ΑΣΚΗΣΗ 6: ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΜΕ RTD

Transcript

1 ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ Ε ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Ημερομηνία: / /0 Τμήμα: Ομάδα: ΑΣΚΗΣΗ 6: ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΜΕ RTD Για την διεξαγωγή της Άσκησης θα χρησιμοποιήσουμε την παρακάτω εικονιζόμενη πλακέτα, ένα RTD τύπου PT100, μια θερμαντική ράβδο, ένα δοχείο βαθμονόμησης, και ένα υδραργυρικό θερμόμετρο Δοχείο Βαθμονόμησης RTD τύπου PT100 Υδραργυρικό θερμόμετρο ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 1 -

2 Θερμαντική ράβδος Βήμα 1 Υλοποιήστε το κύκλωμα του παρακάτω σχήματος 61 και συνδέσετε παράλληλα με το γαλβανόμετρο ένα ευαίσθητο ηλεκτρονικό βολτόμετρο (στην κλίμακα των 00mV) Με τις μετρήσεις που θα πάρετε στα παρακάτω βήματα και 3 θα υπολογίσετε την σταθερά διασκορπισμού του RTD R 1 =100Ω R =100Ω Σχήμα 61 Βήμα Με το RTD ελεύθερο (πάνω στον πάγκο) δώστε τάση από το τροφοδοτικό V p =05V (μετρήστε την με ψηφιακό βολτόμετρο για ακρίβεια) Μεταβάλλετε την αντίσταση R var έτσι ώστε να ισορροπήστε την Γέφυρα Wheatstone (επιδιώκοντας να φέρετε την βελόνα του γαλβανόμετρου στην θέση ισορροπίας Μέση Θέση) Για μεγαλύτερη ακρίβεια ισορροπίας επιδιώξτε να δείξει 0V και το ευαίσθητο βολτόμετρο (στην κλίμακα των 00mV) που έχετε βάλει παράλληλα με το γαλβανόμετρο Αφού R 1 = R διαβάζοντας την μεταβλητή αντίσταση R var βρίσκετε αντίσταση R X του RTD Στην συνέχεια μετρείστε με ένα βολτόμετρο και την τάση V X στα άκρα του RTD Έχετε: R X = Ω άρα P V X (η τάση στα ακρα του RTD όταν η γέφυρα ισορποπεί) = = = W R X ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - -

3 Βήμα 3 Επαναλάβετε το παραπάνω βήμα μόνο που αυτή την φορά δώστε τάση από το τροφοδοτικό V p =V (μετρήστε την με ψηφιακό βολτόμετρο για ακρίβεια) Βρείτε: R 3X = Ω άρα V3 X (η τάση στα ακρα του RTD όταν η γέφυρα ισορποπεί) P3 = = = W R3X Βήμα 5 Υπολογίστε την επί τοις εκατό μεταβολή της R X Αυτή θα είναι: D (%) R - R = = = 3X X RX Επειδή ο θερμικός συντελεστής της αντίστασης πλατίνας είναι περίπου 04% / C, αυτό σημαίνει ότι μια αύξηση της αντίστασης του RTD κατά 04% προϋποθέτει μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1 C Όταν λοιπόν η αύξηση της αντίστασης του RTD λόγω της αυτοθέρμανσης είναι D (%), συνεπάγεται ότι η αύξηση της θερμοκρασίας Δθ ήταν: D (%) Δθ αυτοθ έ ρμανσης = = = C 04 Η σταθερά διασκορπισμού δ για το RTD της άσκησης θα είναι: δ Δ P P 04 ( P P ) Ρ 3 3 = = = = = (W / C) Δθ Δθαυτοθ έρμανσης D(%) Αν υποθέσουμε τώρα ότι για τις μετρήσεις θερμοκρασίας που θα κάνουμε με το RTD θέλουμε το σφάλμα λόγω του φαινομένου αυτοθέρμανσης να μην υπερβαίνει τους 0 C, αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη ισχύς P a που θα αποτίθεται από το τροφοδοτικό πάνω στο RTD θα είναι: P a = δ Δθ σφάλματος = δ 0 = 0 = W Άρα η πτώση τάσεως V a πάνω στο RTD όταν η γέφυρα Wheatstone θα ισορροπεί δεν θα πρέπει να υπερβαίνει την τιμή: V a = Pa R X Va = Pa R X = = V Βήμα 6 Από την τιμή της V a που υπολογίσατε παραπάνω, να υπολογίσετε τώρα την τάση V p του τροφοδοτικού που θα δώσετε στο κύκλωμα του σχήματος 61 ώστε το σφάλμα λόγω του φαινομένου αυτοθέρμανσης να μην υπερβαίνει τους Δθ σφάλματος = 0 C Για τους υπολογισμούς θεωρείστε ότι η αντίσταση του RTD είναι ίση με την R X και ότι η γέφυρα Wheatstone θα ισορροπεί Άρα V p = Volt ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 3 -

4 Βήμα 7 Στην συνέχεια για την διεξαγωγή της Άσκησης βάλτε στο δοχείο βαθμονόμησης νερό μέχρι την μέση και κρεμάστε το στην εγκοπή 0 της θερμαντικής ράβδου Τοποθετείστε μέσα στο δοχείο βαθμονόμησης το RTD μαζί με το υδραργυρικό θερμόμετρο (σχήμα 6) και δώστε από τροφοδοτικό τάση ίση με V p που υπολογίσατε παραπάνω Σχήμα 6 Βήμα 8 Αφήστε το δοχείο βαθμονόμησης για,5min στην εγκοπή 0 και μετά ισορροπείστε την γέφυρα μεταβάλλοντας την R var Για μεγαλύτερη ακρίβεια ισορροπίας επιδιώξτε να δείξει 0V και το ευαίσθητο βολτόμετρο (στην κλίμακα των 00mV) που έχετε βάλει παράλληλα με το γαλβανόμετρο Από την ισορροπία της γέφυρας βρείτε την αντίσταση του RTD για αυτή την θερμοκρασία και έπειτα μετακινήστε το δοχείο βαθμονόμησης στην εγκοπή 18 Επαναλάβατε το παραπάνω βήμα μετακινώντας το δοχείο βαθμονόμησης εγκοπές κάθε,5min (μέχρι την εγκοπή 0) Κατόπιν τοποθετήστε το RTD σε λιωμένο πάγο, ισορροπήστε ξανά την γέφυρα και βρείτε την αντίσταση του Με τις μετρήσεις που θα πάρετε συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα 61 ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 4 -

5 ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΓΚΟΠΗΣ Πάγος Μέτρηση θερμοκρασίας άγνώστου σώματος ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ( C) ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ RTD σε (Ω) Πίνακας 61 Τέλος κάνοντας χρήση του πίνακα 61 και της καμπύλης ρύθμισης του RTD που θα σχεδιάσετε απ αυτόν, μετρήστε έμμεσα με το RTD την θερμοκρασία ενός άγνωστου σώματος (χωρίς θερμόμετρο) ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ - 5 -