THERMOKOPPELSENSOR 0135I GEBRUIKERSHANDLEIDING

Transcriptie

1 THERMOKOPPELSENSOR 0135I GEBRUIKERSHANDLEIDING CENTRUM VOOR MICROCOMPUTER APPLICATIES

2 Beschrijving De Thermokoppelsensor meet temperatuur in twee bereiken: C (grote bereik), en C (kleine bereik) Met de schakelaar aan de zijkant van de sensorbehuizing naast de thermokoppeldraad kan tussen de bereiken worden geschakeld. De sensor gebruikt een type K thermokoppel. Het thermokoppel bestaat uit Chromega (Nikkel - Chroom) en Alomega (Nikkel - Aluminium) draden die aan de uiteinden aan elkaar gelast zijn. Het uiteinde waarmee men meet is de zgn. meetlas, het andere uiteinde vormt de zogenaamde koude las. Aan de meetlas wordt temperatuur bepaald door de spanning over de koude las te meten. Omdat de spanning afkomstig van een thermokoppel een functie is van het temperatuurverschil tussen beide lassen, moet de absolute temperatuur bij de koude las bekend zijn om de absolute temperatuur bij de meetlas te kunnen bepalen. De temperatuur van de koude las wordt bepaald met een temperatuursensor op de printplaat van de sensor. Het signaal van deze sensor wordt opgeteld bij de thermokoppelspanning. Deze zgn. automatische koude-las temperatuur compensatie ( Cold-junction temperature (CJT)) is een methode die wordt gebruikt om accurate temperaturen te verkrijgen onafhankelijk van temperatuur variaties van de koude las (de omgeving). Signaalbewerking De thermospanning voor het grote bereik varieert van 5,9 mv bij 200 C tot +52,4 mv bij 1300 C. Dit signaal wordt versterkt met een factor 76,45 en gefilterd met een laagdoorlaatfilter (6 Hz). Voor het kleine bereik wordt het signaal nog een tweede keer versterkt met een factor Het resulterende signaal (V uit ) van deze bewerking varieert tussen ca. 0 V en 4,9 V. Thermokoppel & CJT Versterking Laagbandfilter 25 ms (6,4 Hz) V out Figuur 1. Het Blokschema van de thermokoppelsensor. Versterking 11,06x 2 Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i

3 Thermokoppelsensor 0135i is voorzien van een BT-connector en kan worden aangesloten op interfaces met BT aansluiting. Sensorherkenning De Thermokoppelsensor 0135i heeft een geheugenchip (EEPROM) met informatie over de sensor: naam, gemeten grootheid, eenheid en ijking. Deze informatie wordt via een simpel protocol (I 2 C) uitgelezen door de CMA interfaces en de sensor wordt bij aansluiten op deze interfaces automatisch herkend. Als de sensor niet automatisch wordt herkend door de interface, moet deze handmatig gekozen worden uit de Coach sensorbibliotheek. Suggesties voor experimenten De thermokoppelsensor kan worden gebruikt voor temperatuurexperimenten. Voorbeelden van toepassingen voor het grote temperatuurbereik ( C) zijn: - Temperatuurmeting van de vlam van een bunsenbrander of kaars; - Experimentele smeltpuntbepaling van koper, bismuth, of andere vaste stoffen. Voorbeelden van toepassingen voor het kleine temperatuurbereik ( C) zijn: - Meting van vriespunten en kookpunten. - Bepaling van de specifieke warmte van materialen. - Meting van de ademhaling. IJking Het uitgangssignaal van thermokoppel 0135i is bij goede benadering rechtevenredig met de temperatuur. Dit betekent dat de gevoeligheid van het thermokoppel bijna constant is m.b.t. de temperatuur. De gevoeligheid bedraagt 39,5 μv/ C bij 0 C, 41,4 μv/ C bij 100 C en 38,9 μv/ C bij 1000 C. De sensor kan geijkt meten met: 1. de ijking uit de standaardbibliotheek van Coach. 2. de ijking uit de EEPROM van de sensor. De namen van de thermokoppelsensor in de standaardbibliotheek van Coach zijn: - Thermokoppelsensor (0135i) (CMA) C - Thermokoppelsensor (0135i) (CMA) C. Voor het lage temperatuurbereik ( C) zijn de ijking in de EEPROM en de ijking in de Coach sensorbibliotheek identiek. De ijking is een eenvoudige lineaire funtie die de werkelijke ijkcurve benadert met een afwijking kleiner dan 1 C. Voor het grote temperatuurbereik ( C) is de ijking in de EEPROM een Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i 3

4 eenvoudige lineaire functie die de werkelijke ijkcurve benadert met een afwijking van minder dan 7 C in het bereik C. Buiten dit temperatuurbereik neemt de afwijking sterk toe. De ijking in de sensorbibliotheek van Coach geeft een zeer goede benadering over het gehele temperatuurbereik C. De afwijking is altijd minder dan 3 C. Figuur 2. Het standaard ijkdiagram van de thermokoppelsensor voor het bereik C (zoals gebruikt in de standaardbibliotheek van Coach en in het sensorgeheugen): T ( C) = 29,093 * V uit (V) 26,33 De coëfficiënten van de ijkfunctie zijn: a = 29,093; b = 26,33 4 Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i

5 Figuur 3. Het standaard ijkdiagram van de thermokoppelsensor voor het bereik C (zoals gebruikt in de standaardbibliotheek van Coach en in het sensorgeheugen): T ( C) = 316,9 * V uit (V) 221 De coëfficiënten van de ijkfunctie zijn: a = 316,9; b = 221 Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i 5

6 Figuur 4. Standaard punt-naar-punt ijking (in grafiek- en tabelvorm) van de thermokoppelsensor voor het bereik C zoals gebruikt in de sensorbibliotheek van Coach. Zo blijft de afwijking over het hele bereik klein. Snelle temperatuursveranderingen meten Het tempo waarmee het thermokoppel de omgevingstemperatuur aanneemt is moeilijk exact aan te geven, omdat deze afhangt van een groot aantal factoren. Indien het thermokoppel kan afkoelen in stilstaande lucht, zal het thermokoppel in ca. 16s afkoelen tot het verschil met de kamertemperatuur is teruggelopen tot 37%, maar in snelbewegende lucht zal dit afkoelproces in ca. 1s plaatsvinden. In vloeistof worden temperatuursverandering vrijwel instantaan gevolgd. 6 Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i

7 Aanvullende technische informatie De ca. 1m lange thermokoppeldraad is geïsoleerd met een glasmantel. De Chromega draad heeft een gele isolatie (positief), en de Alomega draad een rode isolatie (negatief). Het thermokoppel geeft een positief potentiaalverschil wanneer de warme las warmer is dan de koude las (welke normaal de kamertemperatuur heeft). Het thermokoppel heeft een typisch bereik van -200 C tot 1300 C. Bij langdurige meting is het beter de maximumtemperatuur te beperken tot 870 C. De isolatie kan beschadigen bij temperaturen boven de 480 C, maar dit heeft normalerwijze geen gevolgen voor de werking van de sensor. Het thermokoppel kan wel blijvend beschadigen indien het wordt gebruikt in de omgeving van zwavel of onder reducerende omstandigheden. De thermokoppeldraad kan worden vervangen. Schroefcontacten bevinden zich binnen de sensorbehuizing (zie onderstaande afbeelding). De thermokoppelijking is onafhankelijk van de lengte van de thermokoppeldraad en van de draaddikte, indien deze maar van het type Chromega /Alomega (type K) is. Gele draad Rode draad Figuur 5. schroefcontact voor bevestiging van de thermokoppeldrade n. Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i 7

8 Technische specificaties Temperatuurbereik groot: Temperatuurbereik klein Uitgangsspanningsbereik IJkfunctie grote bereik IJkfunctie kleine bereik Resolutie bij 12-bits A/D omzetter groot: Resolutie bij 12-bits A/D omzetter klein C C 0 4,9 V T ( C)= 316,9 * V uit (V) 221 Punt-naar-punt ijking, zie figuur 5. T ( C)= 29,093 * V uit (V) 26,33 0,39 C 0,035 C Typische nauwkeurigheid 5 C Snelheid In lucht: 16s voor 63% verandering t.o.v. de omgevingstemperatuur In vloeistof: 0,1s voor 63% verandering t.o.v. de omgevingstemperatuur Aanwijzingen voor gebruik Kan worden beschadigd in reducerende condities, of door zwavel Metaallegeringen van de draden Isolatie van de thermokoppeldraad Chromega /Alomega draad Afmeting sensorbehuizing Filter Verbruik Sensorinformatie t.b.v. Auto-ID en ijking Chromega (Nikkel - Chroom) Alomega (Nikkel - Aluminium) Glasmantel Lengte = 95 cm Diameter = 0,51 mm 50 x 35 x 20 mm Laagdoorlaat, bij 6,4 Hz (τ=25 ms) 5 5VDC 256 bytes seriële EEPROM 8 Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i

9 Connecties BT (British Telecom) plug Garantie: De Hartslagfrequentiesensor 0375BT is gegarandeerd vrij van materiaal- en constructiefouten gedurende 12 maanden na datum van aankoop mits deze onder normale laboratoriumomstandigheden wordt gebruikt. Deze garantie geldt niet als de sensor in een (lab)ongeluk beschadigd raakt of foutief is gebruikt. N.b.: Dit product is alleen voor onderwijskundige doeleinden geschikt. Het is niet geschikt voor industriële, medische, of commerciële doeleinden of onderzoek op hoog niveau. Rev. 11/06/2015 Gebruikershandleiding Thermokoppelsensor 0135i 9