Laboratorium Termometrii

Kierownik laboratorium: prof. dr hab. inż. Magdalena Piasecka

Pokój 3.21/3.21a bud. B

Rys. 1. Widoki pomieszczeń Laboratorium Termometrii – pokój nr 3.21a w budynku B Politechniki Świętokrzyskiej
Rys. 2. Widok pomieszczeń Laboratorium Termometrii cd – pokój nr 3.21 w budynku B Politechniki Świętokrzyskiej

Podstawowe elementy wyposażenia nowego Laboratorium Termometrii zestawiono w Tabelach 1-10 i pokazano na rysunkach 3-11. Na wyposażeniu laboratorium są m. in. dwa nowoczesne kalibratory temperatury, termometr dwukanałowy o podwyższonej dokładności pomiaru, zestaw czujników termoelektrycznych, w tym termoelementy i czujniki rezystancyjne różnych typów, trzy kamery termowizyjne, kalibrator do kamer termowizyjnych, omometr, przenośne mierniki temperatury oraz parametrów otoczenia, stacja akwizycji danych pomiarowych.

Kalibratory Wika CTD 9100-ZERO i Presys T-650P (rys. 3) służą do kontrolowania temperatury m.in. podczas kalibracji termoelementów, czujników rezystancji, termometrów szklanych, wyłączników termicznych itd.wzakresach i z dokładnościami podanymi odpowiednio w Tabeli 2 i 3. Kalibrator wielofunkcyjny Presys T-650P łączy w sobie następujące funkcje: piec kalibracyjny, termometr wzorcowy oraz kalibrator dla czujników termoparowych i rezystancyjnych. Oferuje możliwość programowania, umożliwiając automatyczną kalibrację czujników wraz z zapisem danych, zarówno we współpracy z komputerem, jak i bez niego.

     

Rys. 3. Widoki pieców kalibracyjnych, będących na wyposażeniu Laboratorium Termometrii, a) Wika CTD 9100-ZERO, b) PRESYS TA-650P

a) Piec kalibracyjny firmy Wika - WIKA CTD9100 – ZERO wyposażony w moduł z konwerterem interfejsu RS-485 na USB 2.0 i oprogramowaniem kalibracyjnym, wraz z oprzyrządowaniem:

Tabela 1. Parametry kalibratora Wika CTD 9100-ZERO

Parametr

Wartości

Zakres pomiarowy

−10 do 100 °C

Dokładność

0,05 K w 0 °C; 0,1 K w innych temperaturach

Rozdzielczość

0,1 °C

Stabilność piecyka

< 0,05 K

Axial uniformity (homogenity)

< 0,05 K

Czas nagrzewania

15 min (z −10 °C do 100 °C)

Czas chłodzenia

5 min (z 23 °C do 0 °C); 10 min (z 100 °C do 0 °C)

b) Piec kalibracyjny firmy Presys - TA-650P wraz z oprzyrządowaniem:

  

Tabela 2. Parametry kalibratora TA-650P

Parametr

Wartości

Zakres pomiarowy

23 − 650 °C

Dokładność wyświetlania

± (0,1 °C + 0,1 % odczytu)

Rozdzielczość

0,01 °C

Niejednorodność promieniowa (radial uniformity, homogenity)

±0,05 °C w 50 °C; ±0,10 °C w 300 °C; ±0,20 °C w 650 °C;

Niejednorodność osiowa (axial uniformity, homogenity)

±0,10 °C w 50 °C; ±0,20 °C w 300 °C; ±0,40 °C w 650 °C;

Czas nagrzewania

18 min (z 50 °C do 650 °C)

Czas chłodzenia

22 min (z 50 °C do 650 °C)

Wielkość gniazda; średnica x głębokość

ɸ32 mm x 124 mm

Waga

10 kg

Wymiary

260 x 200 x 305 mm

Dodatkowo w piecu kalibracyjnym PRESYS TA-650P jest możliwy bezpośredni pomiar termoelementów następujących typów: J, K, T, B, R, S, E, N, U, L i C, a także czujników oporowych typów: Pt-100 (IEC), Pt-100 (JIS), Pt-1000, Cu-10 i Ni-100.

Presys T-30NIR  (rys. 4) to kalibrator podczerwieni generujący temperaturę do pomiaru i wzorcowania mierników na podczerwień (pirometrów). Kalibrator posiada dużą powierzchnię o znanej emisyjności i jednorodnej temperaturze, jest kompatybilny z większością pirometrów dostępnych na rynku. Presys T-30NIRwraz z oprogramowaniem do automatycznej kalibracji ISOPLAN oraz komunikacją przez port RS-232 lub RS-485, pozwala na zautomatyzowanie procesu kalibracji oraz zapis danych. Kalibrator oprócz generowania temperatury, pozwala na bezpośredni pomiar termoelementów typu: J, K, T, E, N i L oraz czujników oporowych typów: Pt-100, Pt-1000, Cu-10 oraz Ni-100. Parametry urządzenia zestawiono w Tabeli 3.

Rys. 4. Widok kalibratora kamer termowizyjnych PRESYS T-30NIR

Kalibrator pirometrów Presys - T-30 NIR 2 wraz z oprzyrządowaniem:

Tabela 3. Parametry kalibratora pirometrów Presys - T-30 NIR 2

Parametr

Wartości

Zakres pomiarowy

−30 do 150 °C

Dokładność z odniesieniem wewnętrznym

± 0,4 °C

Dokładność z zewnętrznym termometrem

± 0,1 °C

Rozdzielczość

0,1 °C

Stabilność piecyka

< 0,1 °C

Czas nagrzewania

15 min (z 25 °C do 150 °C)

Czas chłodzenia

25 min (z 25 °C do − 30 °C)

Emisyjność powierzchni

0,95

Waga

10 kg

Wymiary

215 x 390 x 310 mm

Kamery termowizyjne (rys. 5) są urządzeniami służącymi do pomiaru temperatury przedmiotów poprzez rejestrację promieniowania podczerwonego emitowanego przez te obiekty. Są one szczególnie przydatne w sytuacjach, gdy niemożliwe jest bezpośrednie dotarcie do obiektu, bądź jego zatrzymanie, albo wymagane jest określenie rozkładu temperatur danego przedmiotu. Promieniowanie podczerwone (infradźwiękowe) to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali większej niż światło widzialne, ale mniejszej niż fale radiowe. Promieniowanie podczerwone jest emitowane przez ciała o temperaturze powyżej zera bezwzględnego (tzn. większej niż 0 K). Do odpowiedniego pomiaru temperatury obiektu potrzebne są takie parametry jak emisyjność, odległość od mierzonego przedmiotu, temperatura otoczenia, temperatura atmosfery i wilgotność względna powietrza. Zależnie od ilości detektorów podczerwieni w kamerze termowizyjnej uzyskuje się termogramy o danej rozdzielczości np. do uzyskania rozdzielczości 640x480px potrzebne urządzenie musi posiadać 307 200 detektorów. Każdy piksel to wartość temperaturowa danego detektora podczerwieni, która jest przedstawiana na termogramach (zdjęciach z kamery termowizyjnej) jako kolor z palety barw odpowiadający skali, którą przyjęto podczas wykonywania pomiaru. Na przykład, obszar o niskiej temperaturze może być oznaczony kolorem niebieskim, a obszar o wysokiej temperaturze może być oznaczony kolorem czerwonym.

Kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, dzięki swojej zdolności do wykrywania i pomiaru promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekty m.in. w:

  

a)  
b)  
c)  a
Rys. 5. Widoki kamer termowizyjnych, będących na wyposażeniu Laboratorium Termometrii: a) FLIR E96, b) FLIR A655sc, c) FLIR E60

Zaawansowany super termometr (rys. 6) pozwala na pomiar temperatury z wysoką dokładnością i rozdzielczością 0,001 °C, może być wykorzystywany do kalibracji kilku rodzajów elementów RTD i termopar (Tabela 4). Moduł wykorzystuje wewnętrzne algorytmy do obliczania wartości temperatury z parametryzacji Callendar-Van Dusen (CVD), IPTS-68 i ITS-90. Jako czujnik wzorcowy domyślnie wykorzystywany jest Pt kl. B 1/5 DIN, którego charakterystykę przedstawiono w Tabeli 5.

Rys. 6. Widok precyzyjnego termometru cyfrowego z funkcjami multimetru i stacji akwizycji danych pomiarowych PRESYS STA-510-DT wraz z czujnikiem oporowym Pt100 1/5 DIN

Tabela 4. Podstawowe dane techniczne urządzenia STA-510-DT Firmy Presyss

STA-510-DT Firmy Presyss

Typ pomiaru

Zakresy pomiarowe

Rozdziel-czość

Dokładność

Uwagi

mV

0 do 70 mV

0,0001 mV

±0,002% zakresu

Rimput>10 MΩ

rezystancja

0 do 100 Ω

100 do 500 Ω

0,0001 Ω

0,001 Ω

±0,001 Ω

±0,004 Ω

Prąd pobudzenia 0,1 mA

Pt-100

−200 do 850 °C

0,001 °C

±0,01 °C

Prąd pobudzenia 0,1 mA

TC-J

−210 do 1200 °C

0,01 °C

±0,03 °C w 0 °C

±0,03 °C w 600 °C

IEC-60584

TC-K

−270 do 1370 °C

0,01 °C

±0,04 °C w 0 °C

±0,03 °C w 600 °C

IEC-60584

TC-T

−260 do 400 °C

0,01 °C

±0,04 °C w 0 °C

±0,03 °C w 300 °C

IEC-60584

TC-B

50 do 1820 °C

0,01 °C

±0,2 °C w 800 °C

±0,15 °C w 1200 °C

IEC-60584

TC-R

−50 do 1760 °C

0,01 °C

±0,13 °C w 800 °C

±0,11 °C w 1200 °C

IEC-60584

TC-S

−50 do 1760 °C

0,01 °C

±0,14 °C w 800 °C

±0,13 °C w 1200 °C

IEC-60584

TC-E

−270 do 1000 °C

0,01 °C

±0,03 °C w 0 °C

±0,02 °C w 600 °C

IEC-60584

TC-N

−200 do 900 °C

0,01 °C

±0,04 °C w 600 °C

±0,04 °C w 1000 °C

IEC-60584

TC-L

−200 do 900 °C

0,01 °C

±0,03 °C w 0 °C

±0,03 °C w 600 °C

IEC-60584

TC-C

0 do 2320 °C

0,01 °C

±0,08 °C w 800 °C

±0,09 °C w 1200 °C

W5Re/W26Re

TC-Au/Pt

0 do 1000 °C

0,01 °C

±0,09 °C w 500 °C

±0,06 °C w 1000 °C

ASTM E1751

Wymiary

132 mm x 308 mm x 275 mm

Waga

3,5 kg

Tabela 5. Charakterystyka czujnika oporowego Pt 100, zgodnego z normą 1/5 DIN, współpracującego z zaawansowanym termometrem cyfrowym PRESYS STA-510-DT

Pt 100 1/5 DIN

Parametr

Wartości

Rezystancja

100 Ω

Temperaturowy współczynnik rezystancji

0,00385 Ω

Zakres pomiarowy

od -200 do 420 °C

Dokładność wg. 1/5 DIN

±0,02 °C w -38,0 °C

±0,06 °C w 0,0 °C

±0,29 °C w 232,0 °C

±0,48 °C w 420,0 °C

Przenośne mierniki temperatury  z termoelementami (Tabela 6) i czujnikami rezystancyjnymi (Tabela 7)  używane są do punktowych pomiarów temperatur w laboratorium lub w terenie, nawet w niesprzyjających warunkach pogodowych.

Tabela 6. Parametry przenośnych cyfrowych mierników temperatury Laboratorium Termometrii

Parametr

Model termometru

CZAKI
EMT-50

AXIOMET
AX-5003

Zakres pomiarowy

od -50 do 199,9 °C

od -200 do 1300 °C

Dokładność (dla temperatury otoczenia 23°C ± 5°C)

± 0,15 %
zakresu wskazań
±1 cyfra

± (0,15 %+0,7°C)

Rozdzielczość dla zakresu
od -50 °C do 199,9 °C

od -100 °C do 800 °C

0,1 °C

1 °C

0,1 °C

0,1 °C

Temperatura pracy

+5-40 °C

Możliwy bezpośredni pomiar

Termopary: K

2 kanały jednocześnie,
Termopary: J, K

a)

b)

Tabela 7. Parametry przenośnych cyfrowych mierników temperatury Laboratorium Termometrii

Parametr

Model termometru

CZAKI
EMT 55

Elmetron
PT-401

Zakres pomiarowy

od -100 do 800 °C

od -50 do 300 °C

Dokładność (dla temperatury otoczenia 23°C ± 5°C)

± 0,15 %
zakresu wskazań
±1 cyfra

± 0,10 °C
w zakresie 0 ÷ 100 °C, poza zakresem ± 0,25 °C

Rozdzielczość dla zakresu
od -50 °C do 199,9 °C

od -100 °C do 800 °C

od -50 °C do 300 °C

0,1 °C

1 °C

-

-

1 °C

Temperatura pracy

+5-40 °C

Możliwy bezpośredni pomiar

Czujnik oporowy Pt-100

Czujnik oporowy Pt-100 kl. B 1/10 DIN

a)

b)

Laboratorium wyposażone jest w czujniki termoelektryczne, które zestawiono w Tabeli 8, wybrane elementy przedstawiono na rysunku 7.

Tabela 8. Zestawienie czujników temperatury Laboratorium Termometrii

Rodzaj

Liczba sztuk

Dokładność pomiarowa

Zakres pomiarowy

Termoelementy (termopary)

T

23

0,5 lub 0,004∙|t|

od -40 °C do 300 °C

K

40

1,5 lub 0,004∙|t|

od -40 °C do 1000 °C

J

2

1,5 lub 0,004∙|t|

od -40 °C do 400 °C

N14

2

1,5 lub 0,004∙|t|

od -40 °C do 1000 °C

L

3

±(0,75 °C + 0,0025 |t|)

±(1,5 °C + 0,005 |t|)

od -200°C do 900°C

E

1

1,5 lub 0,004∙|t|

od -40 °C do 800 °C

S

1

1 dla t<1100 °C

od 0 °C do 1150 °C

Czujniki oporowe

Pt
100

6

± (0,15+0,002∙|t|) kl. A

± (0,3+0,005∙|t|) kl. B

od -100 do 450°C

od -196 do 600°C

Pt
500

4

± (0,15+0,002∙|t|) kl. A

± (0,3+0,005∙|t|) kl. B

od -100 do 450°C

od -196 do 600°C

Pt
1000

4

± (0,15+0,002∙|t|) kl. A

± (0,3+0,005∙|t|) kl. B

od -100 do 450°C

od -196 do 600°C

Ni
100

2

± (0,15+0,002∙|t|) kl. A

± (0,3+0,005∙|t|) kl. B

od -50°C do 250°C

        gdzie t – temperatura, °C

Rys. 7. Widok wybranych czujników termoelektrycznych

Mierniki rezystancji RM3545 firmy Hioki (rys. 8) pozwala na pomiar rezystancji w szerokim zakres wartości. Przykładowym zastosowaniem są pomiary rezystancji uzwojeń silników, transformatorów, styków przekaźników mocy, przełączników, złącz, przekaźników sygnałowych i elementów magnetycznych. Posiada następujące zakresy pomiaru rezystancji: 0,000 00mΩ (zakres 10mΩ) do 1200,0MΩ (zakres 1000MΩ), 12 zakresów. Pomiar niskiej rezystancji: 0,00mΩ (zakres 1000mΩ) do 1200,00Ω (zakres 1000Ω), 4 zakresy.

Rys. 8. Miernik rezystancji Hioki RM3545

Analizator własności termicznych TEMPOS (rys. 9) pozwala na wykonanie dokładnych pomiarów przewodności cieplnej, oporu cieplnego, dyfuzyjności cieplnej i ciepła właściwego w wielu różnych materiałach m.in. gleby, skał, cementu, żywności, tworzyw sztucznych, materiałów smarnych. Parametry poszczególnych kamer termowizyjnych zestawiono w Tabeli 9.

Rys. 9. Analizator własności termicznych TEMPOS

Tabela 9. Parametry analizatora własności termicznych TEMPOS

Środowisko pracy (zakres temperatur):

0 – 50°C

Żywotność baterii:

Ponad 250 pomiarów przy wysokim zużyciu energii

Sondy:

Środowisko pracy (zakres temperatur):

-50 do 150 °C

KS-3 (długość igły: 6 cm [mała])

Zakres pomiarowy:

Przewodność: 0,02 – 2,0 W/(m*K)

Oporność: 50 – 5000 °C·cm/W

Dokładność:

Przewodność: ±10% dla zakresu 0,2 – 2,0 W/(m·K)

Wymiary:

Średnica 1,3 mm x długość 60 mm

TR-3 (długość igły: 10 cm [duża])

Zakres pomiarowy:

Przewodność: 0,1 – 4,0 W/(m·K)

Oporność: 25 – 1000 °C·cm/W

Dokładność:

Przewodność: ±10% dla zakresu 0,1 – 4,0 W/(m·K)

Wymiary:

Średnica 2,4 mm x długość 100 mm

SH-3 (dwie igły 3 cm)

Zakres pomiarowy:

Przewodność: 0,02 – 2,0 W/(m·K)

Oporność: 50 – 5000 °C·cm/W

Dyfuzyjność: 0,1 0 1,0 mm2/s

Ciepło właściwe: 0,5 – 4,0 MJ/m

Dokładność:

Przewodność: ±10% dla zakresu 0,2 – 2,0 W/(m·K)

Dyfuzyjność: ±10% dla zakresu przewodności powyżej 0,2 W/(m·K), ±0,02 W/(m·K) dla zakresu 0,10 – 0,20 W/(m·K)

Ciepło właściwe: ±10% przy przewodności powyżej 0,1 W/(m·K)

Wymiary:

Średnica 1,3 mm x długość 30 mm, odstęp między igłami 6 mm

RK-3 (długość igły: 6 cm [gruba])

Zakres pomiarowy:

Przewodność: 0,1 – 6,0 W/(m·K)

Oporność: 17 – 1000 °C·cm/W

Dokładność:

Przewodność: ±10% dla zakresu 0,1 – 6,0 W/(m·K)

Wymiary:

Średnica 3,9 mm x długość 60 mm

Rejestratory danych, takie jak urządzenie Graphtec GL840-WV (rys. 10) są używane do pomiaru, zapisu i analizy danych z różnych źródeł pomiarowych. Urządzenie zawiera zaawansowany mechanizm izolowania wejść, który gwarantuje, ze sygnały nie są zniekształcane przez zakłócenia pochodzące z innych kanałów. Wejścia są odpowiednie do jednoczesnych pomiarów napięcia, temperatury, wilgotności, sygnałów logicznych lub impulsowych. Wbudowana bateria pozwala na wykorzystywanie urządzenia w terenie do około 3 h ciągłej pracy przy włączonym wyświetlaczu.

Rys. 10. Rejestrator danych Graphtec GL840-WV

Stacja akwizycji danych pomiarowych DaqLab/2005 to urządzenie służące do zbierania i przetwarzania danych pomiarowych z różnych źródeł jednocześnie, takich jak czujniki, przetworniki i urządzenia zewnętrzne. DaqLab/2005 umożliwia użytkownikom dokładne i precyzyjne pomiary oraz analizę sygnałów analogowych icyfrowych, dzięki czemu może być stosowany w wielu różnych aplikacjach, takich jak monitorowanie jakości powietrza, pomiar temperatury i wilgotności, kontrola procesów przemysłowych itp. Urządzenie posiada szeroki zakres napięć zasilania, co pozwala na jego wykorzystanie w różnych środowiskach, wyposażony jest winterfejsy RS-232 i Ethernet. Parametry stacji akwizycji danych pomiarowych zestawiono w Tabeli 10.

Rys. 11. Stacja akwizycji danych pomiarowych DaqLab/2005

Tabela 10. Parametry stacji akwizycji danych pomiarowych

Parametry

Wartości

Częstotliwość na wejściach

4 kanały, 16-bit/10 MHz

Wyjścia timera

2 kanały, 16-bit/1 MHz

I/O cyfrowe

30

Aplikacja do rejestrowania danych

DaqView

Zakres napięcia zasilania

90 do 250 VAC

Złącza sygnałowe

Złącza DB37: P1, P2 na panelu tylnym, wymienne bloki zaciskowe (3 zestawy po 12 zacisków) na panelu przednim

Typ przetwornika A/C

Metoda kolejnych przybliżeń

Rozdzielczość

16 bit

Czas konwersji

5 μs

Maksymalna częstotliwość próbkowania

200 kHz

Nieliniowość (całkowita)

±1 LSB

Nieliniowość (różniczkowa)

±2 LSB

Wejścia analogowe

Kanały: 8 analogowych wejść pojedynczych, za pośrednictwem wymiennych bloków zaciskowych na panelu przednim, do 128 kanałów wysokiej prędkości lub 448 kanałów TC w przypadku rozszerzenia systemu za pośrednictwem panelu tylnego P1.

Zakres napięcia

Dokładność @ 0-35°C, ±(% odczytu + % zakresu)

0 do +10 V

0,015 + 0,005

0 do +5 V

0,015 + 0,005

0 do +2,5 V

0,015 + 0,005

0 do +1,25 V

0,015 + 0,008

0 do +0,625 V

0,015 + 0,008

0 do +0,3125 V

0,015 + 0,008

-10 do +10 V

0,015 + 0,005

-5 do +5 V

0,015 + 0,005

-2,5 do +2,5 V

0,015 + 0,005

-1,25 do +1,25 V

0,015 + 0,005

-0,625 do +0,625 V

0,015 + 0,008

-0,3125 do +0,3125 V

0,015 + 0,008

-0,156 do +0,156 V

0,020 + 0,008