background image

 

 

 

 
 
 

Podstawy Metrologii i Technik Eksperymentu 
 
Laboratorium

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE 
APARATURY POMIAROWEJ

  

 
 

 

Instrukcja do ćwiczenia nr 4 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery 

Wrocław, listopad 2010 r.

 

background image

 

Podstawy Metrologii i Technik Eksperymentu                                                             Ćwiczenie laboratoryjne nr 4  
 
                                                                        

SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE APARATURY POMIAROWEJ 

 
 

1.C

EL ĆWICZENIA 

Celem 

ćwiczenia jest: 

-sprawdzenie mie

rnika  do pomiaru napięć termoelektrycznych  

-sprawdzenie i wyznaczenie poprawek  mierników do pomiarów temperatur dla 
termoelementu typu K 
-sprawdzenie i wyznaczenie poprawek termometrów oporowych Pt100 klasy 2. 
 
2. W

STĘP [1] 

Jednym z kryterium podziałów przyrządów do pomiaru temperatury związane jest z rodzajem 

wielkości  fizycznej  w nich wykorzystywanych.  Wyróżnia  się  przyrządy  nieelektryczne, w 

których  sygnał  temperatury  zamieniany  jest  na  wielkość  nieelektryczną, oraz przyrządy 
elektryczne

,  w  których  sygnał  od  temperatury  zamieniany  jest  na  jedną  z  wielkości 

elektrycznych.  Przykłady  termometrów  nieelektrycznych  to:  termometry  cieczowe, 
bimetalowe czy manometryczne. Do drugiej grupy 

należą:  kwarcowe,  termometry 

rezystancyjne (oporowe), termoelektryczne. Dw

a  ostatnie  stosowanie  są  najczęściej  w 

energetyce  np.  do bilansowych pomiarów maszyn i 

urządzeń  energetycznych (np.  kotły, 

turbiny, młyny).  

 

2.1 TERMOMETRY TERMOELEKTRYCZNE; ZASADA 

DZIAŁANIA [1,2] 

Termoelem

enty  tworzą  dwa  różne  materiały: metale czyste, stopy metali, lub niemetale 

połączone na jednym końcu. W termoelementach sygnał od temperatury zamieniany zostaje 

na napięcie. 

Zasada działania opiera się na dwóch zjawiskach: 
-  zjawisku Peltiera: wyst

ępowania siły (napięcia) termoelektrycznego w punkcie połączenia 

dwóch metali 
-  zjawiska Thomsona: 

występowania  siły  termoelektrycznej  na  długości  poszczególnych 

przewodów obwodu zamkniętego. 
Ilustruje to rysunek 1.  W wyniku 

połączenia  dwóch  metali  znajdujących  się  w  różnych 

temperaturach t

1

 i t

2

 

występują cztery siły termoelektryczne: 

E

P

(t

1

)- 

siła termoelektryczna Peltiera w spoinie 1 

E

P

(t

2

)- 

siła termoelektryczna Peltiera w spoinie 2 

E

T,A

(t

1

)- 

siła termoelektryczna Thomsona w przewodzie A 

E

T, B

(t

1

)- 

siła termoelektryczna Thomsona w  przewodzie B [1]. 

 

Rys.

1. Zamknięty obwód termoelektryczny [1] 

background image

 

Przyjmując kierunek sumowania sił termoelektrycznych zgodnie z ruchem wskazówek zegara 

wypadkową siłe termoelektryczną w obwodzie można zapisać w postaci: 

 

E = E

P

(t

1

) + E

T,B

− E

P

(t

2

) − E

T,A

= �E

P

(t

1

) + E

T,B

� − �E

P

(t

2

) + E

T,A

� 

 

(1) 

 
 

                                                                         e

AB

(t

1

)                e

AB

(t

2

Wobec  trudności  w  zidentyfikowaniu  wartości  poszczególnych  sił  termoelektrycznych, 

umownie  przyjmuje  się,  że  siły  te  umiejscowione  są  w  spoinach  obwodu  i  oznacza  się  je 
przez: e

AB

(t

1

) oraz e

AB

(t

2

) (linia kreskowana na rysunku 1) [1] 

Wypadkowa siła termoelektryczna wyraża się wtedy równaniem: 

 

E

AB

(t

1

, t

2

) = e

AB

(t

1

) − e

AB

(t

2

) = f

1

(t

1

, t

2

 

 

 

 

 

(2) 

Wypadkowa  siła  termoelektryczna  w  obwodzie  zależy  jedynie  od  obu  metali  A  i  B  od 
temperatur t

1

  i t

2

  – 

jest  zatem  funkcją  dwóch zmiennych.  Ponieważ  trudno  jest  operować 

funkcją dwóch zmiennych temperaturę  t

2

 

przyjmuje się stałą, tzn. t

2

= t

0

. Spoina ta nazywa się 

spoiną odniesienia, zaś spoina o temperaturze t

1

-  jest 

spoiną mierniczą. Równanie  można 

zatem napisać: 

 

E

AB

(t

1

, t

2

) = E

AB

(t

1

, t

0

) = e

AB

(t

1

) − e

AB

(t

0

) = f

1

(t

1

)   

 

 

 

(3) 

W celu  wyznaczenia temperatury 

należy w obwód  z rysunku 1 włączyć miliwoltomierz i 

zmierzyć  napięcie,  które  jest  proporcjonalne  do  siły  termoelektrycznej.  Włączenie 
miliwoltomierza  równoznaczne jest z wprowadzeniem do tego obwodu trzeciego metalu, z 
którego wykonane s

ą przewody miernika. Przedstawia to rysunek 2. 

 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.2. 

Trzeci metal w obwodzie termoelektrycznym rozciętym w spoinie [1] 

 

Wypadkowa siła termoelektryczna wynosi: 

 

E = e

AB

(t

1

) + e

BC

(t

2

) + e

CB

(t

2

)   

 

 

 

 

 

 

(4) 

 

 

t

t

t

e

AB

(t

1

e

BC

(t

2

e

CB

(t

2

background image

 

Dla t

1

= t

2

 otrzymamy: 

 

e

AB

(t

2

) + e

BC

(t

2

) + e

CB

(t

2

) = 0   

 

 

 

 

 

 

(5) 

Stąd: 

 

e

BC

(t

2

) + e

CB

(t

2

) = −e

AB

(t

2

 

 

 

 

 

 

 

(6) 

i dalej, wstawiając tą zależność do równania otrzymamy: 

 

E = e

AB

(t

1

)−e

AB

(t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

(7) 

Zależność ta umożliwia sformułowanie prawa trzeciego metalu

Wprowadzenie do obwodu metali A i B trzeciego metalu nie wpływa na wartość wypadkowej 

siły  termoelektrycznej  pod  warunkiem,  że  oba  końce  przewodu  wykonanego  z  metalu  C 

znajdują się w tej samej temperaturze [1]. 
Miejsce 

włączenia trzeciego metalu jest dowolne. Ilustruje to rysunek 3. 

 
 
 
  
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.3. 

Trzeci metal w obwodzie termoelektrycznym rozcięty w dowolnym napięciu [1] 

 

 

t

t

t

t

e

AB

(t

1

e

BC

(t

2

e

BC

(t

2

e

AB

(t

0

background image

 

Siła termoelektryczna wynosi: 

 

E = e

AB

(t

1

) + e

BC

(t

2

) − e

BC

(t

2

) − e

AB

(t

0

 

 

 

 

 

(8) 

Stąd: 

 

 

E = e

AB

(t

1

) − e

AB

(t

0

). 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9) 

Charakterystyk

ę  termoelementu    przedstawia  zależność  napięcia  termoelektrycznego  w 

funkcji  temperatury  przy    stałej  temperaturze spoiny odniesienia  t

0

  – 

najczęściej  jest to 

temperatura równa t

0

=0.  

Przykładowe    charakterystyki    termoelementów    przedstawia 

rysunek 4. [1]  
Pomiaru 

temperatury  wykonuje  się  bardzo  często  metodą  wychyłową,  wg  rysunku  2. 

Zakładając, że opór wewnętrzny miliwoltomierza wynosi R

W

, a opory wszystkich przewodów 

R

P

,  zgodnie z prawem Ohma otrzymamy: 

 

E − IR

p

= U   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10) 

U = IR

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(11) 

dalej po przekształceniach: 

 

U = E

R

w

R

w

+R

p

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12) 

Ponieważ opór wewnętrzny miernika R

w

 >> R

p

 to 

można przyjąć, że U=E. Znając wartość U 

z charakterystyki termoelementu można odczytać wartość temperatury t

1

 

oczywiście dla danej 

temperatury t

0

Jeżeli temperatura t

 

zmieni się to popełniamy błąd systematyczny, dla t

01

> t

0

 

mierzona  temperatura 

będzie mniejsza od t

, a jeżeli t

01

< t

0

  to mierzona  temperatura 

będzie 

większa od t

1

 

 

Rys.4

. Przykładowe charakterystyki termoelementów [1] 

 

 

 

background image

 

Do 

najczęściej  stosowanych w pomiarach termoelementów o znormalizowanych 

charakterystykach wg PN- 

EN60584 należą: 

• termoelement typu K  nikiel-chrom/nikiel- aluminium (NiCr-NiAl)- do temperatury 1200 °C 
• 

termoelement typu J  żelazo/miedź-nikiel (Fe- CuNi) do temperatury 750 °C 

• 

termoelement typu T miedź/miedź- nikiel ( Cu-CuNi) do temperatury 500°C 

Każdy z termoelementów o grubości przewodu od 0,25 mm do 3 mm może zostać wykonany 
w  2 lub 3 klasach 

dokładności  Tabela 1 przedstawia klasy dokładności  dla  wyżej 

wymienionych termoelementów 

wraz z błędami granicznymi wskazań. [2] 

 
Tabela 1 

Klasy dokładności dla termoelementów [2] 

typ K 

Klasa 1 
Klasa2 
Klasa3 

-40…  +1000°C     ± 0,004 t          lub  ±1,5°C 
-40…  +1200°C     ± 0,0075 t        lub  ±2,5°C 
-200…+40°C         ± 0,015 t          lub  ±2,5°C 

typ J  

Klasa 1 
Klasa2 

-40…  +750°C       ± 0,004 t          lub  ±1,5°C 
-40…  +750°C       ± 0,0075 t        lub  ±2,5°C 

typ T 

Klasa 1 
Klasa2 
Klasa3 

-0…    +350°C       ± 0,004 t          lub  ±0,5°C 
-40…  +350°C       ± 0,0075 t        lub  ±1,0°C 
-200…+40°C         ± 0,015 t          lub  ±1,0°C 

 

Dla przykładu termoelement typ K klasy 2 pokazuje temperaturę 200 °C przy temperaturze 
spoiny odniesienia 0°C. Jako b

łąd  graniczny  ( tolerancja) przyjmujemy większą  z  wartości 

0,0075·200°C = 1,5 °C  i   

±2,5 °C. Oznacza to że wartość prawdziwa temperatury znajduje 

się w przedziale <197,5°C – 202,5°C>. [2] 
 
2.2. TERMOMETRY REZYSTANCYJNE METALOWE [2] 

Zasada działania tych termometrów polega na wzroście rezystancji metali wraz ze wzrostem 
temperatury. 

Ze  względu  na  wymaganie  łatwej  odtwarzalności  metali  na  termometry 

rezystancyjne stosuje się wyłącznie czyste metale – najczęściej platyna [1]. Charakterystykę 
termometru oporowego platynowego  

można przedstawić w postaci dwóch równań: 

 

w zakresie  -200

°

C…0

°

C          

R(t) = R

0

(1 + At + Bt

2

+ C[t − 100

°

C]t

3

 

(13) 

w zakresie     0

°

C…850

°

C         

R(t) = R

0

(1 + At + Bt

2

)   

 

 

 

(14) 

gdzie: 
R

o

 – rezystancja   w temperaturze 0

°

A= 3,90802·10

-3 

·

°

C

-1

 

B = -5,775·10

-7 

·

°

C

-2

 

C = -4,2735·10

-12 

·

°

C

-4

 

 
Innym parametrem charakterystycznym  dla termometrów rezystancyjnych  jest cieplny 

współczynnik zmian rezystancji α podawany  najczęściej w zakresie 0

°

C do 100

°

C, w postaci 

równania: 

 

α =

1

R

0

R

100

−R

0

100

,  1/°C   

 

 

 

 

 

 

 

 

(15) 

Termometrem rezystancyjnym, czysto  wykorzystywanym w pomiarach temperatur jest 

termometr Pt100 , o rezystancji 100Ω w 0

°

C i 138 

Ω w 100

°

 

oraz 

współczynniku

 

α równym 

α =3,925 10

-3

 

°

C

-1 

( co oznacza ok. 40% wzrost oporu na 100

°

C). 

W pomiarach stosowane są 

również termometry oporowe Pt500 i Pt 1000. 

background image

 

W

ielkością  charakterystyczną  dla  termometrów  rezystancyjnych  jest  również  ich  czułość. 

Można ją określić jako zmianę oporu przypadającą na 1

°

C. Dla termometrów Pt 100 wynosi 

ona 

ok.  0,4  Ω/

°

C, dla termometrów Pt 5

00  ok.  2Ω/

°

C, a termometrów Pt1000 ok.   

4Ω/

°

C. 

Wynika  z  tego,  że  termometry  Pt  500  i  Pt1000  mogą  mierzyć  temperaturę  z  większą 

dokładnością niż Pt100.  

Charakterystykę termometru rezystancyjnego Pt100 przedstawia rysunek 5. [2] 
 

 

                                                    

Rys.5. Charakterystyka termometru rezystancyjnego Pt100 [2] 
 
Oprócz termometrów platynowych do pomiaró

w  wykorzystuje  się:  termometry  niklowe 

Ni100 i miedziane Cu100. 

Zastępują one w niższych temperaturach platynę. 

Termometry  rezystancyjne  wykonuje  się  w  dwóch  klasach  dokładności  A  i  B.  Dla 
termometrów platynowych 

błędy graniczne  (tolerancje) wynoszą: 

 

Klasa A - 

Δt

g

 = ±(0,15 +0,002·t) 

 

 

 

 

 

 

 

(16) 

Klasa B - 

Δt

g

 = ±(0,30 +0,005·t),      t w 

°

C   

 

 

 

 

 

(17)

 

Najbardziej  rozpowszechnioną  formą  platynowych  rezystorów  termometrycznych  są 

rezystory pałeczkowe przedstawione  na rysunku 6.  Uzwojenie rezystancyjne jest nawiniete 

na pręcie lub rurce ze szkła lub kwarcu – rysunek 6a lub uzwojenie rezystancyjne w formie 
spirali umieszczone w otworkach poosiowych rurki ceramicznej – rysunek 6b. 
 

temperatura/

°

o

pór

 

background image

 

 

Rys.6. Rezystory pałeczkowe [1] 
Układy  pomiarowe  przedstawione  są  na  rysunkach:7  –  układ  z  linią  dwuprzewodową  i  8- 

układ  z  linia  trójprzewodową.  Zaletą  tego  drugiego  układu  jest  to,  że  zmiana  oporu  linii 

łączących  rezystor  z  miernikiem  nie  wpływa  na  wartość  mierzonej  temperatury.  W 
pierwszym przypadku dla linii dwuprzewodowej  ,  dla przewodów miedzianych o przekroju 
0,5mm

2

, oporności właściwej ρ= 0,0175Ωmm

2

/m i długości przewodów l= 100 m popełnia 

się błąd pomiaru temperatury termometrem Pt100  wynoszący ok. 18,5 

°

C [2].  

 

 

Rys.7. 

Układ z linią dwuprzewodową [2] 

 

 

Rys.8. 

Układ z linią trójprzewodową [2] 

przewody połączeniowe 

background image

 

Temperaturę  mierzoną    wyznacza  się  z  prawa  Ohma:  U=  I·R.  Przy  stałej  wartości  prądy  I 

płynącego w tym układzie pomiarowym napięcie U~R a tym samym jest funkcja temperatury 

mierzonej t. Prąd pomiarowy I płynący przez rezystor powoduje jego nagrzewanie, co przy 
przekroczeniu  dopuszczalnych 

wartości  może  powodować  błąd  pomiaru.  Przyjmuje  się  że 

wartość tego prądu nie powinna przekraczać wartości  5-10 mA, zależy ona od powierzchni 

oddawania ciepła przez rezystor, rodzaju osłony i ośrodka w którym znajduje się rezystor.[2] 

 

3. 

WZORCOWANIE I SPRAWDZANIE PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH [3] 

Według [3] wzorcowanie (kalibracja) to zbiór operacji ustalających w określonych warunkach 

relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub 

układ  pomiarowy  albo  wartościami  reprezentowanymi  przez  wzorzec  miary  lub  przez 

materiał    odniesienia  a  odpowiednimi    wartościami  wielkości  realizowanymi przez wzorce 
„jednostki miary” . 
Zgodnie z t

ą  definicją  wynik  wzorcowania  pozwala  na  przypisanie  wskazaniom 

odpowiednich 

wartości  wielkości mierzonej  lub na wyznaczenie poprawek do wskazań [3]. 

Błąd systematyczny wskazania  wyraża równanie [3]: 

 

s

W =   W

� − N 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(18) 

w którym: 
W

� -  wartość średnia z nieskończonej liczby wyników  wskazań przyrządu  uzyskanych przy 

pomiarach wzorca 
N – 

wartość odtwarzana przez wzorzec 

W

g  definicji  poprawka  to  błąd  systematyczny  ze  znakiem  przeciwnym,  zatem  wyraża  ją 

równanie: 

 

P

w

 = - 

s

W = N − W

�  

 

 

 

 

 

 

 

 

(19) 

Z równania tego można jedynie oszacować poprawkę, ponieważ seria pomiarów jest zawsze 

skończona. Równanie na   poprawkę można zapisać zatem w postaci: 

 

P

N − W

�  ± U(P

w

)   

 

 

 

 

 

 

 

 

(20) 

Równanie  to  można  rozszerzyć  poprzez  uwzględnienie  w  nim  poprawki  na  rozdzielczość 

przyrządu  P

rw

  oraz poprawki  P

wo

  –  na 

rozbieżność  między  charakterystykami  przyrządu  i 

wzorca w zakresie warunków odniesienia i zapisać w postaci: [3] 

 

P

(N − W

� + P

rw

 +

P

wo

) ± U(P

w

)   

 

 

 

 

 

 

(21) 

Wzór na złożoną niepewność standardową dany jest równaniem: 

 

u(P

w

) = �u

2

(N) + u

2

(W

� ) + u

2

(P

rw

) + u

2

(P

wo

)   

 

 

 

 

(22) 

Poszczególne składowe niepewności oblicza się w następując sposób: 
u(N) – 

na podstawie świadectwa wzorcowania wzorca 

u(

W

� ) – metodą statystyczną wg równania: 

 

u(W

� ) = �

∑(W

i

−W

���)

2

n(n−1)

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(23) 

n- liczba pomiarów w wybranym punkcie zakresu. 

Wzorcowanie wymaga wyznaczenia poprawek  wskazań  P

w

  w wybranych punktach zakresu 

pomiarowego,  a  liczba  pomiarów    n  w  danym  punkcie  wskazania  musu  być  odpowiednio 

duża to przyjmuje się, że rozrzut wskazań w całym zakresie pomiarowym jest podobny i dużą 

background image

10 

 

serię  pomiarów  n

d

 

wykonuje  się  w  jednym  wybranym  punkcie.  Może  być  to  na  przykład 

podprz

edział w którym błędy wskazań są największe [3]. Wtedy niepewność wskazania u(W

� ) 

liczy się z równania: 

 

u(W

� ) =

∑�Wi−W

�����2

(nd−1)

√n

=

∑(W

i

−W

���)

2

n(n

d

−1)

 

 

 

 

 

 

 

 

(24) 

gdzie n – 

ilość pomiarów w wybranym punkcie zakresu pomiarowego. 

u(

𝑃

𝑟𝑤

)  -  oblicza  się  zakładając,  że  rozdzielczość  przyrządu  d  ma  rozkład  prostokątny  i 

wyznacza z równania: 

 

u(P

rw

) =

d

√12

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(25) 

Poprawkę  tą  uwzględnia  się  wtedy  gdy  obliczona  niepewność  wskazania  u(W

� )  będzie 

mniejsza od niepewności tej poprawki liczonej z równania(25).  
u(

P

wo

)-  jeżeli  poprawką  tą  jest  poprawka  temperaturowa(P

ws

= Wαδt);  W-  wskazanie 

przyrządu,  α  -  uśredniony  współczynnik  rozszerzalności  cieplnej,  δt  -  różnica temperatur 

przyrządu i mierzonego elementu) 

to niepewność jej  można ja wyznaczyć z następującego równania: [3] 

 

u(P

ws

) = Wαu(δt)   

 

 

 

 

 

 

 

 

(26) 

  

Sprawdzanie  narzędzia  pomiarowego  to  czynności  stwierdzające  zgodność  narzędzia 

pomiarowego z wymaganiami przepisów legalizacyjnych, zaleceniami norm lub warunkami 
technicznymi [3]. 

Sprawdza  się  czy  błędy  wskazań  przyrządu  pomiarowego nie  przekraczają  błędów 

granicznych ±Δ

g

Błędy wskazań przyrządu należy wyznaczyć w kilku wybranych punktach 

zakresu np.: w okolicy początku, połowie i przy końcu zakresu [3]. Pojedyncze wskazania w 

wybranych  punktach  nie  powinny  być  obarczone  błędami  większymi  niż  bledy 

graniczne, a niepewność wyznaczenia błędów powinna być co najmniej 3 razy mniejsza 

od błędu granicznego [3]. 

 

Błąd wskazania E

 

liczy się z równania [3]: 

 

E

w

= W − N   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(27) 

gdzie: 
W- 

pojedyncze wskazanie przyrządu 

N- 

wartość odtwarzana przez wzorzec 

Po 

uwzględnieniu rozdzielczości δ

rw

 

i warunków środowiskowych δ

rw

 równanie to przybiera 

postać [3]: 

 

E

w

= W − N + δ

rw

+ δ

wo

.   

 

 

 

 

 

 

 

(28) 

Równanie na niepewność standardową złożoną wskazania wyznacza się z równania: 

 

u(E

w

) = �u

2

(W) + u

2

(N) + u

2

rw

) + u

2

wo

)  

 

 

 

 

(29) 

 

 

background image

11 

 

Składowe  niepewności  wyznacza  się  analogicznie  jak  w  przypadku  wzorcowania  i    są  one 
opisane równaniami od 22  do  26

.  Niepewność  wskazania  u(W)  wyznacza  się  jak  dla 

pojedynczego pomiaru wg równania: 

 

u(W

� ) = �

∑(W

i

−W

���)

2

(n−1)

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(30) 

W którym n

≥ 10 [3]. 

 

Podsumowując: celem wzorcowania jest przede wszystkim przyporządkowanie 
wskazaniom 

przyrządu  poprawek  lub  błędów  ,  które  będą  wykorzystywane  podczas 

jego eksploatacji. Końcowym efektem wzorcowania może być krzywa kalibracji [3]. 

Sprawdzanie natomiast ma na celu ustalenie za pomocą pomiarów, czy błędy wskazań 

przyrządu nie przekraczają dopuszczalnych wartości granicznych. [3]. 
 
4. 

SPOSÓB REALIZACJI ĆWICZENIA 

4.1 

SPRAWDZENIE MIERNIKÓW DO POMIARU TEMPERATURY Z 

TERMOELEMENTU TYPU K ORAZ WYZNACZENIE POPRAWEK I KRZYWEJ 
KALIBRACJI 

 

 Schemat stanowiska : 
                                                                                                                                                         
 
 
 
 
 
 
 

Sprawdzenie  miernika  nr  2  odbywa  się  dla  trzech  temperatur:  200

°

C, 400

°

C i 600 

°

C w 

następujący sposób: 

• 

wcisnąć w kalibratorze przycisk oznaczający typ termoelementu  oraz przycisk cal. 

• 

podłączyć do układu opór linii 10Ω 

• 

pokrętłem nastawić temperaturę  np. 200

°

• 

odczytać 10 krotnie temperaturę na mierniku 

• 

obliczyć błąd wskazania E

w

 wg równania (28) oraz (29) 

• 

obliczyć niepewność błędu u(E

w

) wg równania błędu, przyjmując: 

  j

eżeli nie ma rozrzutu wyników to u(W) = 0 

 

δ

rw

 = 0, a u(

δ

rw

) liczyć z równania (25) przyjmując, że rozdzielczość temperatury 

wynosi d= 20

°

C. 

  u(N)  - 

przyjąć  z  danych  technicznych  kalibratora:  błąd  graniczny 

Δ

g

= ±0,1% 

wartości wskazanej ±1 

°

C; niepe

wność u(N) liczyć z równania u(N) = Δ

g

/

√3. 

  o

dczytać  temperaturę  otoczenia t

o

Miernik  wzorcowany  był  przy    temperaturze  

t

ow

=20

°

C- 

jeżeli temperatura  t

o

 jest mniejsza od t

ow 

 to 

𝛿

𝑤𝑜

= t

ow

- t

o

  w przeciwnym 

razie 

δ

wo

= t

o

-  t

ow

 

.  Błąd  graniczny  temperatury otoczenia przyjąć  Δ

g

= ±1

°

C, a 

niepew

ność liczyć z równania: u(δ

wo

) = Δ

g

/

√3 

 

obliczyć  niepewność  rozszerzoną  na  poziomie  ufności  α=0,95  (współczynnik 

rozszerzenia k=2); Niepewność rozszerzona U= k·u. 

  s

prawdzić czy E

w

±U(E

w

) <= Δ

gm

; bład graniczny miernika Δ

gm

= ± klasa·zakres/100 

 

Miernik  1: 

Zakres 20-1200

°

Klasa 1,5 

 

R

L

=10Ω 

Miernik  2: 

Zakres 20-1200

°

Klasa 1,5 

 

R

L

=10Ω 

Kalibrator napięć  

termoelektrycznych C402 

background image

12 

 

4.2. WYZNACZENIE POPRAWEK DLA MIERNIKA NR 1 

Poprawki należy wyznaczyć dla temperatur: 100

°

C, 200

°

C, 300

°

C, 400

°

C….1000

°

C, w 

następujący sposób: 

• 

wcisnąć w kalibratorze przycisk oznaczający typ termoelementu  oraz przycisk cal. 

• 

podłączyć do układu opór linii 10Ω 

• 

nastawić na kalibratorze t

k

 =  100

°

 

C i odczytać temperaturę na mierniku t

m

 

Błąd systematyczny wynosi  ∆

s

t =   t

m

− t

k

,  a poprawka P

t

 = -

s

• 

procedurę powtórzyć dla następnych temperatur od 200

°

 C do 1000 

°

 C z krokiem co 100

°

 C 

i dla 

każdej z nich wyznaczyć poprawkę  

• 

sporządzić  wykres zależności poprawki  od temperatury na kalibratorze tzn. P

t

 = f(t

k

• spo

rządzić  krzywą    kalibracji    miernika  –  zależność  temperatury  na  kalibratorze 

(rzeczywistej) 

t

k

  od    temperatury wskazywanej przez miernik t

m

  

i  podać  równanie 

analityczne tej krzywej przyjmując np., że jest ona linią prostą. 

 
4.3. WYZNACZENIE POPRAWEK DLA CZUJNIKA Pt 100 

Schemat stanowiska:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
 
 

 

 

Poprawki 

wyznaczyć dla  temperatur ustawianych w piecyku: 50

°

C, 100

°

C, 150 

°

C, 200

°

C, 

250 

°

C, 300 

°

C i 350 

°

C w następujący sposób: 

ustawić w piecyku temperaturę 50

°

C  

i poczekać aż  nastawiona  temperatura ustali się 

włączyć w kalibratorach przycisk Pt>200 

podłączyć oba  termometry  Pt 100 wejść kalibratora  o rezystancji linii 0Ω ( zaciski HI

LO)  

odczytać temperaturę w piecyku t

p

temperaturę t

1

 

pokazywaną przez Pt

1

100 , oraz 

temperaturę t

2

 

pokazywaną przez Pt

2

100 

obliczyć różnicę Δt

p

= t

1

 - t

p

  

i sprawdzić, czy różnica ta jest mniejsza od błędu granicznego 

wynikającego z klasy termometru platynowego Pt

1

100 – 

błąd graniczny dla termometru 

platynowego wykonanego w  klasie 2 wyraża się równaniem (17) 

dla nastawionej e temperatury w piecyku obliczyć błąd systematyczny Δ 

t2

 =t

2

- t

1

, a 

następnie poprawkę P

t2

 = - 

Δ 

t

 

procedurę powtórzyć dla wszystkich temperatur wymienionych na początku tzn.: 100 

°

C….350

°

C. 

sporządzić wykres zależności P t

2

= f(t

1

4.4. SPRAWDZENIE 

MIERNIKA DO POMIARU NAPIĘCIA 

TERMOELEKTRYCZNEGO (MULTIMETRU) 
 
Schemat stanowiska: 
 

 

 

 

100

°

Kalibrator  

termo rezystancji C403 

Kalibrator  

termo rezystancji C403 

Pt

1

100,

 t

1

 

Pt

2

100,

 t

2

 

Piecyk Fluke 

Klibrator  

termorezystancji C403 

Multimetr 

TH1942 

Kalibrator  napięć i  

prądów stałych  C401 

background image

13 

 

Sprawdzenie wykonać tylko w jednym punkcie pomiarowym zgodnie z następującą 

procedurą: 

• 

włączyć kalibrator- przycisk Power 

• 

wcisnąć przycisk kalibracji cal i przycisk mV 

• 

włączyć multimetr 

• 

nastawić pokrętłem kalibratora  np. wartość napięcia  U=  20mV i odczekać chwilę aż 

napięcie na kalibratorze ustabilizuje się 

• 

dla tej wartości napięcia odczytać 10 razy wartość napięcia pokazywaną przez 
multimetr u

1

, u

2

, …, u

10

 

O

bliczyć niepewność błędu u(E

w

) wg równania 

błędu, przyjmując: 

u(W

� ) = �

∑(w

i

−W

���)

2

n(n−1)

   

w

i

=u

i

,

 

w� = U� 

 

przyjąć  δ

rw

  = 0, a u(

δ

rw

)  liczyć  z  równania  (25)  przyjmując,  że  rozdzielczość 

temperatury wynosi d= 0,01

 

mV. 

  u(N)  - 

przyjąć  z  danych  technicznych  kalibratora  :  błąd  graniczny Δ

g

= ±0,1% 

wartości nastawionej + 6cyfr ;   6 cyfr oznacza:6*wartość  napięcia odpowiadająca 

ostatniej  cyfrze maksymalnego wskazania

 

Wmax   - dla zakresu 

napięć do 100mV 

maksymalne wskazanie to 99,99 ostatnia cyfra to 0,01 

więc błąd graniczny Δ

g

/mV= 

±0,1% wartości nastawionej + 6·0,01;   u(N) liczy  się  z równania u(n) = Δ

g

/

√3. 

 

przyjąć    δ

wo

= 0  oraz  u(δ

wo

) = 0 

  p

oliczyć wartość błędu wskazania E

w

 z równania (28)

, niepewność u(E

w

) z równania 

(29) 

oraz  niepewność  rozszerzoną  na  poziomie  ufności    α=0,95    (współczynnik 

rozszerzenia k=2); Niepewność rozszerzona U= k·u. 

 

Sprawdzić  czy  E

w

±U(E

w

)  <=  Δ

gm

błąd  graniczny  multimetru    Δ

gm

= ±0,02% 

wartości wskazanej +0,016%zakresu ( dla zakresu z= 500 mV) 

 

Sprawdzić następnie czy błąd pojedynczego wskazania  wartości napięcia na 

multimetrze zawiera się w przedziale  ± Δ

gm

 , wg procedury: 

• 

Wybrać największe wskazanie z 10 odczytanych wartości napięcia na 
multimetrze U

MAX

 

• 

obliczyć  błąd pomiaru E

w

 = U

MAX

 – U 

• 

policzyć odchylenie standardowe pojedynczego pomiaru wg równania 
𝑢(𝑊) = �

∑(𝑤

𝑖

−𝑊

� )

2

(𝑛−1)

  , gzie n= 10 

• 

sprawdzić czy u(W) jest większe od  błędu rozdzielczości liczonego  z równania , 

gdzie d= 0,01 mV: jeżeli tak to przyjąć, że δ

rw

 = 0 i u(

δ

rw

) = 0 

• 

u(N)  liczyć tak jak w poprzednim przykładzie 

• 

przyjąć    δ

wo

= 0   oraz       u(δ

wo

) = 0 

 

Policzyć  wartość  błędu  wskazania  E

w

  z równania, 

niepewność  u(E

w

)  oraz 

niepewność  rozszerzoną  na  poziomie  ufności α=0,95  ( współczynnik  rozszerzenia 

k=2); Niepewność rozszerzona U(E

w

)= k·u(E

w

). 

   

Sprawdzić  czy  E

w

±U(E

w

)  <=  Δ

gm

błąd  graniczny  multimetru    Δ

gm

= ±0,02% 

wartości wskazanej +0,016%zakresu ( dla zakresu z= 500 mV) 

 

 

 

background image

14 

 

5. PYTANIA KONTROLNE 

1.  Za

sada działania termoelementów 

2. 

Zasada działania termometrów oporowych 

3. 

Wymienić przykładowe termoelementy i termometry oporowe 

4. 

Co to jest wzorcowanie przyrządów 

5. 

Co to jest sprawdzanie przyrządów 

6.  Równanie na 

błąd wskazania, z wyjaśnieniem wielkości wchodzących w jego skład. 

7.  Co to jest 

błąd symetryczny i poprawka 

 
6. LITERATURA 

1. L. Michalski, K. Eckersdorf, J. Kucharski: 

Termometria. Przyrządy i metody, Politechnika 

Łódzka, Łódź 1998 
2. M. Nau: Elektrische Temperaturmessung, JUMO GmbH ECO.KG, Fulda, Fulda 
November 2004 
3. J. Arendarski: 

Niepewność pomiarów, Oficyna wydawnicza Politechnika Warszawskiej, 

Warszawa 2006 

Data wykonania instrukcji: 

19.10.2010 

 


Document Outline