„Hőmérsékletérzékelők hitelesítése” változatai közötti eltérés

A Fizipedia wikiből
1. sor: 1. sor:
Szerkesztés alatt!
+
<wlatex>
 +
__TOC__
 +
 +
''A mérés célja:''
 +
 
 +
három elterjedten alkalmazott hőmérsékletérzékelő bemutatása:
 +
 
 +
-ellenállás-hőmérő (fém anyagú hőmérsékletfüggő ellenállás),
 +
 
 +
-termisztor (félvezető anyagú hőmérsékletfüggő ellenállás),
 +
 
 +
-termoelem.
 +
 
 +
 
 +
''Ennek érdekében:''
 +
 
 +
-ismertetjük az ellenállás-hőmérő, a termisztor és a hőelem működésének alapelvét, valamint az alkalmazásukkal kapcsolatos fontosabb tudnivalókat;
 +
 
 +
-kimérjük az érzékelőket jellemző ellenállás - hőmérséklet, ill. feszültség - hőmérséklet kapcsolatokat;
 +
 
 +
-meghatározzuk az érzékelők viselkedését leíró függvények paramétereit.
 +
 
 +
 
 +
==Elméleti összefoglaló==
 +
 
 +
Az anyagok jellemzői általában függenek a hőmérséklettől. Elvben bármely hőmérsékletfüggő tulajdonság felhasználható hőmérő készítésére. Ennek megfelelően a hőmérsékletmérő eszközök széles skáláját fejlesztették ki. A gyakorlat során a laboratóriumokban leggyakrabban használt hőmérők kerülnek bemutatásra: az ellenállás-hőmérő, a termisztor és a termoelem. Az előbbi kettőnél az elektromos ellenállás hőmérsékletfüggését használjuk ki, míg az utóbbinál termofeszültségét.
 +
 
 +
===Ellenállás-hőmérő ellenállásának hőmérsékletfüggése===
 +
 
 +
[[Fájl:ellenallas_homero.JPG|bélyegkép|180px|1.ábra]]
 +
 
 +
A fémes anyagok ellenállása az
 +
 
 +
{| width = "80%"
 +
|-
 +
| width = "10%" |
 +
| width = "80%" | <div class="texdisplay"><latex display >\[ R = R_{0} [ 1 + \alpha (T-T_{0})] \]</latex></div>
 +
| align = "right" | <span id="eq1"> (1) </span>
 +
|}
 +
 
 +
kifejezéssel közelíthető, ahol $ R $ és $ R_{0} $ a $ T $ ill. $ T_{0} $ hőmérsékletekhez tartozó ellenállás értékek, $ \alpha $ pedig az anyagtól függő hőmérsékleti tényező (1. ábra). $ R $, $ R_{0} $, $ T_{0} $ és $ \alpha $ ismeretében a hőmérséklet közvetlenül számítható.
 +
 
 +
===Termisztor ellenállásának hőmérsékletfüggése===
 +
 
 +
[[Fájl:Felvezeto_homero.jpg|bélyegkép|180px|2.ábra]]
 +
 
 +
A félvezető anyagok  ellenállása jól közelíthető az
 +
 
 +
{| width = "80%"
 +
|-
 +
| width = "10%" |
 +
| width = "80%" | <div class="texdisplay"><latex display >\[ R = A e^\frac{B}{T} \]</latex></div>
 +
| align = "right" | <span id="eq2"> (2) </span>
 +
|}
 +
 
 +
kifejezéssel (2. ábra), ahol $ A $ a $ T = \infty $ értékhez tartozó ún. maradékellenállás, és $ B > 0 $ a félvezető anyagára jellemző állandó ($ B = \Delta E / k $, ahol $ \Delta E $ a félvezető tiltott sáv szélessége, $ k $ pedig a Boltzmann-állandó).
 +
 
 +
A (2) kifejezés természetes alapú logaritmusát véve
 +
 
 +
 
 +
{| width = "100%"
 +
|-
 +
| width = "10%" |
 +
| width = "80%" | <div class="texdisplay"><latex display >\[ \textrm{ln} R = \textrm{ln} A + \frac{B}{T}. \]</latex></div>
 +
| align = "right" | <span id="eq3"> (3) </span>
 +
|}
 +
 
 +
Ha tehát a mért ellenállás értékek logaritmusát $ 1/T $ függvényében ábrázoljuk egyenest kapunk (2. a) és 2. b) ábra), melynek tengelymetszetéből ill. meredekségéből $ A $ és $ B $ meghatározható.
 +
 
 +
===Ellenállás-hőmérők és termisztorok összehasonlítása===
 +
 
 +
Az ellenállás-hőmérő és a termisztor ellenállása függ a hőmérséklettől. Az előbbi esetben az elektronok mozgékonyságának csökkenése miatt az ellenállás növekszik a hőmérséklettel. Ezzel szemben a termisztor ellenállása csökken, mivel a hőmérséklet emelkedésével nő a töltéshordozók koncentrációja. A két érzékelő jellemzőit az 1. táblázatban hasonlítjuk össze.
 +
 
 +
{| border="1"
 +
|+ 1. Táblázat
 +
! scope="col" | Tulajdonság
 +
! scope="col" | Ellenállás-hőmérő
 +
! scope="col" | Termisztor
 +
|-
 +
! scope="row" | Hőfoktényező
 +
| kicsi, $ ~10^{-3} \textrm{K}^{-1} $ || nagy, $ T $-függő
 +
|-
 +
! scope="row" | $ R $ $(20 $ $^\circ C)$
 +
| $ ~ 100 $  $\Omega $ || k$ \Omega $ nagyságrendű
 +
|-
 +
! scope="row" | Stabilitás
 +
| jó || gyengébb
 +
|-
 +
! scope="row" | Reprodukálhatóság
 +
| jó || gyengébb
 +
|-
 +
! scope="row" | Karakterisztika
 +
| lineáris || exponenciális
 +
|-
 +
! scope="row" | Tömeg
 +
| > termisztor || < ellenállás-hőmérő
 +
|-
 +
! scope="row" | Hőtehetetlenség
 +
| > termisztor || < ellenállás-hőmérő
 +
|-
 +
! scope="row" | Ár
 +
| > termisztor || < ellenállás-hőmérő
 +
|-
 +
! scope="row" | Hőmérséklet tartomány
 +
| -183-tól 630 $^\circ C$-ig || -60-tól 150 $^\circ C$-ig
 +
|-
 +
! scope="row" | Anyaga
 +
| Pt, Cu, Ni, ötvözetek || különféle félvezetők
 +
|}
 +
 
 +
===A hőelem (termoelem)===
 +
 
 +
Két különböző fém érintkezésekor a két fém között elektromos feszültség mérhető. Ez a feszültség az ún. kontaktpotenciál, melynek nagysága az érintkező fémek anyagi minőségétől és az érintkezési pont hőmérsékletétől függ.
 +
 
 +
[[Fájl:Termoelem.jpg|bélyegkép|180px|3.ábra]]
 +
 
 +
Ha a 3. ábrán látható kapcsolást három különböző [(1)-es, (2)-es, és (3)-as jelzésű] fémből alakítjuk ki, de minden pont azonos hőmérsékleten van, akkor a D és az E pontok között nem jelentkezik feszültség.
 +
Amennyiben valamelyik fém-fém átmenet (A, B vagy C pontok) hőmérséklete megváltozik, akkor D és E között feszültség mérhető, melynek értéke arányos a hőmérséklet változással. Tehát, ha az A átmenet hőmérsékletét kívánjuk mérni, akkor a másik két átmenet (B és C pont) hőmérsékletét állandó értéken – a hitelesítés hőmérsékletén – kell tartani, ekkor D és E között az A pont hőmérsékletének megváltozásával arányos feszültség mérhető. A többi pont hőmérsékletének állandó értéken tartása azért fontos, mert ellenkező esetben a fellépő kontaktpotenciál változások meghamisíthatják a mérést. Ezen nehézségeket a két összekapcsolt termoelemből álló ún. termopár (4. ábra) segítségével küszöbölhetjük ki.
 +
 
 +
[[Fájl:Termopar.jpg|bélyegkép|180px|4.ábra]]
 +
 
 +
A termopárt alkotó kontaktusok (B és C) az (1) és (2) anyagokat kötik össze, míg a (3) anyagból készült elvezető huzalok az A és a D pontokon kapcsolódnak a termopárhoz.
 +
Először a termopáron kialakuló feszültséggel - vagyis az A’ és D’ pontok között fellépő feszültséggel foglalkozunk [A’ és D’ az (1) anyagban, az A és D pontok közelében levő két pont]. Ha B és C hőmérséklete különböző, vagyis $ t_{x} = t_{0} + \Delta t $, akkor az A’ és D’ pontok között megjelenő feszültség arányos hőmérsékletkülönbséggel.
 +
 
 +
{| width = "80%"
 +
|-
 +
| width = "10%" |
 +
| width = "80%" | <div class="texdisplay"><latex display >\[  \begin{array}{rcl} U_{A^\prime B^\prime} &=& U_{12}(t_{0}+\Delta t)-U_{12}(t_{0}) \\ U_{A^\prime B^\prime} &=& \alpha_{12}\Delta t \end{array}\]</latex></div>
 +
| align = "right" | <span id="eq4> (4) </span>
 +
|}
 +
 
 +
ahol az indexben levő számok a termoelemet alkotó anyagokra utalnak, és kihasználtuk, hogy a szembe kapcsolt termoelemekre $ U_{21}(t) = -U_{12}(t) $. A lineáris közelítés szűk hőmérséklet-tartományban illetve kisebb pontossági igények esetén alkalmazható. Szélesebb hőmérsékleti intervallumban további állandók bevezetése szükséges:
 +
 
 +
 
 +
{| width = "100%"
 +
|-
 +
| width = "10%" |
 +
| width = "80%" | <div class="texdisplay"><latex display >\[ U_{A^\prime B^\prime} = \alpha_{12}\Delta t + \beta_{12}\Delta t^2 + ... \]</latex></div>
 +
| align = "right" | <span id="eq5> (5) </span>
 +
|}
 +
 
 +
A (4) összefüggés szerint a termopár kimenetén a B és C pontok közti hőmérsékletkülönbséggel arányos feszültség jelenik meg. Ha tehát hőmérőként kívánjuk használni, akkor az egyik átmenetet ismert hőmérsékleten kell tartani. A vonatkoztatási hőmérséklet általában 0 $^\circ C$, ami olvadó jég segítségével könnyen előállítható és tartható. (A pontosság növelése érdekében célszerű desztillált vízből készíteni a jeget.)
 +
Ennél a kapcsolásnál tehát a hőmérsékletmérés a B és a C pontoknál levő átmenetek segítségével történik. A mérőműszernél (E és F pontok), valamint az elvezető huzalok csatlakozási pontjainál (A és D) azonban elkerülhetetlenül további “járulékos” termoelemek alakulnak ki. Ezek – az A’ és D’ pontoktól a kijelzőig terjedő – ”járulékos” termoelemek páronként azonos anyagból állnak. [Például az A és a D pontokon az (1)-es és a (3) jelű anyagból.] Így a keletkezett termofeszültségek szembekapcsolódnak. Mérés közben tehát csak arra kell ügyelni hogy ezen átmeneteknek páronként (A-nak D-vel és E-nek F-el) azonos legyen a hőmérséklete. Ez a feltétel aránylag könnyen teljesíthető az átmenetek közötti jó termikus kapcsolattal. Pontos mérésnél figyelembe kell venni a termopár és a vezetékek ellenállásán eső feszültséget is. A feszültség kompenzációs módszerrel történő mérésénél ez a probléma elkerülhető.
 +
 
 +
==Hitelesítés==
 +
 
 +
A hitelesítés jelen esetben az érzékelők hőmérséklet - ellenállás ill. hőmérséklet – termofeszültség függvényeinek meghatározását jelenti. A mérésnél a hőmérséklet-érzékelőket olajjal töltött dupla falú üvegedénybe (hőcserélőbe) helyezzük egy-egy “hiteles” higanyos hőmérővel együtt (termopár esetében csak az egyik termoelem kerül olajfürdőbe, a másik víz-jég keverékbe merül). Az olajfürdő hőmérsékletét az üvegedény falában áramoltatott, termosztáttal szabályozott hőmérsékletű víz segítségével állítjuk be. A különböző eszközök hőtehetetlensége miatt fellépő hiba kiküszöbölése érdekében, állandósult hőmérsékleten (stacioner állapotban) végezzük a méréseket!
 +
Az olajfürdő hőmérsékletét és a megfelelő ellenállás ill. feszültség értékeket 5 $^\circ C$-ként olvassuk le! A méréseket a hőmérsékleti egyensúly beállta után végezzük, amit az ellenállás ill. feszültség időbeli állandósága jelez.
 +
Az ellenállásokat lehet [http://hu.wikipedia.org/wiki/Wheatstone-h%C3%ADd Wheatstone-híd]dal, a feszültségeket pedig kompenzációs módszerrel is mérni. A mérési gyakorlaton a méréseket digitális multiméterrel végezze!
 +
 
 +
==Mérési feladatok==
 +
 
 +
1. Állapítsa meg az ellenállás-hőmérő és a termisztor ellenállásának, valamint a hőelem termofeszültségének hőmérsékletfüggését a hőmérséklet növekedése közben! A méréseket multiméterrel végezze! A hőmérsékletet a szobahőmérséklettől kb. 60 $^\circ C$-ig változtassa!
 +
 
 +
2. Végezze el a feladatot csökkenő hőmérséklet mellett is!
 +
 
 +
3. Mérési eredményeit ábrázolja diagramon!
 +
 
 +
4. Az ellenállás-hőmérő és a termoelem vizsgálata során kapott mérési pontokra illesszen egyenest! Határozza meg az érzékelők paramétereit és adja meg hibájukat!
 +
 
 +
5. A termisztoron végzett mérés eredményeit ábrázolja $ \textrm{ln} R $  –  $ \frac{1}{T} $ formában! A kapott pontokra illesszen egyenest, határozza meg a termisztor A és B paramétereit és adja meg a hibájukat!
 +
 
 +
6. Mérje meg a hőelem belső ellenállását!
 +
A termoelem és a félvezető termoelem belső ellenállásához mérni kell
 +
 
 +
a) a termoelem üresjárati feszültségét ($ U_0 $)
 +
 
 +
b) a termoelem áramát egy ismert ellenálláson keresztül ($I$).
 +
 
 +
Ez az ismert ellenállás maga az árammérő is lehet, pl. 200 mA méréshatáron. Az árammérő ellenállását ($ R_A $, ami természetesen függ a méréshatártól) egy ellenállásmérő segítségével lehet megmérni. (Az ellenállásmérőt egyszerűen rákötjük a – természetesen más áramkörbe ezalatt be nem kötött –, megfelelő méréshatárra beállított árammérőre.)
 +
Ezután a termoelem $ R_b $ belső ellenállása a Kirchhoff-törvények alapján számolható.
 +
Vegye figyelembe a huzalok ellenállását is!

A lap 2012. február 10., 09:39-kori változata


Tartalomjegyzék


A mérés célja:

három elterjedten alkalmazott hőmérsékletérzékelő bemutatása:

-ellenállás-hőmérő (fém anyagú hőmérsékletfüggő ellenállás),

-termisztor (félvezető anyagú hőmérsékletfüggő ellenállás),

-termoelem.


Ennek érdekében:

-ismertetjük az ellenállás-hőmérő, a termisztor és a hőelem működésének alapelvét, valamint az alkalmazásukkal kapcsolatos fontosabb tudnivalókat;

-kimérjük az érzékelőket jellemző ellenállás - hőmérséklet, ill. feszültség - hőmérséklet kapcsolatokat;

-meghatározzuk az érzékelők viselkedését leíró függvények paramétereit.


Elméleti összefoglaló

Az anyagok jellemzői általában függenek a hőmérséklettől. Elvben bármely hőmérsékletfüggő tulajdonság felhasználható hőmérő készítésére. Ennek megfelelően a hőmérsékletmérő eszközök széles skáláját fejlesztették ki. A gyakorlat során a laboratóriumokban leggyakrabban használt hőmérők kerülnek bemutatásra: az ellenállás-hőmérő, a termisztor és a termoelem. Az előbbi kettőnél az elektromos ellenállás hőmérsékletfüggését használjuk ki, míg az utóbbinál termofeszültségét.

Ellenállás-hőmérő ellenállásának hőmérsékletfüggése

1.ábra

A fémes anyagok ellenállása az

\[ R = R_{0} [ 1 + \alpha (T-T_{0})] \]
(1)

kifejezéssel közelíthető, ahol \setbox0\hbox{$ R $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% és \setbox0\hbox{$ R_{0} $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% a \setbox0\hbox{$ T $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% ill. \setbox0\hbox{$ T_{0} $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% hőmérsékletekhez tartozó ellenállás értékek, \setbox0\hbox{$ \alpha $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% pedig az anyagtól függő hőmérsékleti tényező (1. ábra). \setbox0\hbox{$ R $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, \setbox0\hbox{$ R_{0} $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, \setbox0\hbox{$ T_{0} $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% és \setbox0\hbox{$ \alpha $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% ismeretében a hőmérséklet közvetlenül számítható.

Termisztor ellenállásának hőmérsékletfüggése

2.ábra

A félvezető anyagok ellenállása jól közelíthető az

\[ R = A e^\frac{B}{T} \]
(2)

kifejezéssel (2. ábra), ahol \setbox0\hbox{$ A $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% a \setbox0\hbox{$ T = \infty $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% értékhez tartozó ún. maradékellenállás, és \setbox0\hbox{$ B > 0 $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% a félvezető anyagára jellemző állandó (\setbox0\hbox{$ B = \Delta E / k $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, ahol \setbox0\hbox{$ \Delta E $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% a félvezető tiltott sáv szélessége, \setbox0\hbox{$ k $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% pedig a Boltzmann-állandó).

A (2) kifejezés természetes alapú logaritmusát véve


\[ \textrm{ln} R = \textrm{ln} A + \frac{B}{T}. \]
(3)

Ha tehát a mért ellenállás értékek logaritmusát \setbox0\hbox{$ 1/T $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% függvényében ábrázoljuk egyenest kapunk (2. a) és 2. b) ábra), melynek tengelymetszetéből ill. meredekségéből \setbox0\hbox{$ A $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% és \setbox0\hbox{$ B $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% meghatározható.

Ellenállás-hőmérők és termisztorok összehasonlítása

Az ellenállás-hőmérő és a termisztor ellenállása függ a hőmérséklettől. Az előbbi esetben az elektronok mozgékonyságának csökkenése miatt az ellenállás növekszik a hőmérséklettel. Ezzel szemben a termisztor ellenállása csökken, mivel a hőmérséklet emelkedésével nő a töltéshordozók koncentrációja. A két érzékelő jellemzőit az 1. táblázatban hasonlítjuk össze.

1. Táblázat
Tulajdonság Ellenállás-hőmérő Termisztor
Hőfoktényező kicsi, \setbox0\hbox{$ ~10^{-3} \textrm{K}^{-1} $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% nagy, \setbox0\hbox{$ T $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-függő
\setbox0\hbox{$ R $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% \setbox0\hbox{$(20 $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% \setbox0\hbox{$^\circ C)$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% \setbox0\hbox{$ ~ 100 $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% \setbox0\hbox{$\Omega $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% k\setbox0\hbox{$ \Omega $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% nagyságrendű
Stabilitás gyengébb
Reprodukálhatóság gyengébb
Karakterisztika lineáris exponenciális
Tömeg > termisztor < ellenállás-hőmérő
Hőtehetetlenség > termisztor < ellenállás-hőmérő
Ár > termisztor < ellenállás-hőmérő
Hőmérséklet tartomány -183-tól 630 \setbox0\hbox{$^\circ C$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-ig -60-tól 150 \setbox0\hbox{$^\circ C$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-ig
Anyaga Pt, Cu, Ni, ötvözetek különféle félvezetők

A hőelem (termoelem)

Két különböző fém érintkezésekor a két fém között elektromos feszültség mérhető. Ez a feszültség az ún. kontaktpotenciál, melynek nagysága az érintkező fémek anyagi minőségétől és az érintkezési pont hőmérsékletétől függ.

3.ábra

Ha a 3. ábrán látható kapcsolást három különböző [(1)-es, (2)-es, és (3)-as jelzésű] fémből alakítjuk ki, de minden pont azonos hőmérsékleten van, akkor a D és az E pontok között nem jelentkezik feszültség. Amennyiben valamelyik fém-fém átmenet (A, B vagy C pontok) hőmérséklete megváltozik, akkor D és E között feszültség mérhető, melynek értéke arányos a hőmérséklet változással. Tehát, ha az A átmenet hőmérsékletét kívánjuk mérni, akkor a másik két átmenet (B és C pont) hőmérsékletét állandó értéken – a hitelesítés hőmérsékletén – kell tartani, ekkor D és E között az A pont hőmérsékletének megváltozásával arányos feszültség mérhető. A többi pont hőmérsékletének állandó értéken tartása azért fontos, mert ellenkező esetben a fellépő kontaktpotenciál változások meghamisíthatják a mérést. Ezen nehézségeket a két összekapcsolt termoelemből álló ún. termopár (4. ábra) segítségével küszöbölhetjük ki.

4.ábra

A termopárt alkotó kontaktusok (B és C) az (1) és (2) anyagokat kötik össze, míg a (3) anyagból készült elvezető huzalok az A és a D pontokon kapcsolódnak a termopárhoz. Először a termopáron kialakuló feszültséggel - vagyis az A’ és D’ pontok között fellépő feszültséggel foglalkozunk [A’ és D’ az (1) anyagban, az A és D pontok közelében levő két pont]. Ha B és C hőmérséklete különböző, vagyis \setbox0\hbox{$ t_{x} = t_{0} + \Delta t $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, akkor az A’ és D’ pontok között megjelenő feszültség arányos hőmérsékletkülönbséggel.

\[  \begin{array}{rcl} U_{A^\prime B^\prime} &=& U_{12}(t_{0}+\Delta t)-U_{12}(t_{0}) \\ U_{A^\prime B^\prime} &=& \alpha_{12}\Delta t \end{array}\]
(4)

ahol az indexben levő számok a termoelemet alkotó anyagokra utalnak, és kihasználtuk, hogy a szembe kapcsolt termoelemekre \setbox0\hbox{$ U_{21}(t) = -U_{12}(t) $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%. A lineáris közelítés szűk hőmérséklet-tartományban illetve kisebb pontossági igények esetén alkalmazható. Szélesebb hőmérsékleti intervallumban további állandók bevezetése szükséges:


\[ U_{A^\prime B^\prime} = \alpha_{12}\Delta t + \beta_{12}\Delta t^2 + ... \]
(5)

A (4) összefüggés szerint a termopár kimenetén a B és C pontok közti hőmérsékletkülönbséggel arányos feszültség jelenik meg. Ha tehát hőmérőként kívánjuk használni, akkor az egyik átmenetet ismert hőmérsékleten kell tartani. A vonatkoztatási hőmérséklet általában 0 \setbox0\hbox{$^\circ C$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, ami olvadó jég segítségével könnyen előállítható és tartható. (A pontosság növelése érdekében célszerű desztillált vízből készíteni a jeget.) Ennél a kapcsolásnál tehát a hőmérsékletmérés a B és a C pontoknál levő átmenetek segítségével történik. A mérőműszernél (E és F pontok), valamint az elvezető huzalok csatlakozási pontjainál (A és D) azonban elkerülhetetlenül további “járulékos” termoelemek alakulnak ki. Ezek – az A’ és D’ pontoktól a kijelzőig terjedő – ”járulékos” termoelemek páronként azonos anyagból állnak. [Például az A és a D pontokon az (1)-es és a (3) jelű anyagból.] Így a keletkezett termofeszültségek szembekapcsolódnak. Mérés közben tehát csak arra kell ügyelni hogy ezen átmeneteknek páronként (A-nak D-vel és E-nek F-el) azonos legyen a hőmérséklete. Ez a feltétel aránylag könnyen teljesíthető az átmenetek közötti jó termikus kapcsolattal. Pontos mérésnél figyelembe kell venni a termopár és a vezetékek ellenállásán eső feszültséget is. A feszültség kompenzációs módszerrel történő mérésénél ez a probléma elkerülhető.

Hitelesítés

A hitelesítés jelen esetben az érzékelők hőmérséklet - ellenállás ill. hőmérséklet – termofeszültség függvényeinek meghatározását jelenti. A mérésnél a hőmérséklet-érzékelőket olajjal töltött dupla falú üvegedénybe (hőcserélőbe) helyezzük egy-egy “hiteles” higanyos hőmérővel együtt (termopár esetében csak az egyik termoelem kerül olajfürdőbe, a másik víz-jég keverékbe merül). Az olajfürdő hőmérsékletét az üvegedény falában áramoltatott, termosztáttal szabályozott hőmérsékletű víz segítségével állítjuk be. A különböző eszközök hőtehetetlensége miatt fellépő hiba kiküszöbölése érdekében, állandósult hőmérsékleten (stacioner állapotban) végezzük a méréseket! Az olajfürdő hőmérsékletét és a megfelelő ellenállás ill. feszültség értékeket 5 \setbox0\hbox{$^\circ C$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-ként olvassuk le! A méréseket a hőmérsékleti egyensúly beállta után végezzük, amit az ellenállás ill. feszültség időbeli állandósága jelez. Az ellenállásokat lehet Wheatstone-híddal, a feszültségeket pedig kompenzációs módszerrel is mérni. A mérési gyakorlaton a méréseket digitális multiméterrel végezze!

Mérési feladatok

1. Állapítsa meg az ellenállás-hőmérő és a termisztor ellenállásának, valamint a hőelem termofeszültségének hőmérsékletfüggését a hőmérséklet növekedése közben! A méréseket multiméterrel végezze! A hőmérsékletet a szobahőmérséklettől kb. 60 \setbox0\hbox{$^\circ C$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-ig változtassa!

2. Végezze el a feladatot csökkenő hőmérséklet mellett is!

3. Mérési eredményeit ábrázolja diagramon!

4. Az ellenállás-hőmérő és a termoelem vizsgálata során kapott mérési pontokra illesszen egyenest! Határozza meg az érzékelők paramétereit és adja meg hibájukat!

5. A termisztoron végzett mérés eredményeit ábrázolja \setbox0\hbox{$ \textrm{ln} R $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%\setbox0\hbox{$ \frac{1}{T} $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% formában! A kapott pontokra illesszen egyenest, határozza meg a termisztor A és B paramétereit és adja meg a hibájukat!

6. Mérje meg a hőelem belső ellenállását! A termoelem és a félvezető termoelem belső ellenállásához mérni kell

a) a termoelem üresjárati feszültségét (\setbox0\hbox{$ U_0 $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%)

b) a termoelem áramát egy ismert ellenálláson keresztül (\setbox0\hbox{$I$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%).

Ez az ismert ellenállás maga az árammérő is lehet, pl. 200 mA méréshatáron. Az árammérő ellenállását (\setbox0\hbox{$ R_A $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, ami természetesen függ a méréshatártól) egy ellenállásmérő segítségével lehet megmérni. (Az ellenállásmérőt egyszerűen rákötjük a – természetesen más áramkörbe ezalatt be nem kötött –, megfelelő méréshatárra beállított árammérőre.) Ezután a termoelem \setbox0\hbox{$ R_b $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% belső ellenállása a Kirchhoff-törvények alapján számolható. Vegye figyelembe a huzalok ellenállását is!