závislost čidla lze vyjádřit polynomem : Rt = R0 (1 + At + Bt2 + Ct4 + Dt6) kde A = 5,485 . 10-3 K-1 B = 6,65 . 10-6 K-2 C = 2,805 . 10-11 K-4 D = 2,0 . 10-17 K-6 2.1.3 Měděné snímače teploty Měď se používá v teplotním rozsahu -200°C až +200°C. Pro rozsah teplot -50°C až +150°C lze použít lineární vztah s hodnotou α = 4,26 . 10-3 K-1. Pro jiné rozsahy, se musí použít opět polynom. Vzhledem k malému elektrickému odporu (6krát menší než Pt) a snadné oxidaci mědi se měděné snímače běžně nevyrábějí. V praxi se ale využívá měď při přímém měření teploty vynutí elektrických strojů prostřednictvím měření odporu vinutí (samozřejmě ve vypnutém stavu).

Strana 16

2.2

TEPLOMĚRY

Polovodičové odporové senzory teploty

Polovodičové odporové senzory teploty využívají, stejně jako odporové snímače teploty, teplotní závislost odporu. U polovodičových senzorů je dominantní závislost koncentrace nosičů náboje na teplotě. Polovodičové odporové senzory teploty lze rozdělit na - termistory

… negastory … pozistory - monokrystalické odporové senzory

2.3

Monolitické PN senzory teploty

Integrované monolitické senzory teploty jsou nejčastěji založeny na teplotní závislosti napětí PN přechodu v propustném směru. Tyto senzory mají teplotní rozsah od -55°C do +150°C a nejistotu měření z rozsahu 0,6% až 2%. Monolitické senzory teploty lze rozdělit na - diodové PN senzory teploty - tranzistorové PN senzory teploty - monolitické (integrované) PN senzory teploty 2.4

Termočlánkové termometry

Termočlánkové termometry (termočlánky) pracují na principu Seebeckova jevu, tj. na převodu tepelné energie na elektrickou. U = α (t1 - t2) kde α … termoelektrický koeficient

Obr. 3 Termočlánek

TEPLOMĚRY

Strana 17

Jednotlivé páry termoelektrických materiálů pro výrobu termočlánků jsou ve světě normalizovány. Byly vybrány takové materiály, které zajišťují přijatelnou nelinearitu závislosti termoelektrického napětí na teplotě, dále odolnost proti vlivu prostředí a dlouhodobou stabilitu. Statické charakteristiky vybraných termočlánků jsou na obr. 4. Označení jednotlivých článků se dle doporučení IEC provádí velkými písmeny viz tabulka na obr. 5.

Obr. 4 Statické charakteristiky jednotlivých termočlánků (viz lit. 1)

Obr. 5 Tabulka značení a základních vlastností termočlánků (viz lit. 1)

Strana 18

TEPLOMĚRY

U termočlánků je největším problémem kolísání teploty referenčního konce termočlánku Tref , proto se používají různá zapojení, která se snaží tuto systematickou chybu odstranit. Základní zapojení termočlánku je na obr. 6, zde však není žádná kompenzace teploty referenčního napětí.

Obr. 6 Základní zapojení termočlánku (viz lit. 1) 2.5

Dilatační teploměry

Dilatační teploměry jsou založené na teplotní roztažnosti pevných látek, kapalin a plynů. Dle konstrukce se dilatační teploměry dělí na: Tyčové teploměry – jsou založeny na teplotní délkové roztažnosti dvou konstrukčních dílů z pevných látek, které jsou spolu spojeny v jediném, místě. Bimetalické teploměry – u bimetalických snímačů se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkový) pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje.

Obr. 7 Bimetalový teploměr

TEPLOMĚRY

Strana 19

Bimateriálová (dvojmateriálová) čidla – jsou založena na stejném principu jako bimetalická čidla, ale jako materiál se používá kombinace kov (Al) - polovodič (Si). Skleněné teploměry – je to dilatační teploměr založený na teplotní objemové roztažnosti kapaliny ve skle.

Obr. 8 Lékařský teploměr Kapalinové tlakové teploměry – princip kapalinového tlakového teploměru je stejný jako u skleněných teploměrů, ale měření objemové roztažnosti se převádí na měření tlaku. Parní tlakové teploměry – parní teploměr na rozdíl od kapalinového tlakového teploměru je zčásti naplněn kapalinou a zčásti sytou párou. Pro vyhodnocení teploty se využívá teplotní závislosti tlaku nasycené páry vhodných kapalin. Plynové tlakové teploměry – plynový teploměr má teploměrný systém naplněný plynem (dusík,helium) pod tlakem (až 2,5 * 106 Pa). Princip stejný jako u ostatních tlakových teploměrů.

Obr. 9 Schéma plynového teploměru

Strana 20

TEPLOMĚRY

Speciální dotykové senzory teploty - akustické teploměry - krystalové teploměry - šumové teploměry - magnetické teploměry - optické vláknové senzory teploty 2.6

Bezdotykové měření teploty

Měření vysokých teplot založené na zákonech tepelného záření (Planckův vyzařovací zákon, Wienův zákon, Stefanův-Bolcmanův zákon). Měří záření vysílané tělesy do okolí (na stejném principu pracují i světelná infračidla či naváděné střely). Podrobněji v kapitole 3.

Obr. 10 Infrateploměr

MODERNÍ MOŽNOSTI AUTOMATIZACE MĚŘENÍ

Strana 21

3 MODERNÍ MOŽNOSTI AUTOMATIZACE MĚŘENÍ Teplota hraje důležitou roli jako indikátor stavu výrobků nebo částí strojů a zařízení, ať už ve výrobě nebo při kontrole jakosti. Přesné monitorování teploty zlepšuje kvalitu výrobků a zvyšuje produktivitu. Snižují se prostoje, protože výrobní proces může probíhat bez přerušení a za optimálních podmínek. 3.1

Oblasti využití

Automatizaci měření lze využít od poměrně jednoduchých bezpečnostních aplikací noční ostrahy přes sledování, vyhodnocování a regulování povrchových teplot různých materiálů, zařízení, strojů a přístrojů až k možnosti řízení složitých technologických procesů v roli velmi přesného teplotního čidla s neuvěřitelně rychlou odezvou na změnu teploty sledovaného objektu nebo procesu a s možností zaznamenávat detailně průběh procesu. Pro představu lze z aplikačních oblastí v energetice a dalších průmyslových odvětvích jmenovat např. kontrolu izolátorových řetězců, plášťů, chladičů a průchodek transformátorů, kontaktů odpojovačů, kontrolu motorů a převodovek, čerpadel, ložisek, kontrolu netěsnosti izolace zařízení, chladicí či ohřívací procesy při výrobě, kontrolu úniků tepla z budov, diagnostiku vlhkostí staveb, lékařské aplikace. Použití je mnohostranné a záleží pouze na uživateli, jak bude tento potenciál využívat. V praxi existují také případy kdy nelze pro měření teploty použít "standardní metody", jako např. měření ve výbušných a snadno vznětlivých prostředích elektráren. Pak přichází na řadu optika - optovláknové senzory teploty, jejichž princip je založen na změně šíření světla vláknem nebo jeho odrazu na konci vlákna. 3.2

Bezdotykové měření teploty

I když je bezkontaktní měření teploty velmi jednoduché - opravdu stačí "namířit na měřený objekt a na displeji odečíst teplotu" - pro dosažení správných hodnot, co nejvyšší přesnosti a pro využití všech předností, které tato technika nabízí, je potřebné znát alespoň základní principy a vlastnosti tohoto měření. 3.2.1 Zásady používání bezdotykových teploměrů: - Měřený objekt musí být pro infračervený teploměr opticky (infračerveně opticky) viditelný. Vysoké úrovně kouře nebo prachu snižují přesnost měření. Pevné překážky, jako jsou uzavřené kovové reakční nádoby, dovolují pouze povrchová měření - vnitřní teplota v nádobě nemůže být takto měřena. - Optika čidla musí být chráněna před prachem a kondenzujícími kapalinami (výrobce pro to dodává příslušná zařízení). - Je možno měřit pouze povrchovou teplotu, přičemž je nutno brát v úvahu různou emisivitu jednotlivých materiálů.

Strana 22


3.2.2 Výhody bezdotykového měření teploty: - Je rychlé (v milisekundovém rozsahu), šetří se čas a navíc umožňuje uskutečňovat mnohem více měření. - Umožňuje měření teploty pohybujících se objektů (rotujících součástí, výrobků na dopravnících pásech, atd.). - Může se bezpečně provádět měření na nebezpečných nebo nesnadno dostupných objektech (součásti pod elektrickým napětím, pohyblivé součásti, vzdálené objekty). - Lze bez problémů měřit i velmi vysoké teploty (nad 1300 °C). V těchto případech není vůbec možno použít dotykových teploměrů, nebo mají velmi omezenou životnost. - Není zde žádné ovlivnění měřeného objektu - není z něho při měření odebírána žádná energie. Například v případě špatných vodičů tepla, jako jsou plasty nebo dřevo, jsou měření ve srovnání s dotykovým měřením velmi přesná bez zkreslení měřených hodnot. - Není zde riziko kontaminace a nejsou zde žádné mechanické účinky na povrch měřeného objektu. Nedojde tedy k např. k poškrábání lakovaných povrchů a je možno měřit i měkké povrchy. Měření v potravinářství je naprosto hygienické 3.2.3 Infračervený měřicí systém Infračervený teploměr lze přirovnat k lidskému oku. Oční čočka představuje optiku, skrz kterou záření (proud fotonů) z měřeného objektu dopadá přes atmosféru na fotocitlivou vrstvu (oční sítnici). Zde je přeměněno na signál, který je vysílán do mozku. Obdobnou funkci infračerveného měřicího systému ilustruje obr. 11.

Obr. 11 Infračervený měřící systém 3.2.4 Elektromagnetické spektrum Pro měřicí účely se využívá infračervené pásmo elektromagnetického spektra v rozsahu od 0,7 do 14 µm.


Strana 23

Obr. 12 Využívané infračervené pásmo 3.2.5 Vyzařování tělesa při různých teplotách Tělesa při vysokých teplotách vyzařují ještě i malé množství viditelného záření. Proto každý může vidět předměty při velmi vysokých teplotách (nad 600 °C) žhnoucí někde mezi červenou a bílou. Neviditelná část spektra však obsahuje až 100 000 krát více energie. Na tom staví infračervená technologie. Maximum vyzařování se posunuje směrem ke stále kratším vlnovým délkám když roste teplota měřeného objektu a že křivky tělesa se při různých teplotách nepřekrývají. Vyzařovaná energie v celém vlnovém rozsahu (plocha pod každou křivkou) roste se 4. mocninou teploty. Tyto vztahy byly zjištěny v r.1879 Stefanem a Boltzmannem a ilustrují, že z vyzařovaného signálu lze jednoznačně určit teplotu.

Obr. 13 Vyzařovací charakteristiky černého tělesa v závislosti na jeho teplotě

Strana 24


3.2.6 Optika infračervených teploměrů Optický systém infračervených teploměrů zachycuje infračervenou energii vyzařovanou z kruhové měřené plochy a soustřeďuje ji na detektor. Měřený objekt musí úplně vyplňovat tuto měřenou plochu, jinak teploměr "vidí" jiné teplotní vyzařování z pozadí, což způsobuje nepřesnost naměřených hodnot viz obr. 14.

Obr. 14 Optický systém infračervených teploměrů 3.2.7

ThermaCAM řady P od firmy FLIR Systems

Obr. 15 ThermaCAM řady P od firmy FLIR Systéme


Strana 25

Detektor 320 x 240 pixelů. Obrazová frekvence 50 Hz,zajišťuje plynulý obraz umožňující zachytit velice rychlé děje. Termogramy uložené těmito kamerami mají tzv. radiometrický formát JPEG (kompletní 14-bitový formát obsahující měřené hodnoty včetně dalších doprovodných dat) je možné je prohlížet každým dostupným prohlížečem, který podporuje formát JPEG a současně je možné je dále vyhodnocovat pomocí některého nabízeného softwarového programu ThermaCAM Reporter. Bezplatnou součástí všech dodávaných termovizních systémů je tzv. free software ThermaCAM QuickView, který slouží pro přenos termogramů z kamer (které nejsou vybaveny možností záznamu na přenosná záznamová média jako jsou např. karty Compact Flash-card) a pro další jednoduché vyhodnocení.

Obr. 16 Termogram pořízený ThermaCAM řady P Termovizní kamery řady P jsou nabízeny ve třech typech - P 25, P 45 a P 65 v cenových relacích od 850.000 Kč. Kompletní souprava obsahuje vše potřebné příslušenství pro měření včetně základního vyhodnocovacího software ThermaCAM QuickView. Základní měřící rozsah (-40 až 500 °C, s filtrem až 2000 °C) umožňuje široké použití této řady. Patentovaný ergonomický tvar kamery, stejně tak jako vestavěné ovládací menu v Českém jazyce zajišťuje velmi snadnou obsluhu. 3.3

Optovláknové snímače teploty pro náročná měření

V praxi existuje několik druhů aplikací vyžadující měření teploty, kde neprakticky nebo z legislativních důvodů nelze použít obvykle používané senzory teploty pracující na principu převodu teploty na změnu elektrické veličiny (napětí, proud).

Obr. 17 Ilustrační obrázek optovláknového snímače

Strana 26


Pokud to podmínky a vyžadované parametry měření dovolují, mohou se nasadit bezkontaktní snímače teploty, které umožňují měřit teplotu vzdáleně, mimo nebezpečnou oblast. Jenže takové senzory potřebují opticky průchozí prostředí s přímou viditelností na měřený objekt a navíc měří teplotu jen na povrchu objektu a ne například v jeho nitru. Tedy pro tyto aplikace, kde nelze využít ani jednu z výše uvedených typů teploměrů, se může využít optovláknových senzorů teploty. Optovláknové senzory teploty využívají, jak název napovídá, světla a jeho šíření v optických vláknech. V obecném pohledu jde v tomto případě vlastně o kombinaci obou "klasických" principů. Využívá se k měření teploty světlo, které je bezpečné pro použití v nebezpečných prostorách a navíc je konkrétně vymezena jeho oblast působení a jeho vedení prostřednictvím optického kabelu. V tomto směru existuje několik využívaných principů založených buď na změně odrazu světla s teplotou na konci optického vlákna, nebo změně vlastností šíření světla určitým úsekem samotného optického kabelu. 3.3.1 Oblasti použití - Měření teploty v jakkoliv nebezpečných prostředích - např. atomová elektrárna - Měření teploty ve výbušných a vznětlivých prostředích - např. uhelné elektrárny a teplárny. - Plošné měření teploty uhlí - ochrana proti samovznícení. - Měření teploty v prostředí se zemním plynem. - Měření na velké vzdálenosti od vyhodnocovací elektroniky stovky metrů až kilometry. - Monitorování teploty mechanických částí strojů, např. letadel. 3.3.2 Princip optovláknových senzorů teploty Základním principem uvedených senzorů je změna některé z vlastností světla, vysílaného zdrojem záření do optického vlákna, vlivem působící změny teploty v měřeném místě. Měněna může být amplituda světla, jeho fáze, vlnová délka a tím i spektrum světla, nebo časové zpoždění vysílaných impulsů. Parametry vysílaného světla se mohou měnit dvěma základními způsoby. Přímá změna parametrů optického vlákna vlivem změny teploty - využívá se zde jinak parazitních vlastností vláken, jako např. disperze, optický útlum, změna rychlosti šíření světla - vhodné pro plošné měření teploty

Obr. 18 Princip změny fáze světla prostřednictvím změny různého odrazu složek světla


Strana 27

Na obrázku 18 je princip klasické koncepce optovláknových senzorů teploty se změnou odrazu světla na konci vlákna. Buď se využívá již přímo změny samotné odrazné plochy, reflektoru, který v rostoucí nebo klesající teplotou mění svojí schopnost odrážet nebo pohlcovat celé nebo část spektra příchozího světla, nebo reflektor má stále stejné vlastnosti, ale je mu předřazen materiál se s měnící se propustností (transparentností). V prvním případě se vyhodnocuje změna amplitudy odraženého světla, případně jeho některých složek, tzn. vyhodnocuje se spektrum. V druhém případě se nejčastěji vyhodnocuje změna fáze odraženého světla, zpoždění impulsu nebo interference způsobené složení složky světla odražené již teplotně citlivým materiálem a složky odražené pevným reflektorem. Nepřímá změna vlastností materiálu na konci optického vlákna - nejčastěji se zde využívá změny odrazu nebo rozptylu světla na odrazné plošce na konci optického kabelu; optický kabel se tedy využívá jen jako vodič světla - vhodné pro bodové místní měření teploty

Obr. 19 Změna amplitudy procházejícího světla prostřednictvím změny útlumu vlákna vlivem změny teploty Obrázek 19 pak ukazuje jednu z mnoha možností plošného měření teploty vlivem změny deformace optického vlákna. Zde konkrétně bimetalový proužek reaguje na změnu teploty prohnutím a tím různým stlačením čelistí. Ty mezi sebou deformují optické vlákno, kde vzniklé mikroohyby způsobují zvýšení útlumu světla tohoto úseku. Mimo to se v praxi ještě využívá závislosti útlumu, rychlosti šíření světla a disperze optického vlákna na teplotě. Tyto principy lze nalézt v případě plošného měření teploty, např. uvnitř hromady uhlí. Optovláknové senzory teploty sice nejsou nijak masově rozšířené, hlavně z důvodu vysoké ceny, ale umožňují realizovat měření teploty i tam, kde jiné běžnější principy měření teploty selhávají nebo nejdou z principu nebo z bezpečnostních důvodů použít. Jde i o zajímavá použití optických kabelů i jiným způsobem než jen pro přenos dat a vytváření komunikačních sítí. 3.3.3 Optovláknové senzory firmy FISO Pro měření teploty lze v nabídce prakticky najít dva rozdílné snímače: - FOT-M Temperature Sensor - FOT-L / FOT-H Temperature Sensors U obou jde o využití principu Fabry-Perotova rezonátoru. Mezi jejich hlavní klady patří malá velikost, imunita proti mikrovlnnému a elektromagnetickému záření a díky kvalitnímu opláštění i odolnost proti vibracím a vlhkosti.

Strana 28


Hlavní parametry senzoru FOT-M: - Měřitelný teplotní rozsah: 20°C až 85°C (68°F až 185°F) - Rozlišení: 0.1°C - Přesnost: ± 0.3°C - Odezva senzoru: méně něž 750 ms - Konektor: typ ST konektor

Obr. 20 Senzor FOT-M Hlavní parametry senzoru FOT-L&H: - Měřitelný teplotní rozsah - FOT-L: -40°C až 250°C (-40°F až 482°F) - Měřitelný teplotní rozsah - FOT-H: -40°C až 300°C (-40°F až 572°F) - Rozlišení: 0.1°C - Přesnost: ± 1 °C - Odezva senzoru: méně něž 1.5 ms - Konektor: typ ST konekto

Obr. 21 Senzor FOT-L

HARDWARE A SOFTWARE V AUTOMATIZACI

Strana 29

4 HARDWARE A SOFTWARE V AUTOMATIZACI 4.1

Měřící karty a moduly

Měřící karty jsou v dnešní době používány veskrze v celém výrobním průmyslu. Jelikož většina výrobních linek je částečně či plně automatizována. Odtud tedy plynou požadavky na měřící prvky. Zásuvné měřící karty - jsou myšleny karty standardu PCI, které jsou zasouvány do sběrnice PC a rozšiřují klasický PC počítač o možnosti měřit a ovládat technologické zařízení. Moduly slouží k dálkovému měření, řízení a sběru dat. Moduly se využívají v rozsáhlých sítích.. Řídicí jednotka sítě (master), kterou je obvykle počítač typu PC, se na ně může obracet se žádostí o změření vstupních veličin nebo nastavení výstupů. Na trhu jsou k dostání karty od výrobců Adventech (moduly ADAM), National instruments (karty USB,PCMCIA a PCI), Dewetron (karty řady Orion) a spousty dalších.

Obr. 22 Příklad multifunkční karty 4.2

Software v automatizaci

Jde o vývojová prostředí sloužící k vytváření programů, které následně slouží k analýze měřených dat. Data získáváme z různých měřených přístrojů pomocí měřících karet. Je mnoho softwarů, mezi nejznámější patří Labview od firmy National Instruments. U tomto softwaru se vytváří program ve formě blokových diagramů.

Strana 30


Obr. 23 Panel a diagram v prostředí Labview Dále existují softwary Dewesoft od firmy Dewetron nebo Flukeview od firmy Fluke a sposta dalších . U nás je rozšířen software Control web od firmy Moravian Instruments, který byl použit při realizaci řešené laboratorní úlohy. 4.3

Control Web

Control Web v5. je určen pro práci na počítačích s 32-bitovými operačními systémy Microsoft Windows. Control Web pracuje na systémech Windows W8/Me/2000/XP. Pro seriózní nasazení a trvalý provoz výrobce prohlašuje použití systémů Windows 2000 nebo Windows XP za nezbytné. Control Web v5. vyžaduje PC kompatibilní se standardem PC s procesorem o taktu 500 MHz a vyšším. Pro práci s 3D grafikou je nezbytná grafická karta s pamětí 32 MB a hardwarovou podporou OpenGL. Při práci s 3D grafikou se doporučuje procesor s taktem přes 1 GHz. Pro realizaci popisované laboratorní úlohy se využívá osobní počítač s 467MHz CPU. Control Web je univerzální nástroj pro vývoj a nasazování vizualizačních a řídicích aplikací, aplikací sběru, ukládání a vyhodnocování dat, aplikací rozhraní člověk-stroj. Unikátní objektově-orientovaná komponentová architektura zajišťuje aplikacím systému Control Web nejširší rozsah nasazení od prostých časově nenáročných vizualizací až po řídicí aplikace reálného času. Hlavním cílem návrhu systému Control Web je učinit realizaci běžných úkolů snadnou a neobvyklých, komplikovaných úkolů možnou. Samozřejmě při respektování všech existujících standardů pro běh programů a jejich uživatelské rozhraní, výměnu dat a přístup k databázím, komunikaci po počítačových sítích a spolupráci s hardwarem pro sběr dat a řízení. Control Web pracuje v prostředí operačních systémů implementujících aplikační programové rozhraní Win32 a podporuje řadu průmyslových standardů a de facto standardů. Control Web koncepčně vychází z osvědčené architektury svých předchůdců Control Panel a Control Web 2000. Nasazení těchto systémů od jaderných elektráren a celopodnikových vizualizačních systémů až po přímé řízení strojů a jednoduché vizualizace dokazuje velmi široké možnosti této architektury. Zachováním vzestupné kompatibility zároveň chrání investice do existujících aplikací, vzdělání a know-how.


4.4

Strana 31

Prostředí aplikace Control Web

Pracovní obrazovka Control Webu připomíná svým standardním uspořádáním IDE ostatních programovacích nástrojů. Obsahuje řádek nabídek ve standardním provedení soubor, ... , nápověda. Poté následuje řádek, který obsahuje ikony s nejčastěji používanými příkazy. Poté následuje hlavní okno programu, kde je možno přepínat mezi třemi návrhovými okny. - Textový editor - Datové inspektory - Grafický editor Vzhledem k tomu, že v Control Webu se programuje pomocí komponent předpřipravených od výrobce, tak velké množství rutinní programátorské práce již za nás udělal výrobce. A tak vlastní návrh projektu se odehrává zejména v grafickém editoru, kde se určí vzhled a pomocí inspektoru objektů i vlastnosti, inicializační hodnoty, atd. Ve spodní části okna aplikace je stavový řádek, který usnadňuje uživateli orientaci v projektu. Celý produkt Control web, je velice dobře popsán a zdokumentován v česky psané elektronické nápovědě. Nápověda je rozsáhlá, zahrnuje klíčová slova prostředí, popis vestavěných procedur, vzorové příklady použití komponent a další. Aplikace Control Web byla na doporučení vedoucího bakalářské práce vybrána pro svoji mnoho účelovost, srozumitelnost a dostupnost. Jde o český výrobek, se kterým se studenti mohou často setkat v praxi. Control Web je produktem firmy Moravské přístroje a.s. Jeho demoverze je volně dostupná na webu této společnosti

Strana 32


NÁVRH A REALIZACE ÚLOHY

Strana 33

5 NÁVRH A REALIZACE ÚLOHY Úkolem je rozšířit současnou laboratorní úlohu o jedno měřící zařízení, kterým bude teploměr PT100. Rozšíření úlohy po technické stránce si vyžaduje úpravu softwarové aplikace, ve které sledujeme průběh měření na počítači a následně měření vyhodnocujeme. Jedná se o jednoduchou laboratorní úlohu s využitím podpory aplikace Control web. Úloha slouží k naměření statické charakteristiky mezi závislostí teploty lázně měřené termočlánkem a teploměrem PT100 a teplotou indikovanou přesným teploměrem lihovým nebo rtuťovým. 5.1

Technické parametry použitých zařízení

Snímač teploty 1 (viz obr. 24): - termočlánek typu K ZPA Nová Paka - teplotní rozsah od 0°C do +500°C - výrobní číslo 405113185702

Obr. 24 Termočlánek ZPA Nová Paka Snímač teploty 2 (viz obr. 25.): - odporový teploměr PT100 ZPA Nová Paka - teplotní rozsah od -200°C do +600°C - výrobní číslo 405112355212

Obr. 25 Odporový teploměr PT100 ZPA Nová Paka

Strana 34


Zařízení s převodníky (viz obr. 26) je složeno z - univerzálního napájecího zdroje model 222 – UNAZ – DC 3W - následujících převodníků Převodník pro termoelektrické snímače (viz obr. 26): - Model 222 – 230 TERMU - vstupní signál z termočlánku typu K - výstupní signál z převodníku od 4 do 20mA - měřící rozsah pro typ K 0 až +100, 200, 600, 900 nebo 1200°C - chyby základní 0,1% hysterze 0,02% opakovatelnost 0,02% linearita 0,05% - teplotní závislosti chyba nuly 0,15%/10K chyba rozpětí 0,1%/10K max. chyba 0,2%/10K - provozní teplota okolí od 0°C do +70°C - použitý měřící rozsah od 0°C do 100°C - viz lit. 11 Převodník pro PT100 (viz obr. 26): - Model 222 – 224 PtTI - pro převod signálu z odporových vysílačů teploty Pt 100 na normalizovaný proudový výstup 4 až 20mA - měřící rozsah -200 až +650°C -50 až +150 nebo +50°C 0 až +50, 100, 120, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700 nebo +850 °C +300 až +600°C - chyby základní 0,1% hysterze 0,02% opakovatelnost 0,015% linearita 0,08% - teplotní závislosti chyba nuly 0,15%/10K (pro rozsah 0 až 100°C) chyba rozpětí 0,1%/10K (pro rozsah 0 až 100°C) max. chyba 0,2%/10K (pro rozsah 0 až 100°C) - provozní teplota okolí od 0°C do +70°C - použitý měřící rozsah od 0°C do 100°C - viz lit. 11


Obr. 26 Zařízení s převodníky Měřící karta ADVANTECH série PCL-818L: - rozlišení 12bit - vzorkovací kmitočet 40kHz max. - počet kanálů 16 normálních, 8 diferenčních - přesnost ±0,01% (z rozsahu), ±1bit - napěťový rozsah max. -10V až +10V - viz lit. 10 Svorkovnice ADVANTECH PCLD-8115 (viz obr. 27): - k měřící kartě připojena pomocí kabelu PCL-10137

Obr. 27 Svorkovnice ADVANTECH PCLD-8115

Strana 35

Strana 36


Osobní počítač: - procesor Intel Celeron 467MHz - 192 MB RAM - pevný disk 6GB - jednotka CD-ROM - operační systém Microsoft Windows XP Professional, verze 2002, Service Pack 2 - aplikační software Control Web 5 SP8a 5.2

Návrh uspořádání použitých prostředků

Obr. 28 Blokové schéma zapojení pracoviště Signály z teploměrů jsou přivedeny na vstupy převodníků. Připojovací svorkovnice je vybavena snímačem teploty, jehož nelineární charakteristika se využívá ke kompenzaci studených konců teploměrů.

Obr. 29 Nádoba s vodou a použitými teploměry Výstupy z teploměrů jsou díky použitým převodníkům od 4 do 20mA v proudové smyčce. Pro použitou napěťovou kartu je vhodný napěťový signál nejlépe 0 – 5V, toho lze docílit zapojením dle obr. 30 a vhodně zvolenou hodnotou zátěžného odporu.


Strana 37

Obr. 30 Schéma zapojení převodníků s výstupy 0 - 5V Na obr. 30 je schéma zapojení převodníků a odporů pro dosažení úbytků 0 – 5V. Výpočet vhodného elektrického odporu pro docílení úbytků napětí 0 – 5V: R = U/I = 5(V)/ 0,02(A) = 250Ω Kde:

R…žádaná hodnota doporu(Ω) U…napěťový rozsah (V) I…rozsah výstupního signálu (mA)

K měřící kartě ADVANTECH PCL-818L je připojena svorkovnice ADVANTECH PCLD-8115 pomocí kabelu PCL-10137. Měřící karta je součástí osobního počítače, který je po softwarové stránce vybaven operačním systémem Windows XP, nad kterým pracuje aplikační prostředí Control Web verze 5. V aplikaci Control Web probíhá samotné měření (načítání úbytků napětí od odporů), výpočet teplot, zobrazování a tiskový výstup.

Strana 38


METODIKA PRÁCE S NAVRŽENOU ÚLOHOU

Strana 39

6 METODIKA PRÁCE S NAVRŽENOU ÚLOHOU Pomocí vývojového prostředí Control web byl vytvořen pracovní formulář pro obsluhu laboratorní úlohy. Při vytváření se dbalo zejména na přehlednost, názornost a co nejjednodušší ovladatelnost. Laboratorní úloha je funkční, aplikace nehlásí chyby. K tomu přispívá skutečnost, že teplota je pomalejší veličinou a zejména jednoduchost úlohy. Proto na zpracování teploty postačuje i méně výkonný osobní počítač, který máme k dispozici. 6.1

Popis navrhnutého pracovního formuláře

Pracovní formulář je vlastně panel s přístroji, které nabízí prostředí Control Web, pomocí nichž zobrazujeme požadované údaje.

Obr. 31 Návrh pracovního formuláře 1) přístroj string_control slouží k zadávání identifikačních hodnot, které se poté přepíší do přístroje table 2) přístroje label je využito jako řídícího prvku, při stisku myši se provede příslušná operace 3) přístroj table je napojen na tabulku aplikace InCalc a zajišťuje zápis naměřených hodnot, zpracování a grafické vyobrazení 4) přístroj thermometer zobrazuje teplotu jako orientační měřidlo 5) přístroj meter zobrazuje hodnotu teploty v číselném tvaru, kterou získává přepočtením z el. napětí dle vztahů uvedeních v kapitole 6.2

Strana 40

METODIKA PRÁCE S NAVRŽENOU ÚLOHOU

V aplikaci je zahrnuto použití dvou kanálů typu real pro načítání dat z měřící karty, stringové proměnné pro načtení a zápis identifikačních hodnot do přístroje table a výrazů pro přepočet el. napětí na teplotu v °C. Propojení přístrojů docílíme nastavením jejich vlastností in_put - vstup, out_put - výstup, expression - výraz. 6.2

Nastavení převodníků

Ideální odpor v převodníku na hodnotu 250Ω se použitím sériového zapojení odporů 220Ω a 30Ω nepodařilo složit. Vlivem tolerancí byla dosažena hodnota cca 260Ω. Z tohoto důvodu bylo nutno využít kalibrace. V 10ti opakovaných měřeních byly aritmetickým průměrem získány následující pracovní body: Teplota 16°C 90°C

napětí termočlánek 1,81V 4,75V

napětí PT 100 1,78V 4,68V

Z těchto bodů sestavíme rovnice a odvodíme převodový vztah z naměřeného napětí na teplou. Pro termočlánek: 4,75 = 90x + A 1,81 = 16x + A x = (1,81 – A)/16 4,75 = (1,81 – A)90/16 4,75 = 10,118 – 5,59A +A A = 5,368/4,59 = 1,1695 x = (1,81 – 1,1695)/16 = 0,0398 Převodový vztah vyšel: U = 1,1695 + 0,0398t t = (U – 1,1695)/0,0398 Pro PT 100: ..do rovnic dosadíme napětí od PT100 a dostaneme převodový vztah: U = 1,14815 + 0,03925t t = (U – 1,14815)/0,03925

VZOROVÉ MĚŘENÍ

Strana 41

7 VZOROVÉ MĚŘENÍ Vzorové měření je popsáno formou návodu do cvičení: Název úlohy Měření teploty – statické charakteristiky s podporou osobního PC Úkol Proveďte měření statické charakteristiky termočlánku a teploměru PT 100, pro srovnání použijte přesného kapalinového teploměru a předem připravené aplikace v prostředí Control Web na osobním PC. Seznam přístrojů - kádinka na vodu s míchačkou - kapalinový teploměr - elektrický ohřívač - termočlánek - teploměr PT 100 - převodník teplot - svorkovnice - osobní PC + měřící karta + software Control Web - tiskárna Zapojení pracoviště

Obr. 32 Schéma pracoviště

Strana 42

VZOROVÉ MĚŘENÍ

Návod 1) zapněte počítač 2) sestavte pracoviště dle schématu 3) spusťte aplikaci Control Web a otevřete soubor mereni_teploty.cw 4) vyplňte vstupní údaje a zapište je do protokolu stiskem tlačítka zapiš do protokolu 5) zahajte ohřev vody (stupeň ohřevu 3) 6) měření proveďte v rozsahu dle tabulky 20°C – 90°C 7) skutečnou teplotu odečítejte na kapalinovém teploměru 8) při dosažení jednotlivých teplot zapisujte teploty z teploměrů do protokolu stiskem tlačítka zapiš hodnoty 9) po zapsání všech požadovaných hodnot vytiskněte protokol stiskem tlačítka vytiskni protokol 10) aplikaci ukončete tlačítkem ukonči program Doporučení: nutno napustit studenou vodu o teplotě nižší než 20°C teploměry by neměly ležet na dně nádoby s vodou měření proveďte za stálého míchání stupně ohřívače zesilujte podle tabulky Dosažená teplota (°C) Zesilte na stupeň -

30 3,5

40 4

50 4,5

při dodržení těchto zásad dosáhnete přesnějšího měření

Obr. 33 Náhled puštěné aplikace

60 5

70 5,5

80 max

VZOROVÉ MĚŘENÍ

Strana 43

Protokol z měření

Obr. 34 Protokol Závěr Měření prokázalo postačující shodu (rozdíl nepřesahuje 3°C) mezi údaji z přesného teploměru a indikovanými hodnotami termočlánkem a teploměrem PT 100. Rozdíl mezi skutečnou a naměřenými hodnotami je možné snížit přesnější kalibrací.

Strana 44

VZOROVÉ MĚŘENÍ

ZHODNOCENÍ

Strana 45

8 ZHODNOCENÍ Cílem této bakalářské práce bylo rozšířit laboratorní úlohu, kterou absolvují studenti prezenčního bakalářského studia v 5. semestru v předmětu Technická měření. Rozšíření úlohy po technické stránce si vyžadovalo úpravu softwarové aplikace, ve které se měření na počítači provádí. Úprava softwarové aplikace s sebou nesla požadavek na zvládnutí vývojového prostředí Control Web, které bylo pro vytvoření aplikace použito. Při realizaci bylo využito prostředkového vybavení laboratoře. S požadavkem na minimální finanční náročnost při nákupu případných chybějících komponentů. Naměřené výsledky dokazují, že úloha je plně funkční a že bude zajisté přínosem pro výuku Technická měření. Do budoucnosti bych navrhoval místo přesného dilatačního teploměru použít nějaký přesný snímač a tuto hodnotu bych přivedl na kanál karty a tuto relativně nejpřesnější hodnotu bych zobrazoval přímo v prostředí Control web.

Strana 46

ZHODNOCENÍ

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

Strana 47

9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

[ 10 ] [ 11 ]

Krejdl M.: Měření teploty. Brno : BEN, 2005 Sládek, Z.; - Vdoleček, F.: Technická měření. Skriptum VUT. Brno, nakladatelství VUT 1992 Metrologie v Kostce. [online]. [citováno 25. 05. 2006]. Dostupné z WWW: www.cmi.cz Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Teploměr [online]. c2006 [citováno 25. 05. 2006]. Dostupný z WWW: http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Teplom%C4%9Br&oldid=501002 Hloušek, M. Qtest [online]. [citováno 25. 05. 2006]. Dostupné z WWW: http://www.qtest.cz/Bezdotykove_teplomery/sides/princip.htm Moravské přístroje. [online]. [citováno 25. 05. 2006]. Dostupné z WWW: www.mmi.cz National Instruments. [online]. [citováno 25. 05. 2006]. Dostupné z WWW: www.ni.com/labview/ FLIR Systems.[online]. [citováno 25. 05. 2006]. Dostupné z WWW: www.tmvss.cz/flir/termovize/cm.html Vojáček, A. Automatizace [online]. 2006, březen. [citováno 25. 05. 2006]. Dostupné z WWW: http://automatizace.hw.cz/view.php?cisloclanku=2006032701, http://automatizace.hw.cz/view.php?cisloclanku=2006032901 Firemní literatura ADVANTECH Firemní literatura HIT

Strana 48

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

PŘÍLOHY

10 PŘÍLOHY 10.1 CD-ROM 10.2 Vzorový protokol

Strana 49

Bakalářská práce. Měření teploty

Recommend Documents