Kompenzátor NORMA model 317

Přístroj slouží k měření teplot snímači s termoelektrickými články a ke kalibraci milivoltmetrů.

Termoelektrické články se připojují na svorky a a b a na c a d, kalibrovaný milivoltmetr na e a f. Pozor na polaritu. Připojení termoelektrického článku nebo milivoltmetru na svorkách e a f zvolíme přepínačem 11.

Přímé měření teploty
Na stupnici skleněného teploměru okolo potenciometru 2 zjistíme teplotu přístroje a tedy i teplotu srovnávacích spojů připojeného termoelrktrického článku. Knoflíkem potenciometru 2 nastavíme na pomocné stupnici tuto hodnotu. Přístroj tím automaticky kompenzuje vliv srovnávací teploty. Přepínačem 3 zvolíme příslušný typ připojeného termoelektrického článku. U nás se používá typ J, tedy železo-měďnikl, první řádka. Otočením ovladačem 5 pak vynulujeme ručičku na nulovém galvanoměru 1. Na stupnici 6 můžeme zjistit přímo teplotu.

Přímé měření termoelektrického napětí určitého termoelektrického článku
V rámci našich úloh se ovšem měří přímo napětí, protože se měří s větší ctlivostí a tím se dosahuje větší přesnost. Nejprve nastavíme přepínačem rozsah (3) na 0mV (jak je znázorněno na obrázku). Tím se ovšem vyřadí kompenzace srovnávací teploty (přístroj nereaguje na nastavení teploty přístroje ovladačem 2). V tomto případě ovšem musíme teplotu srovnávacích spojů (svorek a a b) přečíst a uvést v protokolu o měření. Změřené termoelektrické napětí odpovídá rozdílu teploty měřené a srovnávací. Vytažením vypínače C připojíme napájení přístroje. Pak přepneme přepínač 4 na měření (přímo do polohy Fein Messung). Otáčíme knoflíkem 5 tak dlouho, až se ručička na měřidle 1 zastaví přesně uprostřed. V tomto okamžiku lze na příslušné (nejnižší) stupnici přečíst napětí v milivoltech. Ryska na stupnici (6) je dvojitá a odečítá se při zákrytu, aby nedošlo k chybě z paralaxy. U ručičky měřidla 1 slouží k odstranění této chyby zrcátko na stupnici přístroje (ručička musí být v zákrytu se zvým obrazem v zrcadle).

Po ukončení měření nezapomeňte odpojit baterii zamáčknutím vypínače C ("tahem zapni, stiskem vypni").

Příklad: Měření časové konstanty t_K resp. doby t_0,63 snímače s termoelektrickým článkem (bez jímky nebo s jímkou)
Na svorky a a b máme připojen termoelektrický článek, který je v nádobce s vodou o teplotě přibližně okolního prostředí; teplotu upřesníme podle zde rovněž vloženého teploměru a označíme ji t₁ (předpokládáme ustálený stav). Teplotu srovnávacích spojů ukazuje stočený skleněný teploměr okolo prvku 2, označme ji t_s. Termoelektrický článek se chystáme vložit do termostatu, vyhřátého na teplotu, kterou lze na něm přečíst na teploměru - označme ji t₂. Nejprve spočítáme teplotu, která představuje 63% teplotního skoku - označme si ji například t_k:

t_k = t₁+ 0,63.(t₂- t₁)

Nyní vypočítáme rozdíl teplot Dt_e = t_k - t_s  pro určení velikosti termoelektrického napětí zmenšeného o hodnotu příslušnou teplotě t_s srovnávacích spojů, tedy:

E_k = f(t_k - t_s)

Nyní již můžeme pro daný rozdíl teplot Dt_e v tabulce pro příslušný termoelektrický článek vyhledat očekávané termoelektrické napětí. Toto napětí nastavíme na ovládacím prvku 5, dolní ze stupnic (pozice 6). Přepneme režim přepínačem 4 na Fein Messung, připojíme baterii a připravíme si stopky. Stopky spustíme v okamžiku vnoření snímače teploty do teplé vody v termostatu. Zastavíme je v okamžiku, kdy ručička na měřidle 1 projde nulou (na stupnici uprostřed). Výsledný čas je právě hledaná časová konstanta t_K, nebo čas t_0,63.

Wheatstoneův můstek NORMA typ 318

Přístroj obsahuje můstek a velmi přesnou dekádu. Umožňuje současně připojení dvou odporových snímačů teploty.

Postup měření
Předpokládejme, že je snímač připojen na levé (první) zdířky (dvouvodičově - svorky w a b). Přepínačem 1 zvolíme dvouvodičové připojení. Přepínačem 3 nastavíme odpor vedení k snímači. Vytažením vypínače B připojíme napájení mostu baterií A.
Při normálním měření bychom nejprve podrželi ovládač 5 v poloze Grob a přibližně nastavili ovladači 6 a 9 hodnotu odporu, aby nedošlo k přetěžování galvanoměru 10. V našem případě postačí před začátkem měření nastavit přibližný očekávaný odpor, například 110W. Při samotném měření pak podržíme ovládač 5 v poloze Fein. Nastavením odporu dekády přepínači 6, 7 a 8 a potenciometrem 9 (popřípadě změnou rozsahu přepínače 11) docílíme vynulování galvanoměru 10. Nastavování lze zjednodušit, pokud všechny přepínače napravo od toho, který chcete přepnout, budou vynulované (nebo je vynulujete před měřením všechny). Poté, co galvanoměr ukáže nulovou výchylku, uvolníme přepínač 5 (měl by se vrátit do polohy Aus) a zjistíme nastavenou hodnotu odporu.

Přepínač 12 by měl být přepnut napravo, v poloze Widestands-Thermometer, jak je naznačeno na obrázku. Pro kontrolu je možné zjistit na stupnici miliampérmetru 13 proud, protékající odporovým snímačem teploty (měřicí proud). Jeho velikost nastavujeme hrubě a jemně potenciometry 14 a 15. Pro měření by se měl použít co nejmenší proud, aby nedocházelo k dodatečnému ohřevu čidla. V našem případě použijeme maximální hodnotu do 5 mA. Hodnota měřicího proudu by měla být v protokolu z měření uvedena, protože ovlivňuje výsledky měření daleko více, než typ použitých přístrojů).

Po ukončení měření nezapomeňte odpojit baterii zamáčknutím vypínače B.

Malé rozsahy slouží pro měření odporu vedení.

Vykreslení grafů zapisovačem BAK

Na přiloženém částečném obrázku je část ovládání zapisovače a oba přípravky. Zapisovač slouží jako voltmetr - pero se ve svislé ose pohybuje v závislosti na připojeném napětí. Citlivost lze přepínat na přepínači, který je vpravo a již se nevešel do obrázku. Měříme malé změny, proto zpravidla použijeme 0,1 V/cm.

Zapisovač zapneme tlačítkem 5. V ploše pro papír jsou dva prosvětlené křížky, sloužící pro ustavení papíru. Vložíme papír a srovnáme jej. Pak tlačítkem 6 papír elektrostaticky upevníme.

Odpojíme všechny kabely. Zapneme vypínač 7 (motory). Ovladač 1 otočíme zcela vpravo (poloha "kalibrováno"). Pak ovladači 3 a 4 a víceotáčkovým potenciometrem 2 nastavíme meze, ve kterých se bude zapisovač při vykreslování os pohybovat. Prvky na obrázku označené červeně patří k vodorovné ose (X, čas), modře označené ke svislé (Y, měřená veličina).

Připojíme požadovanou úlohu (přesvědčíme se, že máme připraven ustálený stav). Stiskneme tlkačítko 8 (spouštění pera) a přesvědčíme se ovladači 2, zda píše. Pokud ano, můžeme si takto připravit označení počátečního stavu. Přesvědčíme se, že na knoflík, označený červenou dvojkou, reaguje zapisovač okamžitým pohybem (jinak se může stát, že zapisovač se nespustí ihned, ale až za jistý čas). Také můžeme opakovaným stiskem tlačítka 9 zvolit typ čáry. Hodnota, přivedená na svorky zapisovače, se přičte k hodnotě nastavené ovladačem 2. Můžeme proto zvolit svislou pozici grafu a namalovat grafy pro oba snímače nad sebe.

Přepínač 10 přepneme na vhodnou rychlost. Pro termistor to může být například 50 nebo 100 mm/s, pro námi upravenou KTY10 (čidlo je ve skleněné trubičce) je spíše vhodná rychlost do 5 mm/s. Rychlost si rozhodně nezapomeňte poznamenat, bez ní nelze záznam vyhodnotit (citlivost není třeba, protože nám nejde o velikost skoku).

Samotné měření je u termistoru náročné na koordinaci. Stiskneme tlačítko 11 (Start), přemístíme (rychle) termistor do jiného prostředí, po ustálení lze stihnout ještě jej přenést zpět (opačný skok). Když zapisovač dokreslí, stiskneme 12 (Stop), pak zvedneme pero (8) a vrátíme se do výchozí polohy tlačítkem 13 (Reset). Někdy je lepší pero z držáku úplně vyndat, aby na grafu nebylo o čáru více. Poznámka - při vyjmutí z horké vody termistor chladne již cestou a tato skutečnost je na vykresleném grafu viditelná.

Svorky, označené souhrnně pozicí 14, umožňují externí spouštění zapisovače.

Písmenka na obrázku přípravků
Světle modrá písmenka - přípravek pro měření diody KTY10, žlutá jsou pro termistor.
a, b - kladný a záporný pól dvanáctivoltového zdroje, c, d - připojení příslušného čidla, e, f - připojení kladného a záporného pólu voltmetru, tedy u nás souřadnicového zapisovače. Samotná čidla samozřejmě nejsou na polaritě závislá.