Termisztor és termoelem jelleggörbéjének felvétele



Hasonló dokumentumok
Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

Hőmérséklet mérése Termisztor és termoelem hitelesítése

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

Mérési hibák

Méréselmélet és mérőrendszerek 2. ELŐADÁS (1. RÉSZ)

Mérés és adatgyűjtés

Hőmérséklet mérése Termisztor és termoelem hitelesítése

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul

Fizika gyakorlatok, 2. félév. Termodinamika

Elektrokémia Kiegészítés a praktikumhoz Elektrokémiai cella, Kapocsfeszültség, Elektródpotenciál, Elektromotoros erı.

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Kiegészítő tudnivalók a fizikai mérésekhez

Ellenállásmérés Wheatstone híddal

Méréselmélet és mérőrendszerek

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Biomatematika 12. Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Kar. Fodor János

Félvezetk vizsgálata

Zener dióda karakterisztikáinak hőmérsékletfüggése

Függvények Megoldások

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

4. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELEM

Csoportmódszer Függvények I. (rövidített változat) Kiss Károly

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Peltier-elemek vizsgálata

Statisztika I. 12. előadás. Előadó: Dr. Ertsey Imre

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Tevékenység: Követelmények:

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

ELLENÁLLÁSOK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE. Az ellenállások, de általában minden villamos vezetőanyag fajlagos ellenállása 20 o

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

A mérések általános és alapvető metrológiai fogalmai és definíciói. Mérések, mérési eredmények, mérési bizonytalanság. mérés. mérési elv

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

Modern fizika laboratórium

2. Hőmérséklet érzékelők vizsgálata, hitelesítése folyadékos hőmérő felhasználásával.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

A hımérséklet a levegı fizikai állapotának egyik alapvetı termodinamikai jellemzıje. Mérését a következı körülmények teszik lehetıvé: A testek

2. Rugalmas állandók mérése

Numerikus integrálás

Abszolútértékes egyenlôtlenségek

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

3. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

SCHWARTZ 2012 Emlékverseny

Fázisátalakulások vizsgálata

függvény grafikonja milyen transzformációkkal származtatható az f0 : R R, f0(

TERMOELEM-HİMÉRİK (Elméleti összefoglaló)

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

Méréstechnikai alapfogalmak

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK

Rácsvonalak parancsot. Válasszuk az Elsődleges függőleges rácsvonalak parancs Segédrácsok parancsát!

3. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELLENÁLLÁS

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

A Föld középpontja felé szabadon eső test sebessége növekszik, azaz, a

Ón-ólom rendszer fázisdiagramjának megszerkesztése lehűlési görbék alapján

17/1. Négypólusok átviteli függvényének ábrázolása. Nyquist diagram.

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

Ohm törvénye. A mérés célkitűzései: Ohm törvényének igazolása mérésekkel.

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Kérdések. Sorolja fel a PC vezérlések típusait! (angol rövidítés + angol név + magyar név) (4*0,5p + 4*1p + 4*1p)

FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

23. Indikátorok disszociációs állandójának meghatározása spektrofotometriásan

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Biometria az orvosi gyakorlatban. Korrelációszámítás, regresszió

Vízóra minıségellenırzés H4

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Hozzárendelés, lineáris függvény

D/A konverter statikus hibáinak mérése

FIZIKA II. Egyenáram. Dr. Seres István

19. A fényelektromos jelenségek vizsgálata

A mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

3. Az Sn-Pb ötvözetek termikus analízise, fázisdiagram megszerkesztése. Előkészítő előadás

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Mőködési elv alapján. Alkalmazás szerint. Folyadéktöltéső nyomásmérık Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérık. Manométerek Barométerek Vákuummérık

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

A mérési eredmény megadása

Hozzárendelések. A és B halmaz között hozzárendelést létesítünk, ha megadjuk, hogy az A halmaz egyes elemeihez melyik B-ben lévő elemet rendeltük.

HŐMÉRSÉKLET MÉRÉS I. Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás. 2010/2011.BSc.II.évf.

FÜGGVÉNYEK. A derékszögű koordináta-rendszer

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Tartalomjegyzék. Tartalomjegyzék Valós változós valós értékű függvények... 2

Analóg-digitál átalakítók (A/D konverterek)

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérés megnevezése: Potenciométerek, huzalellenállások és ellenállás-hőmérők felépítésének és működésének gyakorlati vizsgálata

Fázisátalakulások vizsgálata

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

Szá molá si feládáttí pusok á Ko zgázdásá gtán I. (BMEGT30A003) tá rgy zá rthelyi dolgozátá hoz

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

Trigonometria Megoldások. 1) Oldja meg a következő egyenletet a valós számok halmazán! (12 pont) Megoldás:

Ellenáramú hőcserélő

Átírás:

ermisztor és termoelem jelleggörbéjének felvétele Hımérıként használható bármely fizikai jelenség, pl. kereszteffektus (ismert pontosságú) Gázhımérı: térfogati hıtágulási együttható Folyadékhımérı: vonalmenti (lineáris) hıtágulási együttható Bimetál: szilárd anyagok (fémek) vonalmenti hıtágulási együtthatója Osszsugárzásmérı pirométer Színüket változtató festékek Hımérsékletre lágyuló mőanyagok, szilikátok és persze villamos hımérık Ellenálláshımérı Angol elnevezésük Resistance emperature Detector, RD: A fémek elektromos ellenállása növekszik, ha a hımérsékletük nı. Ha 0 hımérsékleten az ellenállás R 0, akkor hımérsékleten az ellenállás 3 n R = R0 [ + α( 0 ) + α ( 0 ) + α3( 0 ) +... + α n ( 0 ) ] ahol α, α, α 3 α n az ellenállás hımérsékleti tényezıi. Ha ismert hımérsékleteken megmérjük az ellenállás értékét, akkor a kapott értékpárokra illesztett görbébıl meghatározhatóak a hımérsékleti tényezık. A gyakorlatban elterjedt a Pt00 ellenálláshımérı, amely platina huzalból áll, és amelynek ellenállása 0 C-on R 0 = 00 ohm. Viszonylag kis hımérsékleti tartományban ennek az ellenállás hımérınek az ellenállása a következı kifejezéssel írható le R = R( + αt C ) Ha a 0 C-ot használjuk kezdıpontnak, akkor az abszolút hımérséklet helyett a celziusz fokban mér hımérséklet írható. Az iparban használatos még a nikkel ellenállás-hımérı is. Ennek karakterisztikája erısebben eltér a lineáristól, ezért figyelembe szokás venni a másodfokú tagot is. ülföldön réz és nikkel ellenálláshımérıket is használnak; a platinát Pt00, Pt500, Pt000 formában is ismerik. A hımérsékleti érzékenységét az Egyesült Államokban 0,00396 Ω/, Európában IEC és DIN szerint 0,00385 Ω/ értékkel számítják. ermisztorok A termisztor félvezetı anyagból készül. Ellenállása rohamosan csökken a hımérséklet emelkedésével, ugyanis a hımérséklet növekedésével a vegyértéksávból egyre több elektron kerül a vezetési sávba. A hımérséklet-függés általános jele P, vagy N. anszékünkön csak N (Ngative mperature Cefficient, negatív hımérsékleti együtthatójú) termisztorok vannak. A termisztor ellenállása bizonyos hımérsékleti tartományban a hımérséklet függvényében: H B R R R e m = 0 = R0e Itt H az elektronok kicserélıdési entalpiája (elvileg J/mol lenne, de gyakran elemi egységre adják meg, ilyenkor J/db a mértékegysége). R m az általános gázállandó, vagy a k B Boltzmann-állandó; a H mértékegységétıl függıen E kettıt helyettesíti a termisztor energiaállandója, B R 0 értékét vagy a szobahımérsékletre, vagy 0 C-ra definiálják.

A fenti összefüggés logaritmusát véve: lnr = lnr + 0 B Ha különbözı hımérsékleten mérjük a termisztor ellenállását, és az összetartozó lnr i és / i értékpárokat ábrázoljuk, akkor egyenest kell kapnunk. A mért pontokra illesztett egyenes meredeksége megadja B állandó értékét, az egyenes konstans tagjából pedig az R 0 értéke számítható. A termisztor érzékenységét, azaz mekkora ellenállás különbség tartozik egy C-os (egy kelvines) hımérsékletváltozáshoz, az R() görbe szerinti differenciálhányadosa adja meg: dr = R0e B d A termisztorok bizonyos hımérsékleti tartományban metrológiai érzékenysége nagyobb, mint az ellenállás hımérıké, azaz egy C hımérséklet-változás hatására nagyobb ellenállás változást adnak a termisztorok, mint az ellenállás-hımérık. R ermisztor ellenállás hımérséklet-függésének felvétele A termisztor ellenállását digitális mérımőszerrel mérjük. A különbözı hımérsékleteket termosztát segítségével állítjuk be. Szobahımérsékletrıl indulva a hımérsékletet kb. 60 C-ig növeljük 5 C-onként. A termisztort a termosztát vízfürdıjébe helyezve minden egyes beállított t hımérsékleten megmérjük a termisztor R i ellenállását. A mérési adatokat táblázatba foglaljuk. A C-ban mért hımérsékleteket átszámítjuk -be. iszámítjuk az / értékeket. A megmért ellenállásokat átszámítjuk ohm-ba. ermisztor jelleggörbéje 300k 00k 00k 50k 0,0038 0 0 0 30 40 50C 0,0036 0,0034 hımérséklet reciproka 0,003 3,5,5 0,5 0 0,0030 ellenállás logaritmusa Ábrázoljuk az ln R i értékeket (függıleges tengely) az / i függvényében (vízszintes tengely). A kapott pontokra regressziós egyenest illesztünk. Legalább hat tizedesjegyig kell számolni az egyes értékekkel, mivel az / értékek 0-3 nagyságrendőek, az lnr értékek pedig 0-es nagyságrendőek. A regressziós egyenes meredeksége megadja a B állandót, a konstans tagból pedig az R 0 értéke számítható. A számításnál ügyelni kell a reciprok érték függvény helyes használatára. Vegyük fel példaképpen a regressziós egyenes adatait (egy tavaly mért termisztor alapján). A meredekség azonos az energiaállandóval, B=498. A tengelymetszet nem a nullához tartozik, hanem a végtelen hımérsékletre számított ellenállás logaritmusa. Esetünkben -,97. Írjuk be a függvénybe a nulla celziusz fok értékét kelvinben, mert így kapjuk az R 0 értékét.

3 Vonatkoztatási hımérsékletként más adat is megadható, például a szobahımérséklet. A fenti egyenletben a víz fagyáspontját használtuk vonatkoztatási adatként. Ez a termisztorok esetén általánosan elfogadott érték. Minden egyes értékhez kiszámítjuk a B (érzékenység) értéket is. Ügyeljünk ezek mértékegységére! Steinhart Hart-egyenlet A Steinhart Hart-egyenlet számítása nem kötelezı. A gyakorlatvezetı egyetértésével szorgalmi feladatként elvégezhetı. = a + b ln R + c( ln R) 3 (a hımérsékletet kelvinben, az ellenállást ohmban mérjük) A három konstans kiszámítása legalább három adat ismeretét feltételezi. Feszültségmérésen alapuló módszerek ermoelemek A termoelemek (angolul hemocouple) azon a kísérleti tapasztalaton alapulnak, hogy ha két fém szorosan érintkezik egymással, azaz a két elektron felhı érintkezik egymással (0-0 m), akkor az egyik fémbıl elektronok mennek át a másik fémbe, és így az érintkezés helyén potenciálkülönbség jön létre. Ez az ún. érintkezési feszültség függ a hımérséklettıl. Ezt a jelenséget felfedezıjérıl SEEBEC-hatásnak nevezzük. A termoelem két fémhuzalból készült hımérı eszköz. Az A és B fémhuzalt összeforrasztjuk az és pontban Az egyik érintkezési pontot hımérséklető helyre, a másik érintkezési pontot hımérséklető helyre tesszük. A feszültségmérı a két pont közötti hımérséklet különbségtıl függı feszültségértéket, mutat: ( ) + α ( ) +... + α ( ) n U = α n Az α, α, α n az ún. SEEBEC-együtthatók. Ha nagy a hımérsékletkülönbség, akkor az U a hımérsékletkülönbség magasabb hatványaitól is függ. Amennyiben a az olvadó jég és víz keveréke, akkor a - hımérsékletkülönbség éppen a hımérséklet Celsius fokban mért hımérséklete, t. Ekkor a mért feszültség U=α t+α t Ha hitelesítéssel meghatározzuk az α, α SEEBEC-együtthatókat, akkor a mért feszültség értékébıl megkapjuk a t értékét. A termoelem elınye, hogy kis mérető (egy forrasztási pont), hıkapacitása kicsi, így gyorsan felveszi a mérni kívánt közeg hımérsékletét. Hátránya, hogy a mért feszültség kicsi; C hımérsékletkülönbségnél mindössze kb. 40-50 µv; ezért érzékeny feszültségmérı szükséges.

4 ermoelem hımérséklet feszültség jelleggörbéjének felvétele Vonatkoztatási hımérsékletnek olvadó jég és víz keverékét vesszük (0 C). A termoelem egyik érintkezési pontját ebbe helyezzük bele. A másik érintkezési pontot egy termosztát vízfürdıjébe helyezzük, amelynek hımérsékletét pontosan be tudjuk állítani. Ez lesz a t értéke. A termofeszültséget mérjük voltmérıvel. Ne állítsunk olyan hımérsékletet, amely 5-nek egészszámú többszöröse, mert a statisztikai kiértékelésnél nemkívánatos effektust okoz (a folytonos értékkészletet diszkrét értékekké konvertálja). Javasoljuk pl. a 3 C, 9 C, 3 C, stb. értékeket Az összetartozó U i t i értékeket ábrázoljuk, vízszintes tengelyen a hımérsékletet, a függılegesen a termofeszültséget. Ha nem túl nagy a hımérsékletkülönbség a két érintkezési pont között, akkor elegendı az U=α t összefüggés alapján egyenest illeszteni a mért pontokra. A mért pontokra kapott regressziós egyenes meredeksége megadja az α értékét. A mérési gyakorlatokon általában típusú réz konstantán hıelemeket használunk. Ennél szobahımérsékleten a termofeszültség kb. lehet. Érzékenysége kb. 43 µv/. A típus betőjelét az IS-90 (International emperature Scale 990), illetve az IEC 584- (International Electrotechnical Commission) szerint adjuk meg. Az angol szóhasználat: EP = hermo Electric Power = SEEBEC-állandó EMF = ElectroMotive Force = termofeszültség (hibás fordítása: elektromotoros erı). Hıelemes mérés A mérés megkezdése elıtt készítsük el a táblázatot, amelybe be lehet írni a leolvasott értékeket. Nulla Celsius fokhoz nem mért, hanem számított eredményt írunk be. Erre a célra hagyjuk üresen az elsı sort. Ez növeli az eredmények áttekinthetıségét. A termofeszültség értéke a réz-konstantán hıelem esetén várhatóan a millivolt nagyságrendjébe esik. Például: hımérséklet termofeszültség C 0 73,5 3, 96,35 0,93 64,5 337,65,65 A termosztát hımérsékletét kb. 5 fokonként emeljük minden leolvasásnál. A lépésköz ne legyen pontosan 5 fok, mert téves eredményt kapunk a hıelem érzékenységére (a mérımőszer várhatóan nem teszi lehetıvé a század millivoltok leolvasását). Nyolc-kilenc mérési adat 0 és 60 fok között már elfogadható eredményt nyújt. Illesszünk lineáris regressziót a mérési eredményekre! Ennek két változata van.. A fizikai alapok értelmében nulla a termofeszültség, ha a referencia hıelem olvadó jégben van, és a mérést végzı hıelem hımérséklete szintén nulla C. Ehhez a számítást úgy kell elvégezni, hogy a regressziós egyenes konstansa nulla, az ábrája pedig az origónál metszi a függıleges tengelyt... Méréstechnikai szempontból el kell fogadnunk azt, hogy minden mérést terhel valamekkora hiba; az elızıleg leírt feltétel nem teljesül. Ezt a jelenséget nullponthibának nevezzük. Ekkor nem kényszerítjük rá a regresszióra, hogy konstansa nulla legyen. A gyakorlatvezetı ismerteti a hallgatókkal, hogy melyik megoldást kell választaniuk. Ha a gyakorlatvezetı nem javasol erre megoldást, akkor a hallgatónak kell döntenie: melyik megoldást választja, és ezt indokolnia is kell. Réz-konstantán hıelemnél az alábbihoz hasonló eredményt kapunk:

5 U = 0, 048 0 0376, más formában jelölve:, U 0, 048 0, 0376 = (A elvinben mért hımérsékletkülönbség egyenlı a Celsius fokban mért hımérsékletkülönbséggel) Ebben a példaképpen szerepeltetett egyenletben tehát a termoelem érzékenysége 4,8 µv/ volt, a nullponthiba pedig 37,6 µv. Az ábra megrajzolásához két pontot kell kiszámítanunk (két pontra illeszthetı egyenes). Az egyik legyen a nulla C, a másik legyen valahol a mérések tartományának végén, például 55 C-nál: U = 0, 048 0 0, 0376 = -0,0376 U = 0, 048 55 0, 0376 =,99-0,03476 =,64 Az összefüggés ábrázolásához a vízszintes tengelyen válasszunk például -0 C és +70 C között akkora hosszúságot, mint a papír szélessége. Ebbe a 0 C és a 64,5 C bizonyosan belefér. A függıleges tengelyre férjenek rá a termofeszültségek -0,5 és 3,0 között; ebbe a mért értékek jól láthatóan beleférnek (nyolc osztásjel; az elsı a -0,5, az utolsó a 3,0 ). Az eredményeket ellenıriznünk kell a tanszék által kiadott táblázat adataival. Ezek természetesen nem egyeznek pontosan, de a durva számítási hibák hamar észrevehetıek. Szorgalmi feladat étféle összehasonlításra van lehetıségünk: eredményeinket vagy a közelítı függvény, vagy a nemzetközileg elfogadott adatokkal vetjük össze. Például, a hallgatói mérésbıl származó közelítı függvénnyel számítva célszerő az eredmények táblázatát a következıképpen elkészíteni. hımérséklet termofeszültség C mért számított eltérés 0,0 73,5-0,04 3, 96,35 0,9 0,93-0,0 8,9 30,05,4,7 0,03 34,8 307,95,44,4-0,0 64,5 337,65,64,65 0,0 Az eltérések jelzik a mérés jóságát (a precizitás értékét), ezek szórásából számítjuk a mérési bizonytalanság értékét. Amennyiben a mérési eredményeinket az IS-90 szerinti táblázatnak a típusú hıelem szerint illesztjük, akkor nem a precizitás, hanem a pontosság értékét kapjuk. Adatok: http://instrumentation-central.com/echnotes/ypeablec.pdf http://srdata.nist.gov/its90/download/type_t.tab Feladatok. A kiadott termisztor hitelesítése; B, R 0, és B értékek meghatározása, az ábra elkészítése.. A kiadott termoelem hitelesítése, α érték meghatározása. Az említett módon ábra elkészítése.