POCETNA STRANA

 
SEMINARSKI RAD IZ ELEKTRONIKE
OSTALI SEMINARSKI RADOVI IZ ELEKTRONIKE / ELEKTROTEHNIKE
Diode-seminarski rad
Primenjena elektronika-seminarski rad
 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Ispitivanje termoparova

1. Termoparovi. Princip rada i vrste termoparova

 Termoparovi su jedni od najjednostavnijih i najkorištenijih temperaturnih senzora. Široku primenu imaju u nauci i industriji.

Termopar je senzor za merenje temperature, čija se konstrukcija sastoji u tome da su dva različita metala spojena na jednom kraju. Kada se ta tačka spoja izloži promeni temperature – grijanju ili hlađenju, dolazi do pojave napona – razlike potencijala na priključcima termopara. Pokazuje se da između vrednosti generisanog napona i temperature postoji funkcionalna zavisnost koja se može i matematički opisati. Rad termopara bazira se na tzv. Seebeckovom efektu.

 Thomas Johann Seebeck je 1821. godine otkrio da kolo sastavljeno od dva različita metala sa spojevima na različitim temperaturama dovodi do pojave otklona magnetne igle kompasa, što ga je navelo na pomisao da je taj otklon nastao kao posledica indukovanog magnetnog polja koje je opet posledica razlike temperatura. Daljim istraživanjima se došlo do zaključka da je u ovom kolu indukovana električna struja koja prema Amperovom zakonu dovodi do otklona magnetne igle.

Uz objašnjene rada termopara

Slika 1. Uz objašnjene rada termopara

 

 Razlika potencijala između krajeva ovakvog kola čija su dva spoja na različitim temperaturama, kao na slici 1, direktno je proporcionalna razlici temperatura mernog (toplog) i referentnog (hladnog) kraja termopara, i ni na koji način ne zavisi od raspodjele temperatura duž metala između spojeva .

ΔV = α(Th - Tc)

 Taj faktor proporcionalnosti se naziva relativni Seebeckov koeficijent ili termoelektrična snaga bimetalnog para i u opštem slučaju taj koeficijent zavisi od temperature u odnosu na koju merimo temperaturnu razliku. Seebeckov koeficijent se kreće u opsegu od 5 µV/°C do 50 µV/°C za najčešće korištene termoparove.

 

 Pošto se termoparom meri razlika temperatura, da bi se merenje uopšte moglo obaviti neophodno je da bude poznata temperatura na referentnom ili tzv. hladnom kraju. Jedan način je da se referentni kraj drži na temperaturi 0°C. Na ovaj način se olakšava merenje, jer će napon na izlazu sigurno biti jednak nuli ako je temperatura okoline jednaka 0°C. Drugi i nešto pouzdaniji pristup je da se izvrši kompenzacija hladnog kraja na način da se izlazu termopara dodaje napon kompenzacije, te se tako stvara privid da je hladni kraj na 0°C bez obzira na to kolika je stvarna temperatura. Ukoliko se ovaj napon kompenzacije podesi tako da bude proporcionalan promeni temperature na isti način kao i termopar na taj način će se eliminisati uticaj promena temerature hladnog kraja termopara na izlazni napon.

 

Osnovne karakteristike termopara kao senzora su:

- jednostavna konstrukcija – sastoji se od dve metalne žice koje su zalemljene ili zavarene jedna za drugu u jednoj tačci

- široko merno područje–može da se koristi za merenje temperatura od 250°C pa sve do 1800 °C

- niska cena – termopar je konstruisan od metalne žice

 - Jednoznačna zavisnost od TEMS (Termo elektromotorna sila)

 - Dobra osetljivost (dobar odziv) i linearnost

 - Mogućnost izrade u obliku žice

 - postojnost karakteristike

 

 Prilikom izbora termopara za željenu primenu, neophodno je voditi računa o tipu termopara, načinu izolacije i konstrukciji sonde. Svi ovi parametri imaju uticaj na merni opseg termopara, tačnost očitavanja i pouzdanost senzora. Najčešća podjela ovih senzora zasniva se na izboru materijala od kojih je senzor načinjen, i to:

 

- Tip K (Hrom / Aluminijum)

Ovo je termopar opšte namene. Jeftin je i dostupan u različitim realizacijama mernih sondi. Merni opseg ovog termopara je od 200 °C do +1200 °C, a osjetljivost približno 41 μV/°C.

 

- Tip E (Hrom / Konstantan)

Ovo je termopar pogodan za primenu na niskim temperaturama – kriogena primena, a ovo je stoga što se njegov izlaz menja kao 68 μV/°C. Jedna od njegovih karakteristika je da se ne može magnetisati.

 

- Tip J (Gvožđe / Konstantan)

Tip J ima ograničeno merno područje (40 to +750 °C) te je stoga manje popularan nego tip K. Uglavnom se primenjuje u sprezi sa starijom opremom koja ne može da funkcioniše sa modernim tipovima termopara. Ovaj tip ne bi trebao da se koristi na temperaturama iznad 760 °C pošto tada može da dođe do nepovratne dekalibracije termopara.

 

- Tip N (Nicrosil / Nisil)

Ovaj tip termopara ima veliku stabilnost i visoku otpornost na visoke temperature, te je stoga pogodan za merenje na visokim temperaturama po povoljnijoj ceni nego tipovi koji u svom sastavu imaju platinu. Ovaj tip je poznat i kao unapređena varijanta tipa K, i postaje sve popularniji.

 

 Termoparovi tipa B, R i S u svom sastavu imaju plemenite metale, a takođe imaju i nešto bolje karakteristike. Odlikuju se visokom stabilnošću, ali imaju nedostatak – nisku osjetljivost reda 10 μV/°C. Iz tog razloga se uglavnom koriste samo za merenja na visokim temperaturama (>300 °C).

 

- Tip B (Platina / Rodijum)

Termoparovi ovog tipa koriste se za merenja na temperaturama do 1800 °C. Imaju lošu osobinu da im je vrednost izlaznog napona jednaka na temperaturi 0 °C i 42 °C (zbog oblika njihove V=f(T)

karakteristike) , pa se zbog toga ne koriste za merenja na temperaturama ispod 50 °C.

 

- Tip R (Platina / Rodijum)

Koriste se za merenja na temperaturama do 1600 °C. Jako su skupi, pa se zbog toga i zbog svoje male osjetljivosti (10 μV/°C) ne koriste u aplikacijama opšte namene.

 

- Tip S (Platina / Rodijum)

Koriste se za merenja na temperaturama do 1600 °C. I oni imaju malu osjetljivost (10 μV/°C) i visoku cenu, pa se ne koriste u aplikacijama opšte namene. Tip S se zbog svoje velike stabilnosti koristi u kalibraciji tačke topljenja zlata (1064.43°C).

 

 Izbor optimalnog tipa termopara (metali koji se koriste u konstrukciji) se bazira na temperaturi za koju se predviđa korištenje ovog termopara, atmosferi, zahtevanoj duljini, tačnosti i ceni. Ako je potrebna zamena termopara, najvažnije je da tip novog termopara odgovara mernom instrumentu koji se koristi. Različiti tipovi permopara imaju različite krive izlaznih napona kao što je dato na slici 2. Isto tako je vrlo bitno da se koristi ista vrsta materijala žice termopara ili produžetka sve do mernog instrumenta, inače može doći do vrlo velikih grešaka.

Dužina žice termopara: Izbor dužine žice koja se koristi u senzoru zavisi u najpre od primene. Uopšteno, kada se zahtjeva duža primena za visoke temperature treba koristiti duže žice. Kada nam je najbitnija preciznost dobro je  koristiti kraću žicu.

 

Zavisnost izlaznog napona od temperature

 

Slika 2. Zavisnost izlaznog napona od temperature

 2. Opis mernog sistema

 

 Izgled našeg mernog sistema dat je na slici 3. Dakle, sistem se sastoji od četiri međusobno povezane komponente. Najpre se termoparovi, tj. njihovi vrući krajevi izlažu visokoj temperaturi uz pomoć Heraeus peći, dok se njihovi hladni krajevi, odnosno referentni krajevi, održavaju na konstantonj temperaturi uz pomoć kompenzatora. Podaci koji se dobijaju iz Univerzalne merne stanice, UMS2000, očitavaju se na računaru.

 

 

Merni sistem za testiranje termoparova

 

Slika 3. Merni sistem za testiranje termoparova

 

Peć za žarenje

Kao šti je već spomenuto, koristićemo peć tipa Heraeus. Osnovne karakteristike ove peći su:

- Snaga 3.2 KW

- Maksimalna temperatura 1100 °C

 

Vrednost temperature koju ova peć može da dostigne dovoljna je za testiranje termoparova, a ta temperatura može biti regulisana svojim regulatorom ili pomoću merne stanice.

Peć ima mogućnost testiranja 8 termoparova koji se uvode u peć pomoću masivnog metalnog valjka koji se naziva homogenizatorom. On služi da uspori i stabilizuje proces zagrevanja i da obezbedi ravnomernu prostornu rasopdelu temperature.

 

Kompenzator

Dakle pošti znamo da je potrebno obezbediti određenu referentnu vrednost temperature refernetrnog spoja termopara, najlakše je i najpovoljnije za tačnost merenja koristiti temperaturu referentnog spoja od 0°C. Za tu svrhu koristimo kompenzator.

 

Univerzalna merna stanica UMS2000

Njene osnovne karakteristike su:

 - koristi mikrokontroler M68HC11

 - 14 bitna konverzija

- asinhrona komunikacijau vidu direktne veze, brzine 9600 bps i sa parametrima prenosa 8N1

 Merna stanica je možemo reći glavni deo ovog mernog sistema, iako i bez drugih komponenti sistem ne bi funkcionisao. U njoj se odvija niz postupaka koji omogućavaju dobijanje rezultata sa željenom tačnošću u obliku pogodnom za računar. Ona vrši upravljanje peći, uzorkuje analogni signal, kondicionira i samim tim vrši A/D konverziju.

Da bi merenje bilo tačnije vrše se tri merenja, pri zadatoj temperaturi za svaki termopar.

Za stabilizaciju ulaza uvedeno je kašnjenje od 150 ms, koje je dobijeno eksperimentalno, dakle iz iskustava, pri projektovanju sistema.

 

Računar

Računar ima sledeće karakteristike:

 - Pentium I (760MHz)

 - Softver koji je potreban za merni postpak SCADA UMP2000

 

 

3. Zadatak vežbe

 

- Izvršiti merenja i odrediti radnu krivu za svaki od uzoraka termoparova (Pt – Rd-Pt) u odnosu na zadati etalon.

 

- Merenja vršiti u temperaturnom opsegu od sobne temperature do 5000°C u koracima po 200°C.

 

NAPOMENA: Merenja smo vršili u zavisnosti od vremena, imali smo u konkretnom slučaju naša grupa 8 merenja (t0-t7).

 

- Radnu krivu aproksimirati pravom linijom i odrediti njen nagib.

 

- Odstupanja u odnosu na etalon prikazati kao apsolutne i relativne greške.

 

- Izveštaj uraditi u Excel-u, a osim traženih numeričkuh i grafičkih podataka, opisati postupak rada i predstaviti i principijelnu šemu mernog sistema.

 

 

Blok šema mernog sistema

 

 

Slika 4. Blok šema mernog sistema

4. Opis mernog postupka

 

Hereaus peć se uključuje na početku dana, bilo manuelno, ili preko PC-računara. Zadavanje merne temperature vrši se selekcijom jedne od 10 vrednosti (0, 100, 200, … 900°C) nakon čega se 8-bitni binarni ekvivalent prosleđuje mernoj stanici.

U peć za žarenje smesten je etalon (termopar koji je provereno ispravan i u odnosu na koji se vrši poređenje svih ostalih) i ostali termoparovi koji se testiraju (najviše njih osam istovremeno) u našem slučaju to su termoparovi na bazi platine i legure platina-rodijum.

Proces merenja počinje komandom start merenja u našoj aplikaciji koji koristimo za merenje – SCADA UMP2000 (slika 1.). Nakon zadavanja komande, putem odgovarajućeg interfejsa, PLC prihvata komandu i započinje merni postupak:

- isključi grejač

- započinje merenje procedurom koja podrazumeva odabir ulaznog kanala i to:

 

  - vrši se adresiranje kanala etalona i nakon 500ms izvrši se merenje.

- vrši se adresiranje kanala sledećeg termopara i nakon 500 ms izvrši merenje.

 

Ovakva procedura merenja se pri svakoj temperaturi i za svaki termopar izvrši tri puta.

Podaci pri merenju se putem interfejsa prenose u računar, vrši se njihova verifikacija i upisuju se u odgovarajuču datoteku. Podaci u datoteci predstavljaju dekadne podatke merenja proporcionalne elektromotorinoj sili na termoparovima. Datoteka ima sledeću organizaciju:

 

Etalon  TP01 Etalon TP02 Etalon TP03 Etalon TP04 Etalon TP05 Etalon TP06 Etalon TP07 Etalon

 

Paralelno sa merenjem putem mernog sistem, podaci o temperaturi termpara i temperaturi referentnog spoja, o naponu i struji se sa odgovarajućih mernih urećaja zapisuju i ručno radi verifikacije ispravnosti podataka.

Ovaj postupak merenje se ponavlja na svakih 200°C.

 

 

 

  
Slika 1.

 

5. Rezultati merenja

 

  Opisani merni postupak izvršen je 27. decembra 2010. godine u vremenskom intervalu 11.15 – 13.00 časova u prostorijama Laboratorije za termoparove Istituta za bakar u Boru. Opseg merenja kretao se u temperaturnom rasponu 196°C-753°C, pri sobnoj temperaturi u temperaturnom rasponu 18.7°C -19.4°C.

 

5.1. Izvorni rezultati (datoteka)

 

  Rezultat merenja, kao što smo prethodno naglasili, je datoteka (file) pera 27122010.txt, čiji slogovi sadrže dekadne podatke merenja proporcionalne elektromotornoj slili na termoparovima sukcesivno prema nacinu merenja.

Izgled ovog fajla za naše merenje je:

 

 

 

NAPOMENA: Iz izvornog pera 27122010.txt nećemo koristiti vrednosti koje se odnose na TP1 jer on nije bio u peći i vrednosti koje su date u pera 27122010.txt nisu merodavne.

Takođe možemo da iz dalje analize izuzmemo i vrednosti koje se odnose na TP2, opsege merenja pod rednim brojevima 6, 7 i 8, jer dovode do pojave ogromnih apsolutnih i relativnih grešaka, odnosno pikova na graficima što navodi na zaključak da su pogrešna. Navedena merenja su označena crvenom bojom.

5.2. Rezultati korišćeni u analizi

 

U tabeli 1. su prikazani podaci koje ćemo uzeti u obzir prilikom analize, dakle bez merenja koja su označena crvenom bojom u datoteci pera 27122010.txt. Iz analize nisu izuzete vrednosti koje se odnose na TP2 i TP3, opsege merenja pod rednim brojem 8.

S obzirom da ne uzimamo u obzir prvi termopar nema svrhe ni da uzimamo vrednost etalona za njega, odnosno prvu kolonu u pera 27122010.txt.

 

 

Redni broj

T[°C]

Vrednosti

Etalon

TP2

Etalon

TP3

Etalon

TP4

Etalon

TP5

Etalon

TP6

Etalon

TP7

Etalon

1

196

1089

1078

1091

1114

1095

1077

1093

1078

1094

1106

1096

1098

1098

1101

1090

1103

1125

1104

1083

1105

1087

1107

1115

1108

1110

1110

1112

1102

1114

1138

1115

1095

1116

1098

1118

1127

1120

1122

1121

2

226

1830

1908

1830

1915

1832

1878

1832

1871

1833

1882

1832

1851

1833

1833

1913

1833

1920

1834

1882

1835

1876

1836

1885

1836

1853

1836

1842

1921

1841

1929

1842

1885

1842

1877

1844

1888

1844

1858

1844

3

273

2610

2671

2608

2707

2611

2611

2611

2590

2613

2622

2614

2602

2616

2618

2681

2619

2718

2620

2621

2621

2599

2623

2632

2625

2613

2626

2628

2693

2629

2729

2631

2632

2632

2610

2633

2642

2634

2622

2236

4

327

2941

3092

2941

3120

2942

3003

2944

2986

2943

3020

2943

2957

2945

2946

3099

2947

3126

2950

3009

2951

2991

2952

3026

2951

2963

2951

2952

3105

2954

3132

2955

3015

2954

2995

2954

3032

2957

2972

2958

5

419

5030

5279

5032

5335

5034

5057

5036

5007

5039

5055

5042

5018

5043

5046

5297

5049

5352

5051

5074

5052

5024

5055

5070

5057

5033

5058

5061

5313

5063

5368

5065

5088

5067

5038

5070

5084

5072

5047

5075

6

512

6246

6616

6247

6674

6248

6285

6251

6215

6253

6267

6255

6224

6257

6261

6633

6263

6691

6266

6301

6267

6231

6269

6282

6271

6239

6273

6276

6650

6278

6707

6280

6316

6282

6245

6284

6296

6285

6254

6287

7

651

8871

9618

8786

9728

9251

9214

9225

9161

9240

9212

9235

9201

9221

8881

9718

8886

9748

9251

9274

9250

9172

9253

9252

9255

9202

9257

8961

9942

9264

9787

9269

9303

9272

9199

9275

9278

9277

9228

9280

8

753

9286

1935

9289

10486

9292

9616

9298

9153

9301

9531

9304

9456

9305

9312

1939

9313

10509

9317

9636

9320

9160

9322

9549

9323

9475

9330

9312

1941

9313

10509

9317

9636

9320

9160

9322

9549

9323

9475

9330

 

Tabela 1. Prikaz vrednosti koje ulaze u analizu

 

 

5.3. Prikaz usrednjenih vrednosti

 

U tabeli 2. su prikazane usrednjene vrednosti za etalone i pojedinačno za svako od tri merenje za određenu temperaturu, a i ukupna srednja vrednost pri datoj temperaturi.

 

 

Redni broj

T[°C]

Etalon

Vrednosti merenja

Srednje vrednosti za pojedinačna merenja

Konačne srednje vrednosti

1

196

1089

1091

1095

1093

1094

1096

1098

1093,71

1104,9

1101

1103

1104

1105

1107

1108

1110

1105,42

1112

1114

1115

1116

1118

1120

1121

1115,57

2

226

1830

1830

1832

1832

1833

1832

1833

1831,71

1836,37

1833

1833

1834

1835

1836

1836

1836

1834,71

1842

1841

1842

1842

1844

1844

1844

1842,71

3

273

2610

2608

2611

2611

2613

2614

2616

2611,85

2602,75

2618

2619

2620

2621

2623

2625

2626

2621,71

2628

2629

2631

2632

2633

2634

2236

2574,71

4

327

2941

2941

2942

2944

2943

2943

2945

2942,71

2949,09

2946

2947

2950

2951

2952

2951

2951

2949,71

2952

2954

2955

2954

2954

2957

2958

2954,85

5

419

5030

5032

5034

5036

5039

5042

5043

5036,57

5052,23

5046

5049

5051

5052

5055

5057

5058

5052,57

5061

5063

5065

5067

5070

5072

5075

5067,57

6

512

6246

6247

6248

6251

6253

6255

6257

6251

6266,61

6261

6263

6266

6267

6269

6271

6273

6267,14

6276

6278

6280

6282

6284

6285

6287

6281,71

7

651

8871

8786

9251

9225

9240

9235

9221

9118,42

9164,76

8881

8886

9251

9250

9253

9255

9257

9147,57

8961

9264

9269

9272

9275

9277

9280

9228,28

8

753

9286

9289

9292

9298

9301

9304

9305

9296,42

9311,85

9312

9313

9317

9320

9322

9323

9330

9319,57

9312

9313

9317

9320

9322

9323

9330

9319,57

 

 

Tabela 2. Usrednjene vrednosti etalona

 

U tabeli 3. su prikazane usrednjene vrenosti za etalone i za termoparove koji ulaze u anlizu.

 

Redni broj

T[°C]

Vrednosti

Etalon

TP2

TP3

TP4

TP5

TP6

TP7

1

196

1100,66

1090

1125,66

1085

1087,66

1116

1110

2

226

1835

1914

1921,33

1881,66

1874,66

1885

1854

3

273

2618,66

2618,66

2718

2621,33

2599,66

2632

2612,33

4

327

2946,33

3098,66

3126

3009

2990,66

3026

2964

5

419

5045,66

5296,33

5351,66

5073

5023

5069,66

5032,66

6

512

6261

6633

6690,67

6300,66

6230,33

6281,66

6239

7

651

8904,33

9759,33

9754,33

9263,66

9177,33

9247,33

9210,33

8

753

9303,33

1938,33

10501,33

9629,33

9157,66

9543

9468,66

 

Tabela 3. Usrednjene vrednosti etalona i termoparova za svaku merenu temperaturu

 

Na grafiku 1. dat je uporedni grafički prikaz srednjih vrednosti etalona i termoparova pri temperaturama na kojima su testirani.

 

 

Grafik 1. Usrednjene vrednosti etalona i termoparova

 

5.4. Apsolutne i relativne greške

 

Nakon usrednjavanja dobijenih rezultata formiramo tabelu 4. apsolutnih grešaka dekadnih ekvivalenta TEMS termoparova u odnosu na etalon.

 

Apsolutne greške se rašunaju po obrascu:

 

 

Redni broj

T[°C]

Apsolutne greške

ΔTP2

ΔTP3

ΔTP4

ΔTP5

ΔTP6

ΔTP7

1

196

10,66

25

15,66

13

15,34

9,34

2

226

107

86,33

46,66

39,66

50

19

3

273

0

99,34

2,67

19

13,34

6,33

4

327

152,33

179,67

62,67

44,33

79,67

334

5

419

250,67

306

27,34

22,66

24

13

6

512

372

429,67

39,66

30,67

20,66

22

7

651

855

850

359,33

273

343

306

8

753

7365

1198

326

145,67

239,67

165,33

 

Tabela 4. Apsolutne greške usrednjenih vrednosti

 

Grafički prikaz apsolutnih grešaka prikazan je na graficima 4a.,4b.,4c.

U grafiku 2b. je izostavljen TP2, a u grafiku 2c. su izostavljeni TP2 i TP3, radi boljeg grafičkog prikaza termoparova sa manjom greškom.

 

Graficki prikaz apsolutnih vrednosti  

Grafik 2a. Grafički prikaz apsolutnih vrednosti

 

 

 

Graficki prikaz apsolutnih vrednosti  


Grafik 2b. Grafički prikaz apsolutnih vrednosti

 

 

 

 

Graficki prikaz apsolutnih vrednosti 

Grafik 2c. Grafički prikaz apsolutnih vrednosti

 

U tabeli 5. ćemo sada prikazati i relativne greške dekadnog ekvivalenta TEMS pri merenjima.

 

Relativne greške se računaju po obrascu:

 

 

δTP[%]=δTP*100%

 

Redni broj

T[°C]

Relativne greške

δTP2[%]

δTP3[%]

δTP4[%]

δTP5[%]

δTP6[%]

δTP7[%]

1

196

0,96

2,27

1,42

1,18

1,39

0,84

2

226

4,30

4,70

2,54

2,16

2,72

1,03

3

273

0

3,79

0,1

0,72

0,350

0,24

4

327

5,17

6,09

2,12

1,50

2,70

0,5

5

419

4,96

6,06

0,5

0,44

0,47

0,25

6

512

5,94

6,86

0,6

0,48

0,32

0,35

7

651

9,60

9,54

4,03

3,06

3,95

3,43

8

753

79,16

12,87

3,50

1,56

2,57

1,77

 

Tabela 5. Relativne greške usrednjenih vrednosti

 

Grafički prikaz prikaz relativnih grešaka prikazan je na graficima 3a.,3b.,5c,3d.

U grafiku 3b. je izostavljen TP2, a u grafiku 3c. su izostavljeni TP2 i TP3, radi boljeg grafičkog prikaza termoparova sa manjom greškom.

 

  


Grafik 3a. Grafički prikaz relativnih grešaka

 

 


Grafik 3b. Grafički prikaz relativnih grešaka

 

 

 

 

Grafik 3c. Grafički prikaz relativnih grešaka

 

 

 

Grafik 3d. Grafički prikaz relativnih grešaka

 

 

5.5. Prikaz pojedinačnih termoparova u odnosu na etalon

 

Najpre ću prikazati etalon, odnosnu njegovu radnu krivu, dobijenu iz usrednjenih vrednosti u poglavlju 5.3. Radna kriva etalona je data na grafiku 4.

 

 

 


Grafik 4. Radna kriva etalona

 

U tabeli 6. date su merene vrednosti za TP2, usrednjene vrednosti za date temperature, kao i apsolutna i relativna greška u odnosu na etalon pri odgovarajućim temperaturama.

Redni broj

T[°C]

TP2

Etalon

Apsolutna greška

Relativna greška [%]

Vrednosti merenja

Srednja Vrednost

Srednja vrednost za dati termopar

1

196

1078

1090

1100,66

10,66

0,96

1090

1102

2

226

1908

1914

1835

79

4,30

1913

1921

3

273

2671

2618,66

2618,66

0

0

2681

2693

4

327

3092

3098,66

2946,33

152,33

5,17

3099

3105

5

419

5279

5296,33

5045,66

250,67

4,96

5297

5313

6

512

6616

6633

6261

372

5,94

6633

6650

7

651

9618

9759,33

8904,33

855

9,6

9718

9942

8

753

1935

1938,33

9303,33

7365

79,16

1939

1941

 

Tabela 6. Sređene vrednosti za TP2

Na grafiku 5. imamo dat uporedni prikaz radne krive termopara i etalona

 

 

Grafik 5. Uporedni prikaz krivi etalona i TP2

 

U tabeli 7. date su merene vrednosti za TP3, usrednjene vrednosti za date temperature, kao i apsolutna i relativna greška u odnosu na etalon pri odgovarajućim temperaturama.

 

Redni broj

T[°C]

TP3

Etalon

Apsolutna greška

Relativna greška [%]

Vrednosti merenja

Srednja Vrednost

Srednja vrednost za dati termopar

1

68

1114

1125,66

1102,66

23

2,08

1125

1138

2

192

1915

1921,33

1834,66

86,67

4,72

1920

1929

3

292

2707

2718

2618,66

99,34

3,79

2718

2729

4

398

3120

3126

2947,33

178,67

6,06

3126

3132

5

489

5335

5351,66

5048

303,67

6,01

5352

5368

6

580

6674

6690,67

6262,66

428,01

6,83

6691

6707

7

704

9728

9754,33

8978,66

775,67

8,63

9748

9787

8

813

10486

10501,33

9305

1196,33

12,85

10509

10509

Tabela 7. Sređene vrenosti za TP3

Na grafiku 6. imamo dat uporedni prikaz radne krive termopara TP3 i etalona.

 

Grafik 6. Uporedni prikaz krivi etalona i TP3

 

U tabeli 8. date su merene vrednosti za TP4, usrednjene vrednosti za date temperature, kao i apsolutna i relativna greška u odnosu na etalon pri odgovarajućim temperaturama.

Redni broj

T[°C]

TP4

Etalon

Apsolutna greška

Relativna greška [%]

Vrednosti merenja

Srednja Vrednost

Srednja vrednost za dati termopar

1

68

1077

1085

 

1104,66

19,66

1,77

1083

1095

2

192

1878

1881,66

 

1836

45,66

2,48

1882

1885

3

292

2611

2621,33

2620,66

0,67

0,02

2621

2632

4

398

3003

3009

 

2949

60

2,03

3009

3015

5

489

5057

5073

 

5050

23

0,45

5074

5088

6

580

6285

6300,66

6264,66

36

0,57

6301

6316

7

704

9214

9263,66

 

9257

6,66

0,07

9274

9303

8

813

9616

9629,33

9308,66

320,67

3,44

9636

9636

Tabela 8. Sređene vrednosti za TP4

 

Na grafiku 7. imamo dat uporedni prikaz radne krive termopara TP4 i etalona.

 

Grafik 7. Uporedni prikaz krivi etalona i TP4

 

 

 

U tabeli 9. date su merene vrednosti za TP5, usrednjene vrednosti za date temperature, kao i apsolutna i relativna greška u odnosu na etalon pri odgovarajućim temperaturama

Redni broj

T[°C]

TP5

Etalon

Apsolutna greška

Relativna greška [%]

Vrednosti merenja

Srednja Vrednost

Srednja vrednost za dati termopar

1

68

1078

1087,66

1104,66

17

1,53

1087

1098

2

192

1871

1874,66

1836,33

38,33

2,08

1876

1877

3

292

2590

2599,66

2621,33

21,67

0,82

2599

2610

4

398

2986

2990,66

2949,66

41

1,38

2991

2995

5

489

5007

5023

5051,66

28,66

0,56

5024

5038

6

580

6215

6230,33

6266,66

36,33

0,57

6231

6245

7

704

9161

9177,33

9249

71,67

0,77

9172

9199

8

813

9153

9157,66

9312,66

155

1,66

9160

9160

Tabela 9. Sređene vrednosti za TP5

Na grafiku 8. imamo dat uporedni prikaz radne krive termopara TP5 i etalona.

 

 


Grafik 8. Uporedni prikaz krivi etalona i TP5

 

U tabeli 10. date su merene vrednosti za TP6, usrednjene vrednosti za date temperature, kao i apsolutna i relativna greška u odnosu na etalon pri odgovarajućim temperaturama.

Redni broj

T[°C]

TP6

Etalon

Apsolutna greška

Relativna greška [%]

Vrednosti merenja

Srednja Vrednost

Srednja vrednost za dati termopar

1

68

1106

1116

1106,33

9,67

0,87

1115

1127

2

192

1882

1885

1837,66

47,34

2,57

1885

1888

3

292

2622

2632

2623

9

0,34

2632

2642

4

398

3020

3026

2949,66

76,34

2,58

3026

3032

5

489

5055

5069,66

5054,66

15

0,29

5070

5084

6

580

6267

6281,66

6268,66

13

0,20

6282

6296

7

704

9212

9247,33

9256

8,67

0,09

9252

9278

8

813

9531

9543

9315

228

2,44

9549

9549

Tabela 10. Sređene vrednosti za TP6

 

Na grafiku 9. imamo dat uporedni prikaz radne krive termopara TP6 i etalona.

 


Grafik 9. Uporedni prikaz krivi etalona i TP6

 

U tabeli 11. date su merene vrednosti za TP7, usrednjene vrednosti za date temperature, kao i apsolutna i relativna greška u odnosu na etalon pri odgovarajućim temperaturama.

Redni broj

T[°C]

TP7

Etalon

Apsolutna greška

Relativna greška [%]

Vrednosti merenja

Srednja Vrednost

Srednja vrednost za dati termopar

1

68

1098

  1110

1108

2

0,18

1110

1122

2

192

1851

1854

1837,33

16,67

0,90

1853

1858

3

292

2602

2612,333

2624,33

12

0,45

2613

2622

4

398

2957

2964

2950,33

13,67

0,46

2963

2972

5

489

5018

5032,667

5057

24,34

0,48

5033

5047

6

580

6224

6239

6270,33

31,33

0,49

6239

6254

7

704

9201

9210,333

9255,66

45,33

0,48

9202

9228

8

813

9456

9468,667

9316,66

152

1,63

9475

9475

Tabela 11. Sređene vrednosti za TP7

 

Na grafiku 10. imamo dat uporedni prikaz radne krive termopara TP7 i etalona.

 

 


Grafik 10. Uporedni prikaz kriva etalona i TP7

  Zaključak

 

Treba napomenuti da su posmatrana merenja vršena u opsegu sobne temperature od 18.7 °C -19.4 °C, te postoji mogućnost da su se ova odstupanja, odnosno greške merenja, javila kao posledica nesavršenosti mernog procesa, odnosno uslova merenja. Merenja su trebala biti izvršena pri konstantnoj temperaturi od 0°C.

Konačan sud o termoparovima koje testiramo možemo doneti na osnovu valjanih merenja koja su korišćena u analizi. Takođe treba napomenuti da do greške može doći i usled kratkog vremenskog intervala merenja i između merenja.

Za izbor termopara u zavisnosti od očekivanog temperaturnog opsega najpogodnije je koristiti tabelu 5.  i grafik 3a., 3d.,  relativnih grešaka date u poglavlju 5.4.

 

Tabela 12. prikazuje karakteristike termoparova u pogledu relativne greške i definiše temperaturne oblasti njihove primene.

 

Relativne greške pri temperaturnim opsezima

Termopar

0-200 [°C] δTP

200-400 [°C] δTP

400-550 [°C] δTP

550-800 [°C] δTP

TP2

<1%

>5%

>6%

<9%

TP3

>2%

>5%

<6%

<9%

TP4

>1%

>3%

>1%

<5%

TP5

>1%

>3%

>1%

<4%

TP6

>1%

>3%

>1%

<4%

TP7

<1%

>2%

>1%

<4%

 

Tabela 12. Relativne greške pri datim temperaturnim opsezima

 

Dakle iz tabele primećujemo sledeće odlike za termoparove:

 

  • za temperature ispod 200°C svi termoparovi mere sa malo većom greškom, ali TP2 i TP7 mere sa najmanjom greškom.
  • za temperaturni opseg od 200°C do 400 °C svi imaju veliku gresku
  • za temperaturni opseg od 400°C do 550°C termoparovi TP4, TP5, TP6 i TP7 su dosta precizni i mogu se koristiti jer je relativna greška skoro 1%.
  • za temperaturni opseg veći od 550°C termoparovi svi imaju veliku gresku

 

 

NAPOMENA: Usrednjavanje vrednosti vršeno je primenom aritmetičke sredine, kao najpogodnije za ovakvo posmatranje i analizu rezultata. Prilikom analize i diskusije za izračunavanje i predstavljanja dobijenih rezultata korišćen je programski paket Microsoft Excel.

 

Literatura

 

 

  • PODSISTEM ZA INTEGRACIJU UMS u merni sistem D.R. Milivojević, V.Despotović, V.Tasić, Z.Eskić Institut za bakar Bor
  • SENZORI I AKTUATORI dr Dragan Petković predavanja TFBor

Besplatni Seminarski Radovi