A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)
Vypracoval : Martin Dlouhý Osobní číslo : A08B0268P
A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu 1. Zadání 1. Změřte závislost elektrického odporu na teplotě pro neznámé teplotně závislé součástky značené A,B,C,D a E 2. U platinového čidla Pt100 vypočtěte ze vztahu RT = R0 ⋅ (1 + α ⋅ ∆ t ) teplotní součinitel odporu α ° C − 1 3. Sestrojte graf závislosti odporů snímačů na teplotě R = f ( t ) . Všechny charakteristiky RT =1 vycházejí z jednoho společného bodu R0 2. Z přiložených datasheetů určete určete k jakému písmenu přísluší který senzor teploty. Mezi senzory se vyskytují: kovové odporové čidlo Pt100 a termistory K164NE100, KTY83-120, SENSOR PTC MOTOR 80°C a NTC 2.2K3A3591
[
]
3. Postup měření
Nejdříve všechny teploměry vložíme do ledové lázně, kde získáme hodnotu R0 . Po tomto úkonu vložíme do ultratermostatu, ve kterém je olejová lázeň. Pomocí regulačního teploměru postuně zvyšujeme teplotu až na 85°C a pro určité teploty zapíšeme hodnoty.
4. Teoretický úvod Odporové teploměry, také se nazývají odporové teplotní detektory (RTD) jsou teplotní senzory které využívají předvídatelnou změnu elektrického odporu v některých materiálech se změnou teploty. Jsou téměř vždy zhotoveny s platiny a často se nazývají platinové odporové teploměry (PRTs). Tyto teploměry jsou pomalu nahrazovány v mnoha průmyslových aplikacích tepelnými články. Dělíme : • Vrstvové teploměry Vrstvové teploměry mají vrstvu platiny na substrátu tato vrstva muže být extrémně tenká třeba až 1 mikrometr.Výhody toho typu teploměru jsou relativně nízká cena a dynamičnost.Podobná zařízení se zlepšeným výkonem mají problémy se stabilitou (tenzometrický efekt) je to dáno rozdílným rozdělením platiny a substrátu. • Teploměry s krouceným drátem Teploměry s krouceným drátem mohou mít větší přesnost zvláště kde je široký teplotní rozsah. Svinutý průměr nám poskytuje dobrý kompromis mezi mechanickou stabilitou a dovoluje nám snižovat napětí v drátech na minimum a snižovat následnou odchylku. Princip Odporové teploměry jsou konstruovány v číselných řadách. Nabízejí velikou stabilitu, přesnost a zaměnitelnost v některých případech termočlánku. Zatím co termočlánky využívají termoelektrický jev k vytváření napětí, odporové teploměry využívají elektrický odpor a vyžadují malí energetický zdroj ke svému chodu. Ideální odpor se mění lineárně s teplotou. Odporové termočlánky se obvykle dělají za použití platiny (protože mají lineární vztah mezi teplotou a odporem a jsou chemicky netečné). Platinové čidlo potřebuje byt zapouzdrované aby se neznečistilo okolím.Platinový drát nebo vrstva jsou podporovány takový způsobem že nám dávají jen minimální rozdíly v růstu ¨nebo v jiných tendencích, to jest že jsou z určitého důvodu odolné k vibracím.
5. Schéma
6. Naměřené hodnoty T[°C] V ledu (0) pokoj. Tep 37 44 50 55 60 65 70 75 80
R1 []
R2 []
182,3 117,8 68,8 54,1 35 27 26 22 21 22 20
103,4 109 115,2 117,9 121 125,6 125,8 120,9 130 131,5 131,26
R3 [] 72,3 66,78 66,69 70,7 81,16 96,12 116,48 186,5 271,8 402,8 1541
R4 [] 886,4 956 1093,9 1158 1233 1271 1301,7 1358 1393 1432 1482
U platinového teploměru spočtu příslušné hodnoty. Za odporový teploměr PT100 (což nám říká, že při 0°C má odpor 100 ) považuji teploměr R2 neboť při 0°C má 103,4 . Vycházím ze vzorce RT = R0 ⋅ (1 + α ⋅ ∆ t ) , do kterého dosadím hodnoty co znám a spočtu 101,5=109 1− 24 , kde hodnotu 101,5 získám pomocí regresní přímky v grafu. Po několika malých úpravách dojdeme k výsledku =0,003[° C −1 ]
Závislost odporu teploměrů na teplotě R1
R2
R3
R4
8000 7000 6000
4000 3000 2000 1000 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
T[°C]
Odporový teploměr R1- závislost odporu na teplotě 200 180 160 140 120
R[Ohm]
R[Ohm]
5000
100 80 60 40 20 0 0
10
20
30
40
T[°C]
50
60
70
80
90
90
Odporový teploměr R2- závislost odporu na teplotě 160 140 120
R[Ohm]
100 80 60 40 20 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
T[°C]
Odporový teploměr R3- závislost odporu na teplotě 8000 7000 6000
R[Ohm]
5000 4000 3000 2000 1000 0 0
10
20
30
40
T[°C]
Z grafů mohu příci že : R1 je K164NE100 R2 je Pt100 R3 je PTC MOTOR 80°C R4 je KTY83-120
50
60
70
80
90
Odporový teploměr R4- závislost odporu na teplotě 1800 1600 1400
R[Ohm]
1200 1000 800 600 400 200 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
T[°C]
7. Prostředí teplota: 23°C vlhkost: 50% Tlak: 743 mmHg
8. Závěr Díky tomuto měření jsem si přiblížil chování některých odporových teploměrů. V průběhu měření nebyla způsobena žádná chyba, pokud nebyly snímače v olejové lázni moc blízko topného tělesa, a tak mohu říci, že se průběhy podobají reálným průběhům.
9. Použité přístroje • •
•
Ultratermostat 02889 multimetr ◦ 17684 ◦ 178080 ◦ 126695 ◦ 126094 teplotní čidla
B:Měření teploty totálním pyrometrem 1. Zadání Proveďte cejchování totálního pyrometru
2. Postup měření Nastavte teplotu vyhřívání měřeného objektu. Během ohřívání dodržujte zaměření pyrometrů na měřící místo. Z obou snímačů teploty odečítejte měřené hodnoty a zapisujte je do tabulky. Hodnoty získané infračerveným teploměrem jsou korigovány emisivitou ε . Emisivitu jsme nastavili na 0,7 ( emisivita oceli).
3. Teoretický úvod Pyrometry jsou bezdotykové teploměry, které určují teplotu měřeného tělesa z teplotního záření. Všechny formy hmoty vyzařují při teplotách vyšších než je absolutní nula tepelné záření ve viditelném i neviditelném pásmu spektra. Intenzita tohoto záření odpovídá teplotě hmoty. Příčinou tohoto záření je vnitřní mechanický pohyb molekul, jehož intenzita závisí právě na teplotě objektu. Protože pohyb molekul představuje přemísťování náboje, je vyzařováno elektromagnetické záření (fotonové částice). Toto záření se zachytává a vyhodnocuje právě pyrometrem. Pokud je měřený objekt chladnější než pyrometr, je zářivý tok záporný. To znamená, že pyrometr dodává sálavou energii objektu, což se také dá vyhodnocovat. Teoretickým základem, na kterém pyrometry fungují, je Stefanův-Boltzmannův zákon, pomocí kterého se vyjadřuje celková vyzářená energie za jednotku času z jednotkové plochy absolutně černého tělesa.
4. Schéma
5. Naměřené hodnoty T[°C] U[mV]
23,5 0
35 0,05
45 0,09
55 0,14
65 0,2
75 0,24
85 0,34
95 0,41
105 0,48
115 0,55
125 0,61
135 0,7
Graf závislosti napětí na teplotě 0,9 0,8 0,7
U[mV]
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
T[°C]
Po tomto měření jsme zapli otáčení válce a topení. Se 2 různými pyrometry jsme měřili teplotu v daných místech válce. 1 2 3
A 110 84 126 125 114 120
B 129 115 168 120 125 112
C 77 73 66 65 54 54
D 50 51 49 47 45 43
E 41 42 40 39 38 36
F 34 36 35 35 35 34
G 34 35 38 39 34 34
H 42 46 53 53 48 44
Po zprůměrování hodnot pro jednotlivá místa lze vidět kde byla topná spirála. Místa , kde je pravděpodobně spirála ( v tabulce barevně označeno).
1 2 3
A 97 125,5 117
B 122 144 118,5
C 75 65,5 54
D 50,5 48 44
E 41,5 39,5 37
F 35 35 34,5
G 34,5 38,5 34
H 44 53 46
145 0,78
6. Prostředí teplota: 23°C vlhkost: 50% Tlak: 743 mmHg
7. Závěr Závislost napětí baterie termočlánků na teplotě se jeví jako lineární. V druhé části lze vidět že pokud měříme různými pyrometry získáme různé hodnoty. Chyba ve druhé části mohla způsobena pohybem zaměřovače po válci, když jsme se snažili zaměřovací laser udržet na jednom místě, a proto se teplota mírně měnila.
8. Použité přístroje • • • •
válec pyrometr Raytek-Rayngar ST Testo 184949 multimetr 126694
