BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

2007 Michal Bavor

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

Studijní program: B2612 – Elektrotechnika a informatika

Studijní obor: 2612R011 – Elektronické informační a řídící systémy

Automatizace úlohy měření teploty pomocí multimetru APPA 109N

Temperature Measuring Automatization Using Multimeter APPA 109N

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Autor: Michal Bavor

Vedoucí bakalářské práce: Ing. Lenka Kretschmerová Konzultant: Ing. Jiří Jelínek

Liberci dne 18. 5. 2007

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 o právu autorském, zejména § 60 (školní dílo).

Beru na vědomí, že TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé bakalářské práce a prohlašuji, že s o u h l a s í m s případným užitím mé bakalářské práce (prodej, zapůjčení apod.).

Jsem si vědom toho, že užít své bakalářské práce či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených univerzitou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše).

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.

V Liberci dne 18. 5. 2007 Michal Bavor

Abstrakt

Bakalářská práce se zabývá měřením teploty pomocí odporových čidel a multimetru APPA109N. V první části je nastíněna obecná klasifikace teploměrů v závislosti na jejich fyzikálních principech. V dalších kapitolách jsou pak stručně naznačeny vlastnosti a funkce multimetru APPA 109N, pro který byl vytvořen interaktivní manuál ovládání. Je koncipován do dvou částí: prezentace v MS Office PowerPoint a seriál video sekvencí s názornými ukázkami měření přístrojem. V průběhu řešení bakalářského projektu byl také vytvořen program pro automatické měření teploty, který slouží jako základ pro úlohy měření termistorů s přístrojem APPA 109N.

Klíčová slova:

Měření teploty, teploměr, multimetr, APPA 109N, měření přechodových charakteristik odporových čidel, termistor.

Abstract

The Bachelor’s Thesis is focused on the process of temperature measuring using resistance sensors and multimeter APPA 109N. In the first section of the paper a general classification on thermometers (based on the physical principles of their operation) has been introduced. The following sections deal with the features and functions of multimeter APPA 109N. For this particular multimeter an interactive manual has been set up. The manual has been divided into two parts: a presentation in MS Office PowerPoint and a series of video-sequences (episodes) with schematic demonstrations of measuring using the multimeter. In the framework of the Bachelor’s project has been created a software for automatic temperature measuring, which serves as base for measuring of thermistors using multimeter APPA 109N.

Keywords:

Temperature Measuring, Thermometer, Multimeter, APPA 109N, Measuring the Transient Characteristics of Resistnance Sensor, Thermistor.

Obsah

Úvod ...8

1. Měření tepla a teploty...9

1.1. Klasifikace teploměrů ... 9

1.2. Dotykové teploměry... 10

1.2.1. Dilatační teploměry...10

1.2.2. Bimetalové teploměry...11

1.2.3. Skleněné teploměry...12

1.2.4. Tlakové teploměry ...13

1.2.5. Odporové teploměry...14

1.2.6. Termistory ...15

1.2.7. Měření odporů...16

1.2.8. Iontové teploměry...17

1.2.9. Krystalový teploměr...17

1.2.10.Termoelektrické teploměry ...17

1.2.11.Chemické teploměry...19

1.3. Bezdotykové teploměry ... 20

1.4. Poměrové měřiče tepla ... 21

1.5. Instalace teploměrů ... 22

2. Multimetr APPA 109N ...23

2.1. Obecný popis vlastností ... 23

2.1.1. Popis displeje ...24

2.1.2. Základní specifikace...24

2.1.3. Provozní podmínky...25

2.1.4. Funkční tlačítka ...25

3. Provedení a návrh programu pro automatické měřící stanoviště...30

3.1. Vývojové prostředí... 30

3.2. Struktura navrženého programu... 30

3.3. Menu programu ... 32

3.3.1. Konfigurace programu...32

3.3.2. Komunikace Programu s přístrojem ...34

3.4. Ovládání RS 232 ... 35

4. Videomanuál ovládání multimetru APPA 109N...36

4.1. PowerPoint manuál ... 36

4.1.1. Funkce přístroje ...37

4.1.2. Návod na měření...38

4.2. Video manuál ... 39

4.2.1. Formát avi ...39

5. Laboratorní úloha pro měření teploty...40

5.1. Kalibrace čidel ... 40

5.2. Základní nastavení programu pro měření ... 41

Závěr ...43

Literatura...44

Úvod

Bakalářská práce s názvem „Automatizace úlohy měření teploty pomocí multimetru APPA 109N“ se zabývá měřením teploty pomocí odporových čidel.

Po stručné charakteristice různých metod měření teploty se práce zaměřuje na konkrétní postup při zjišťování teploty pomocí uvedeného multimetru a odporových čidel. Cílem práce je vyvinout jednoduchý a snadno použitelný softwarový nástroj pro komunikaci multimetru s počítačem a pro využití naměřených údajů pro další zpracování. Zároveň bude v průběhu realizace bakalářského projektu vytvořen elektronický manuál pro práci s multimetrem APPA 109N doplněný o ucelenou řadu návodných video sekvencí zachycujících reálný postup a průběh měření.

V první části je nastíněna obecná klasifikace teploměrů v závislosti na fyzikálních principech jejich fungování. Teploměry jsou rozděleny podle dvou základních charakteristik na dotykové, bezdotykové a zvláštní a na dilatační, elektrické a speciální. Jednotlivé typy budou stručně definovány a bude poukázáno na specifika jejich použití v praxi.

Druhá kapitola bude věnována digitálnímu multimetru APPA 109N, jeho popisu a funkčním režimům. Multimetr APPA 109N nabízí možnost snadné komunikace s počítačem po jeho připojení přes sériovou linku.

Zpracování hodnot získaných v průběhu měření se zabývá třetí část práce.

Bude představen program sloužící pro uživatelsky přívětivou obsluhu multimetru a práci s daty fungující na platformě Microsoft Windows.

V dalších kapitolách bude stručně představen český manuál multimetru APPA 109N. Manuál je koncipován do dvou částí: prezentace v Microsoft Office PowerPoint 2003 a seriál video sekvencí s názornými ukázkami měření přístrojem.

1. Měření tepla a teploty

V úvodu první kapitoly bude na místě vysvětlit základní termíny a poukázat na rozdíly mezi nimi. Především je nutné upozornit na rozdíl mezi teplotou a teplem. Teplota je projevem hmoty, zatímco teplo je druh energie.

t m c

Q= ⋅ ⋅Δ (1.1)

Teplota je jednou z nejdůležitějších veličin, bez níž se neobejde takřka žádný výrobní proces. Při tom je nutné dbát nejenom na přesnost teplotního snímače a jeho vhodnost pro podmínky a účel měření. Klíčovou roli může totiž hrát také umístění teploměru.

Pro zjišťování teploty se využívá řada fyzikálních principů:

• teplotní roztažnost látek,

• změny elektrického odporu vodičů a polovodičů,

• vznik elektrického napětí,

• tepelné záření,

• změna barvy v závislosti na teplotě aj.

Pro měření teploty se používá jednotná normalizovaná termodynamická stupnice. Její základní jednotkou je kelvin (K). 1 K podle mezinárodní stupnice 1990 – ITS 90 je 273,16tý díl termodynamické teploty trojného bodu vody (0,1 °C). Pro praktické využití je dále zvolena řada bodů stupnice (ITS – 90), jimiž se dá ověřit přesnost přístrojů.

1.1. Klasifikace teploměrů

S ohledem na různé fyzikální principy používané pro zjišťování teploty a také podle způsobu měření teploty lze teploměry klasifikovat do několika tříd, které shrnuje Tab. č. 1.

Tab. č. 1 : Členění teploměrů

Dotykové

teploměry Bezdotykové

teploměry Zvláštní teploměry Dilatační

teploměry

Skleněné Tlakové Tyčové Bimetalové

Pyrometry

(spektrální, jasové, radiační, fotoelektrické)

Keramické žároměrky

Elektrické teploměry

Odporové Termoelektrické

Fóliové Infrafotografie Teploměrná

tělíska

Speciální teploměry

Krystalové Tekuté krystaly Teploměrné krystaly Teploměrné barvy

Termovize Fototermometrie

Zdroj: [6]

1.2. Dotykové teploměry

Dotykové teploměry mají přímý kontakt s měřeným objektem. Podle různých fyzikálních principů, kterých při měření teploty využívají, se obvykle dále dělí na:

1.2.1. Dilatační teploměry

Dilatační teploměry využívají k měření teploty roztažnosti látek. Podle provedení se rozlišují tyčové, bimetalové, skleněné, tlakové, kapalné a plynové.

U tyčových teploměrů se využívá rozdílné roztažnosti dvou částí (trubice a tyčky, nebo dvou vrstev bimetalu).

Zahřátím soustavy trubice-tyčka se posune konec čidla o ∆L (viz Obr. č. 1).

(

)

L

L= ⋅ − ⋅Δ

Δ _{1 2} (1.2)

Využití:

• levné, vysoké teploty 1 000 °C, robustní, nepřesné 2 %

• užití levné termostaty, přímo ukazující teploměry

Vysvětlivky: a) měřící princip; b) provedení; c) termostat (1, 2 – spínací kontakty; 3 – tyč;

4 – trubice; 5 – nastavení teploty; 6 – ukazatel; 7 – vahadlo)

Obr. č. 1 : Tyčový dilatační teploměr

Zdroj: [9]

1.2.2. Bimetalové teploměry

Bimetal je kovový pásek vyrobený ze dvou různých materiálů s různou délkovou tepelnou roztažností. Oba materiály jsou po celé délce pásku spojeny (např. odporově svařeny po délce).

Zahřátím bimetalového pásku dochází ke změně jeho tvaru (viz Obr. č. 2).

Vztah mezi změnou tvaru bimetalového proužku a měřenou teplotou vyjadřuje vztah:

b t L

y = Δα⋅ ²⋅Δ , kde Δα =α1−α2 =

(

)

Využití:

• levné, robustní, ale menší teplotní rozsah 400 °C

• užití jako nahoře (regulátor pro teploty – vařiče, žehličky )

Vysvětlivky: a) základní typy pásků; b) provedení teploměrů.

Obr. č. 2 : Bimetalové teploměry

Zdroj: [9]

1.2.3. Skleněné teploměry

Skleněné teploměry jsou tvořeny dvěma základními stavebními prvky:

teploměrnou nádobkou a kapilárou. Kapiláry běžně obsahují vakuum, u teploměrů určených pro měření vyšších teplot jsou kapiláry plněny inertním plynem N.

Náplně teploměrné nádobky pro měření vyšších teplot:

• pentanová směs - 200 °C ~ + 30 °C – přesné měření

• rtuť - 38 °C ~ + 350 °C (+ 630 °C + N) – přesné měření Náplně teploměrné nádobky pro měření středních teplot:

• etylalkohol - 110 °C ~ + 70 °C – méně náročná měření Skleněné teploměry jsou levné, jednoduché, spolehlivé a přesné. K jejich nevýhodám patří křehkost, která nevhodnost pro dálkový přenos a v některých případech špatná čitelnost.

1.2.4. Tlakové teploměry

Podle použitého média rozlišujeme tlakové teploměry kapalinové, plynové a parní.

Kapalinové tlakové teploměry se skládají z teploměrné nádobky, kapiláry a ukazujícího přístroje (mikrospínač). Je nutné zajistit, aby tlakoměr a nádobka byly ve stejné výšce, jinak bude docházet ke zkreslení výsledků měření. Pokud nelze zajistit umístění tlakoměru a nádobky ve stejné výšce, je nutné provést kompenzaci (viz Obr. č. 3 b) a c)).

• Částečné kompenzace: Bimetalový drátek kompenzuje teplotu přístroje.

A nádobka s invarem kompenzuje teplotu okolí kapaliny.

• Úplná kompenzace: Využívá dva systémy z toho jeden bez nádobky.

Využívá se pro velké rozsahy teplot, robustní, velké síly v provozu, dvouhodnotová regulace.

Vysvětlivky: a) bez kompenzace; b) s částečnou kompenzací; c) s úplnou kompenzací

Obr. č. 3 : Tlakové teploměry kapalinové

Zdroj: [9]

Tlakové teploměry plynové mají obdobnou stavbu jako kapalinové teploměry.

Díky snadné stlačitelnosti plynu umožňují měření velkých rozsahů teplot (velké tlaky). Navíc netrpí závislostí na poloze měřícího prvku, který může být i v poměrně značné vzdálenosti od mikrospínače.

Tlakové teploměry parní využívají jako média kapalinu a kapalinové páry. Mají velmi malý teplotní rozsah a nelineární měřící stupnice, proto se hodí spíš k signalizace teploty.

1.2.5. Odporové teploměry

Odporové teploměry jsou postaveny na principu zvyšování odporu kovů s rostoucí teplotou. Teplotní součinitel odporu je dán vzorcem:

0 0 100

100 R R α R

⋅

= − [K^-1] (1.4)

Nejčastějšími materiály používanými pro výrobu odporových teploměrů jsou platina, měď a nikl. Nejlepší vlastnosti vykazuje platina, neboť je stálá, chemicky netečná, má vysokou teplotu tání, vykazuje značně lineární chování ve velkém teplotním rozsahu a má také ve srovnání s jinými kovy vysoký teplotní součinitel α do vyšších teplot. Využívá se pro měření provozní i laboratorní jako etalon (je robustní).

( )

(

)

0 1 A t B t C t 100 t

R

R_T = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ , kde t je teplota ve °C. (1.5)

Typy odporových teploměrů:

• keramický – 0,055 mm drátek zatavený v keramické dvoukapiláře.

• skleněný – Drátek navinut bifilárně a zalit sklem. Problém provedení je, že odpor Pt je ovlivněn též rozdílnou roztažností skla a platiny (600 °C) a dochází tak tenzometrickému jevu.

• pertinaxové – Jedná se o teploměry ve tvaru ploché destičky. Moderní vrstvové teploměry jsou vyráběny jako tištěný platinový meandr a povrchové teplo materiálu a nebo jako korundová destička. Používají se při měření, kde okolní teplota nepřesahuje 150 °C (teplota strojové vody).

• niklové – Mají dvakrát větší α než platinové. Používají se pro měření tepla v centrálním zásobování teplem (do 200 °C).

1.2.6. Termistory

Termistory vlastně patří do skupiny odporových teploměrů, jejichž čidla jsou tvořena polykrystalickými polovodiči. ¹ Polovodičová čidla využívají lineární princip založený na závislosti úbytku napětí na přechodu P-N (dioda) v průchozím směru UP. Při zvyšování teploty napětí UP klesá asi o 2 mV / °K. V zásadě lze odlišit dva typy termistorů:

NTC – negastory – Pro negastory se někdy nepřesně užívá obecný pojem termistor, protože jejich využití je mnohem častější než u pozistorů. Odpor se s teplotou zmenšuje podle vzorce:

1) ( 1

To B Tm

t A e

R = ⋅ ^{⋅ −} (1.6)

PTC – pozistory – Vycházejí z unikátních vlastností polovodičů, pro které je typické, že se při zahřívání jejich odpor při jisté teplotě značně zvětší (až o několik řádů). Vyrábí se technologií práškové metalurgie (spékání práškového substrátu materiálů kovů a polovodičů). Pro pozistory je charakteristická silná závislost na teplotě. Průběh této závislosti je nelineární, jsou proto vhodné jako termostaty, a to jak termostaty funkční (regulující), tak také termostaty ochranné (bezpečnostní). Obr. č. 4 ukazuje linearizaci dvěma odpory pro teplotní meze (Rp – dolní t, Rs – horní t).

20

100 0,2 ÷ 3

0,025 5

50

Obr. č. 4 Perličkové termistory a linearizace charakteristiky

Zdroj: [9]

1.2.7. Měření odporů

• Můstková – výchylkové (nevyvážený Můstek) – nejčastější

• Kompenzační – nulové (vyvážený Můstek)

t N

N t

t K U

U R U

R = ⋅ = ⋅ (1.7)

Vysvětlivky: a) dvouvodičové; b) třívodičové; c) čtyřvodičové (s volnou smyčkou)

Obr. č. 5 : Můstkové zapojení měřícího odporu

Zdroj: [9]

V zapojení s více vodiči se přívodní vodiče stávají součástí můstku a jejich případné teplotní změny jsou můstkem vykompenzovány. Ohřev odporu můstkovým napájením závisí na schopnosti ochlazování okolí a potřebné dosažitelnosti teploty u platiny P < 0,4 mW, (1 – 2 mA), termistory It < 50 μA.

1.2.8. Iontové teploměry

Iontové teploměry využívají skokové změny vodivosti v oblasti fázové změny elektrolytů (přechod fáze pevné na kapalnou a naopak). Jsou typické velkou přesností (asi 2 °C).

Iontový teploměr se skládá ze skleněné baňky a ohřevného odpor v elektrolytu.

Měří se odpor mezi dvěma platinovými elektrodami. Podle velikosti ohřevného proudu se určuje teplota okolí v rozsahu 200 °C – 700 °C.

1.2.9. Krystalový teploměr

Krystalový teploměr tvoří dva krystaly, z nichž jeden je měřící, zatímco druhý je kompenzován na konstantní teplotu. Měří se rozdíl frekvence měrného a konstantního krystalu po demodulaci signálu. Rozsah měřených teplot je 80 °C až 250 °C s přesností dosahující až 0,000 01 °C. Vysoká přesnost krystalových teploměrů umožňuje jejich využití jako etalonů teploty a pro měření teplotního pole.

1.2.10. Termoelektrické teploměry

Termoelektrické teploměry využívají k měření vzniku termoelektrického napětí v článku. Článek obsahuje dvojice kovů, které jsou v měřeném místě spojeny (teplý konec) a v místě zaznamenávacím rozpojeny (studený konec). Dvojic takových kovů a slitin, jež se dají použít pro měření teploty, je značné množství.

V praxi se však využívají jen některé z nich podle následujících požadavků:

• Pokud možno velké napětí závislé na teplotě (napětí se pohybuje v řádu mV)

• Malá nelinearita, stabilita v dlouhodobém provozu, chemická odolnost a dostupná teplota např. pro střední teploty Fe–CuNi, NiCr–Ni . . .

• Pro vyšší teploty se používají PtRh10–Pt, WRe5–WRe20, Rhodium–

Rhenium.

Obr. č. 6 : Zapojení termoelektrického článku včetně názvosloví

Zdroj: [9]

Kompenzace

Kompenzace se provádí v zásadě dvěma způsoby, pomocí:

• srovnávací teploty (termostat, led), nebo pomocí

• kompenzační krabice (viz Obr. č. 7).

Obr. č. 7 : Srovnávací termostat

Zdroj: [9]

Měření

• výchylková metoda – milivoltmetr

• kompenzační – Ukonst. , Rkonst. , automatická Konstrukce

Pro průmyslové použití jsou články umístěny do trubic. Drátky se líší tloušťkou podle materiálu, z něhož jsou vyrobeny:

• do 3,5 mm normální kovy

• do 0,35 mm pro drahé kovy

Pro větší citlivosti se vyrábějí sériové články. Derivační články se používají pro měření změn směru nárůstu teploty. Termoelektrický teploměr je potom složen ze dvou článků v trubici, z nichž jeden je ukostřen a druhý v trubici izolován, jejich výstupy se odečítají.

1.2.11. Chemické teploměry

Chemické teploměry (společně s tavnými a luminiscenčními teploměry a s tekutými krystaly) patří do skupiny barevných indikátorů teploty. Chemické teploměry tvoří složité látky, jejichž barva se mění při změnách teploty.

Základní dělení:

• Jednoúčelové – Při překročení definované hodnoty teploty proběhne nevratná chemická reakce a dojde k nevratné změně barvy teploměru (využívá se při žíhání a vypalování).

• Víceúčelové – Jejich barva se při překročení definované hodnoty mění vratně, a to v obou směrech (jak při překročení definované teploty směrem nahoru, tak i směrem dolů). Využívají vratných chemických dějů.

Pracovní rozmezí se nachází mezi 40 °C – 1000 °C, záleží však na druhu složení reaktanční látky.

Provedení:

• teploměrové barvy se nanesou v prášku či nalakují

• teploměrové tužky – na kov

• teploměrové tablety – sada nálepek pro různé teploty Luminiscenční indikátory:

Luminiscenční indikátory světélkují při změně teploty, tzn. jas a barva se mění s teplotou dle složení luminoforu. ZnS při normální teplotě září modře, při 90 °C žlutě.

Kapalné krystaly:

Kapalné krystaly jsou moderní organické sloučeniny, které při ohřevu tají a mění svou barvu či lom světla. Obvykle se jednostranně natírají na povrch při konstrukci a měření na tzv. teplotních polí.

1.3. Bezdotykové teploměry

Bezdotykové měření teploty se využívá při bezkontaktních měřeních teplot povrchových teplotních polí. Z technologického hlediska lze rozlišit:

• pyrometry (přímo měřící)

• zobrazovací (termovize)

Pyrometry jsou teploměry, jejichž principiálním základem je měření množství energie vyzářené z povrchu tělesa na vlnových délkách 0,8 μm – 30 μm.

Rozsah měřených teplot je - 40 °C až 10 000 °C. Typologicky rozlišujeme pyrometrické teploměry:

• monochromatické (jasové, jednobarevné)

• pásmové

• spektrální rozložení

• úhrnné

Pyrometry de facto srovnávají jas měřeného předmětu s jasem srovnávacího zdroje, obvykle pyrometrické žárovky. Protože není měřený objekt ideální černý zářič (viz Planckův zákon) musí se údaj korigovat spektrální emisivitou.

Monochromatické pyrometry měří v úzkém pásu 0,65 μm červená světla (viz 0Obr. č. 8). Pásmové pyrometry mají širší spektrální pásmo dané optikou a detektorem. Pyrometry na celkové záření mají detektor pásmově nezávislý.

Emitovaná energie je dána Stefan-Bolzmannovým zákonem, který lze formálně zapsat jako:

4 0

0 σ T

E = ⋅ (1.8)

Vysvětlivky: a) s mizejícím vláknem; b) s šedým klínem (1,2 – šedý filtr. klín; 3 – červený filtr;

4 – regulační rezistor; 5 – pyrometrická žárovka; 6 – ukazatel teploty), c) korekční graf

Obr. č. 8 : Jasový pyrometr

Zdroj: [9]

Měření tepelného výkonu a tepla se nejčastěji využívá v tepelných sítích.

(

)

(

)

Q

P_q = _m⋅ − = _m⋅ _p ⋅ − _p ⋅ , kde Pq je tepelný výkon. (1.9)

Termovize je bezkontaktní metodou pro měření teplotních polí na povrchu těles založenou na citlivosti speciálního fotografického materiálu na infračervené záření vysílané povrchem tělesa. Teplotní pole se snímá detektorem infračerveného záření, který je buď:

• Kvantový – selektivní detektor, který při dopadu infračerveného záření zvyšuje svou vodivost. Za provozu je chlazen tekutým dusíkem.

• Pyroelektrický – neselektivní detektor, který při dopadu infračerveného záření zvyšuje svoji teplotu, neboť v něm vzniká elektrický náboj.

Nevyžaduje chlazení.

1.4. Poměrové měřiče tepla

Odpařování kapaliny závislé na době a teplotě nebo na trvalé deformaci tělísek.

Umístění do 55 % – 60 % výšky radiátoru, při dlouhém radiátoru nad 2 m nutné

1.5. Instalace teploměrů

Náležitý výběr teploměru a jeho optimální instalace mohou být klíčovými pro správné měření teploty.

Plyn: Teploměr má být větší (z důvodu ohřevu a sálání tepla). Záleží na velikosti proudění a na dodatečném ohřevu od proudícího plynu (přeměna kinetické energie v teplo; tzv. adiabatické oteplení).

Kapalina: Je nutné umělé míchání kapaliny (z důvodu vznikajících teplotních mostů). Snímače bývají umístěny do teploměrných jímek.

Pevná tělesa: Čidla je vhodné umístit co nejblíže místa, kde očekáváme nárůst teploty (nejčastěji termočlánky). K identifikaci těchto míst může být využito teplotně citlivé barvy. Čidla se obvykle zakrývají (přelepí se apod.).

Tab. č. 2 : Měřící intervaly podle typů teploměrů

Teplotní stupnice - 200 °C 0 °C 200 °C 400 °C 600 °C 800 °C 1000 °C 1200 °C 1400 °C 1800 °C 2000 °C

C2H5OH skleněné rtuťové galium

bimetalické dilatační

termistory termoelektrické elektrické

teploměrné barvy a tužky

tekuté krystaly Dotykové

teploměry

speciální

termovize Bezdotykové teploměry

keramické žároměrky Zvláštní teploměry

Zdroj: [6]

2. Multimetr APPA 109N

2.1. Obecný popis vlastností

APPA 109N je digitální mulitmetr určený i pro těžké pracovní podmínky.

Ochrana proti vodě odpovídá krytí IP 64. Displej se zadním osvětlením a stupnicí bargaf, která se skládá z 83 segmentů je snadno čitelný i při zhoršené viditelnosti. Dalšími výhodami je velká základní přesnost na DC V,DC A, Hz a Ω (ohmy). Multimetr měří napětí, proud, odpor, kmitočet, kapacitu, teplotu, RPM a

% DF. Uživatel má také možnost využít test diod, popřípadě test vodivosti propojení. Přístroj má osm funkčních tlačítek na kterých se nacházejí funkce jako Data Hold, Peak Hold, Relative, Minimum, Maximum, Average, Bar, Range, Store a Recall. Dále také funkce Data Logger, která umožňuje záznam dat, a to až do objemu 40 000 záznamů. Přístroj je rovněž vybaven účinnou ochranou, pojistkami a odpory proti přetížení. Zvuková signalizace vadného přehození měřících přívodů zajistí správné využití zdířek při měření. Přístroj také umožňuje vlastní kalibraci. Baterie mají životnost až 100 hodin (alkalické), napájecí napětí je 9 V.

1 Vstupní konektory. Pro měření proudu do 10 A, pro měření proudu do 200 mA, COM (zem) a zdířka pro připojení vodiče při měření napětí (V), frekvence (Hz), odporu (Ω), kapacity a teploty (°C).

2 Otočný volič režimů.

Černě značené režimy jsou počáteční režimy a modře značené režimy přepíná modré tlačítko.

3 Funkční tlačítka.

4 Data Log režim.

5 Dvojitý LCD displej.

Obr. č. 9 : Popis multimetru APPA 109N

Zdroj:[1]

2.1.1. Popis displeje

Přístroj má čtyřmístný LCD displej s automatickou indikací polarity. Při zhoršené viditelnosti má displej možnost podsvícení.

1 Automatické přepínání režimů je aktivní.

2 Indikátor funkce True RMS.

3 Indikátor střídavého nebo stejnosměrného, popřípadě smíšeného rozsahu měření.

4 Měření odporů při nízkém napětí.

5 Indikátor funkce Auto Hold.

6 Indikátor funkce Peak Hold.

7 Indikátory funkcí minimum a maximum.

8 Indikátory jednotek měřených veličin.

9 Indikátory jednotek měřených veličin.

10 Indikátor záznamu do paměti.

11 Varování při velkém vstupním napětí (>60 V DC, 30 V ACrms).

12 Indikátor slabé baterie.

13 Indikátory funkce průměr (MAX + MIN)/2.

14 Indikátor funkce DATA LOG.

Obr. č. 10 : Popis displeje

Zdroj:[1]

2.1.2. Základní specifikace

Teplotní podmínky:

• pracovní: 0 °C až 50 °C

• skladovací: - 20 °C až 60 °C

• pro přesnost: 23 °C ± 5 °C

Parametry:

• rozměry: 42 × 90 × 200 mm

• váha: 400 g (s baterií) 600 g (s pouzdrem)

• rychlost měření: 20 měření za sekundu

Příslušenství:

• návod k obsluze

• jeden pár měřících šňůr

• náhradní pojistka baterie

• ochranné gumové pouzdro

• kabel pro optické sériové rozhraní RS232

Bezpečnost:

• podle IEC 1010-1,UL 3111 a CSA specifikací

• maximální proud mezi svorkami A a COM 10 A (po dobu 30 sekund vydrží i 20 A)

2.1.3. Provozní podmínky

• přístroj byl vyroben a testován v souladu s IEC 1010-1,UL 3111

• k přístroji nepřipojovat napětí větší než 1 000 V DC nebo 750 V AC

• měřené hodnoty nesmí překročit hodnoty daných rozsahů

• před změnou funkce nebo rozsahu odpojte přístroj od měřeného obvodu

• nadmořská výška pracovní /skladovací 2 200 m n. m. / 12 300 m n. m.

• přístroj ani měřící šňůry nesmí zvlhnout, jinak hrozí úraz

• používat lze jen nepoškozené měřící šňůry

• neodborné zásahy do přístroje jej mohou poškodit

• přístroj skladujte v suchu za normálních teplot a chraňte je před prachem

2.1.4. Funkční tlačítka

Prosvětlení displeje (žluté tlačítko, yellow) – prosvítí displej, čímž umožňuje odečítání hodnot za snížené kvality osvětlení.

Otočný volič – umožňuje nastavení požadovaného rozsahu pro měření příslušné veličiny.

Obr. č. 11 : Funkční tlačítka

Zdroj:[1]

M/M/A = minimum / maximum / average (minimální / maximální / průměrná hodnota měření).

Při prvním zmáčknutí se zobrazí MAX indikátor na displeji a hodnota zobrazená na pomocném displeji je největší právě naměřená hodnota. Opětovné zmáčknutí přepne na režim MIN a AVG. Bzučák vždy oznamuje nově zaznamenanou hodnotu. Zmáčknutím tlačítka na více jak 2 s ukončíte funkční režim.

BAR – Nula v centru stupnice barograf. Při zmáčknutí tohoto tlačítka nastavíte nulu stupnice do jejího středu a nikoli do levé časti displeje, což je původní nastavení (přednastavená volba). Tlačítko BAR nefunguje v módu Data Log a non-DC napětí a při proudových funkcích.

PEAK HOLD – Zachytí a zobrazí na horním zmenšeném řádku displeje PEAK signálu neboli špičku. V tomto módu zmáčkněte tlačítko M/M/A a můžete zvolit, zda chcete sledovat Peak Hold Max nebo Peak Hold Min. Bzučák oznamuje vždy nově detekovanou minimální nebo maximální hodnotu v závislosti na předchozím nastavení.

RELΔ = relativní odchylka – Hodnota zobrazovaná na hlavním displeji se při zmáčknutí tlačítka uloží jako referenční, a poté se další hodnoty srovnávají s touto referenční nulou. Opětovné zmáčknutí tlačítka ukončí funkční režim.

AUTO HOLD – Toto tlačítko zapíná a vypíná funkci Auto Hold. Pokud je funkce Auto Hold aktivní, bzučák oznamuje načtení nové hodnoty. Hodnoty se zobrazují na pomocném displeji s indikací AUTO HOLD funkce.

Při změně rozsahu se funkce vypne. Pokud měříme odpor, kapacitu nebo frekvenci, pak tímto tlačítkem přepínáme do manuálního rozsahu. Funkce nefunguje na odporovém rozsahu 2 GΩ a pro test diod a testu vodivosti („

:

v

BLUE – Přepíná mezi duálními funkcemi (černé nebo modré značení) na otočném voliči.

RANGE – Přepínání mezi automatickým a manuálním rozsahem. Při přepnutí do manuálních rozsahů pak RANGE přepíná mezi jednotlivými rozsahy (např:

mezi Ω, kΩ, MΩ a GΩ). Při zmáčknutí po dobu 2 s přepne z manuálního módu do automatického.

dBm/ dBm – Stisknutí tlačítka RANGE na 2 s umožní přepínání mezi dB/dBm na střídavém voltovém rozsahu. Jedno zmáčknutí přepíná mezi dB a dBm.

STORE – Zmáčkněte na 2 s tlačítko M/M/A, čímž aktivujete funkci STORE.

Jedno zmáčknutí v tomto módu uloží do paměti právě naměřenou hodnotu.

Přístroj má kapacitu až 1 000 takto uložených záznamů. Pokud je paměť plná, ozve se při každém dalším zmáčknutí dvakrát bzučák. Opětovným stiskem tlačítka M/M/A dojde k ukončení tohoto funkčního režimu. Vymazání všech záznamů z paměti provedete stiskem tlačítka PEAK HOLD při zapínání přístroje.

RECALL – Zmáčkněte na 2 s tlačítko RELΔ, a aktivujte tak funkci RECALL. V tomto funkčním režimu použijte šipky nahoru a dolu (nad tlačítkem BAR a žlutým tlačítkem) pro pohyb vpřed a vzad v uložených záznamech. Přidržením šipkové klávesy po dobu 2 s a déle dojde k automatickému projíždění záznamů rychlostí 10 dat/s.

DIGIT – Zmáčkněte na minimálně 2 s tlačítko BAR a aktivujte funkci DIGIT.

Opětovným 2s stiskem se funkce ukončí. Krátké zmáčknutí v tomto módu

vymaže 20 000 mód. Funkce nefunguje na 200 MΩ a 2 GΩ odporovém rozsahu a dále také při „

:

v

c

RED(Data Log) – V tomto režimu se dají naměřená data prohlížet a ukládat do přístroje a také odesílat do počítače. Zmáčknuté Modré tlačítko na minimálně 2 s přepne měřidlo do DATA LOG módu, poté může být vybrána požadovaná DATA LOG funkce. Opětovné dvousekundové zmáčknutí tlačítka v tomto módu, nikoli však v jiném DATA LOG funkčním režimu, ukončí tento mód. Stisknutí kteréhokoli jiného tlačítka je neplatné.

Omezení:

• Množství dat max. 40 Kb rychlost čtení pomocného displeje.

• Funkce RANGE je aktivní pouze při Data Log módu.

• Žádné hodnoty (měřící funkce) nejsou odeslány externímu komunikačnímu zařízení, aniž by byly uloženy v paměti.

• Maximální pauza je 4095 s při překročení této doby bude uloženo právě hodnota 4095 s.

• Maximální pauza a LOG RATE nastavení množství je 3,6 Kb

• Automatické vypnutí přístroje (po 30 min) je nefunkční.

▲ – Prohlížení dat směrem nahoru u vybrané funkce.

▼ – Prohlížení dat směrem dolu u vybrané funkce

LOG RATE – Jedno zmáčknutí tlačítka AUTO HOLD (LOG RATE) umožní používat ▲ nebo ▼ pro výběr LOG RATE doby (periody) pro odečet dat.

Základní nastavení LOG RATE je přizpůsobeno měřícím požadavkům.

Opětovné jednoduché stisknutí tlačítka AUTO HOLD v tomto módu potvrdí LOG RATE pro načtení dat a ukončí volbu. Volitelné periody odečtu a uložení změřených dat jsou „0,5“, „1“ , „10“, „30“, „60“, „120“, „180“, „240“, „300“, „360“,

„480“ a „600“ sekund.

DATA LOG-IN – Stisknutím tlačítka PEAK H na minimálně 2 s dojde k aktivaci funkce DATA LOG-IN (zaznamenávání naměřených hodnot do paměti přístroje). Měřidlo začne okamžitě ukládat naměřené hodnoty. Jedno zmáčknutí této klávesy přeruší vstup dat a zobrazí se “Pause“ na pomocném displeji. V

průběhu této „přestávky“ je možné nastavit nový LOG RATE. Během vstupu dat (Data Log-in) pomocný displej bliká a ukazuje FULL.

DATA LOG-OUT – Jedno zmáčknutí PEAK H aktivuje funkci DATA LOG-OUT (prohlížení uložených dat) právě, když je přístroj v Data Log módu. Pomocný displej ukazuje pořadové číslo načteného údaje a na hlavním displeji se zobrazuje hodnota záznamu. První zobrazená data jsou naposledy naměřená.

V tomto módu při zmáčknutí ▲ nebo ▼ klávesy lze postupně prohlížet předchozí a následující nahraná data. Při zmáčknutí ▲ nebo ▼ na minimálně 2 s se začnou data procházet rychlostí 10 dat/s. Režim se ukončí při uvolnění tlačítka.

V tomto módu se po jednoduchém zmáčknutí tlačítka M/M/A zobrazí indikátor funkcí MAX nebo MIN. Zároveň přístroj na hlavní displej promítne maximální, resp. minimální hodnotu záznamu a na vedlejším displeji se objeví pořadové číslo příslušného záznamu. Opětovné zmáčknutí tlačítka M/M/A na min. 2 s ukončí tento režim.

V módu DATA LOG-OUT vede jedno zmáčknutí tlačítka RANGE ke zobrazení indikátoru funkcí MAX nebo MIN u hodnot. Rozhoduje se na základě porovnání předchozí a následující hodnoty. Opětovné zmáčknutí tlačítko RANGE ukončí režim.

3. Provedení a návrh programu pro automatické měřící stanoviště

Pro zpracování programu pro automatické měřící stanoviště byl zvolen softwarový balík Delphi 6 od renomované společnosti Borland. Jeho zásadní výhodou je jednoduché a uživatelsky přívětivé objektové programování a snadná a rychlá práce s datovými řetězci.

3.1. Vývojové prostředí

Delphi je integrované grafické vývojové prostředí firmy Borland, určené pro tvorbu aplikací na platformě MS Windows v jazyce Object Pascal (objektové nástavbě Pascal). Obsahuje systém RAD (Rapid Application Development), který umožňuje vizuální návrh grafického uživatelského rozhraní, na jehož základě je automaticky vytvářena kostra zdrojového kódu, což výrazně urychluje vývojový cyklus. Programování v Delphi je z velké části založeno na použití komponent. Komponenta je malý program (balíček funkcí), který vykonává určitou činnost (například zobrazuje text nebo obrázky, přehrává multimédia, komunikuje s databází, zprostředkovává FTP přenos atd. ).

Velkou předností Delphi proti některým konkurenčním produktům jsou knihovny komponent, které jsou jejich součástí (např. VCL, CLX, Indy aj. ).

Dodávané komponenty významně usnadňují tvorbu aplikací. Další komponenty lze stáhnout z internetu (některé jsou zadarmo, některé je nutné zakoupit). V Delphi lze samozřejmě vytvářet také vlastní komponenty.

3.2. Struktura navrženého programu

Program byl vyvíjen v prostředí Delphi 6. V programu jsou použity standardní komponenty z knihovny komponent, ale také byly použity volně šiřitelé komponenty z externích balíčků. Pro sériovou komunikaci po RS 232 byly použity komponenty z balíčku Asyncfree 104, a to komponenty AFDataDispatcher a AFDataComport. Pro práci s daty přijatými z měřidla APPA 109N je využito vlastností komponenty SHDataSet, která umí získaná data dále

zpracovávat. Program se skládá ze dvou funkčních jednotek (unit). Unit AppaMeření obsahuje základní formulář AMForm (viz Obr. č. 12), do nějž je implementováno vizuální uživatelské rozhranní. V tomto rozhranní jsou například tlačítka Start, Stop, Autostart a také Menu, které je však vytvořeno jako AktivePage na formuláři ANForm. Dále se ve zdrojovém kódu nachází funkce a procedury pro zobrazení dat do grafu a tabulky, pro ošetření chybových stavů programu a tlačítek a pro ukládání naměřených hodnot. Po zmáčknutí tlačítka Autostart program čeká na zvolenou změnu odporu čidla, poté začne automatické měření.

Obr. č. 12 : Hlavní okno programu

Unit AppaNastavení obsahuje formulář ANForm, který je volán z menu AMForm jako ActivePage.

ANForm má 5 záložek uspořádaných v tomto sledu:

• Komunikace

• Kalibrace čidel

• Nastavení měření

• Nastaveni grafu

• Reset programu

3.3. Menu programu

Menu programu se nachází standardně v levém horním rohu hlavního okna programu. Obsahuje dvě rozbalovací části konfiguraci a soubor (viz Obr. č. 13).

První tlačítko v menu s názvem Soubor (viz levá část Obr. č. 13) umožňuje po skončení měření přímo vytisknout aktuální graf přes volbu Soubor → Tisk grafu, popřípadě lze vytisknout graf i tabulku přes volbu Soubor → Tisk. Pokud nechceme rovnou naměřené hodnoty tisknout, ale potřebujeme je uložit pro pozdější zpracování, můžeme tak učinit přes volbu Soubor → Ulož hodnoty.

Naměřená data lze uložit do souboru formát Microsoft Office Excel, eventuálně jako textový soubor s příponou „txt“.

Obr. č. 13 : Základní okno – Položky hlavního menu

3.3.1. Konfigurace programu

V tomto menu Kofigurace se nachází záložky: Komunikace, Kalibrace čidel, Nastavení měření, Nastaveni grafu a Reset programu. V záložce komunikace se zobrazuje aktuální stav připojeni přístroje nebo jeho hledání na Comportu.

Standardně se hledání přístroje a jeho připojení provádí automaticky, avšak můžeme výběr Comportu zvolit i ručně viz Obr. č. 14.

Obr. č. 14 : Okno Konfigurace – Záložka Komunikace

Na záložce Kalibrace čidel (viz Obr. č. 15) si můžeme zvolit druh odporového čidla (buď lineární odporové čidlo – obvykle Pt100, nebo termistor NTC). Je také nutné nastavit kalibrační hodnoty těchto čidel v bodech A0 a A1. Body mají dva parametry t a R s příslušnými indexy.

Obr. č. 15 : Okno Konfigurace – Záložka Kalibrace čidel

V záložce Nastavení měření (viz Obr. č. 16) je možné na posuvném trackbaru nastavit interval pro ukládání hodnot během měření. Minimální doba je 200 ms (tedy 5krát za sekundu), maximální doba je 20 s. V této části je také umístěna volba změny odporu, při níž se má program aktivovat Autostart a zahájit ukládání a zobrazování naměřených hodnot.

Obr. č. 16 : Okno Konfigurace – Záložka Nastavení měření

Záložka Nastaveni grafu (viz Obr. č. 17) slouží pro jednoduché úpravy měřítek os x a y. Je možné zadat maxima, minima a increment (increment je hodnota požadované jemnosti měřítka os), nebo zvolit automatický formát obou os (popřípadě pouze osy y).

Obr. č. 17 : Okno Konfigurace – Záložka Nastavení grafu

Poslední záložka Konfigurace označená jako Reset obsahuje dvě tlačítka resetovací tlačítka. První slouží pouze pro resetování naměřených hodnot, druhé resetuje hodnoty i námi nastavenou konfiguraci a vrací program do výchozího nastavení (viz též Obr. č. 18).

Obr. č. 18 : Okno Konfigurace – Záložka Reset

3.3.2. Komunikace Programu s přístrojem

Přístroj APPA 109N komunikuje s počítačem po sériové lince s optickým oddělením. Před zahájením komunikace měřidla s počítačem je však nutné na sériovou linku poslat 5 bitový řetězec, který musí obsahovat přesně definované hodnoty v desítkové soustavě „85,85,00,00,170“ nebo v hexadecimální soustavě „55,55,00,00,AA“. Poté, co přístroj obdrží tento řetězec, pošle počítači 46 bitovou zprávu, z níž se rozdělením na jednotlivé bity, popřípadě jejich skupiny dá zjistit, na které pozici je otočný volič, jaké jsou zapnuté funkční režimy, na jakém rozsahu je měřidlo nastaveno atd. V programu je využito

vlastnosti komponenty AfComPort, která tuto komunikaci obstarává přes svojí funkci WriteString. Výsledný zápis zprávy pak vypadá následovně:

AfComPort1. WriteString(#85#85#00#00#170);

3.4. Ovládání RS 232

K ovládání sériového portu, hledání závad, jednoduchému ladění RS 485 a podobným účelům je určen program „PPP. exe“ („Papouchův Pomocný Program“). Programem lze vysílat a přijímat jednotlivé znaky, měnit stavy signálů linky RS232 a ovládat přepínání směru komunikace. Další užitečný program pro práci ze sériovým rozhraním je volně šiřitelný „Free Serial ComPort Monitor“.

4. Videomanuál ovládání multimetru APPA 109N

V rámci bakalářské práce byl sestaven také videomanuál ovládání multimetru určený pro posluchače distančních studijních programů Fakulty mechatroniky a mezioborových inženýrských studií. Jeho forma a zpracování je vhodná rovněž pro e-learningové systémy vzdělávání.

Celý videomanuál je koncipován do dvou částí:

• První částí je více než osmdesáti slajdová prezentace vytvořena v Microsoft Office PowerPoint 2003. Tato prezentace obsahuje detailní popis všech měření, která lze s přístrojem APPA 109N provádět, dále popis funkcí a možnosti voleb jednotlivých režimů.

• Druhá část sestává z krátkých video-souborů ve formátu s příponou avi (Audio Video Interleaved). V těchto souborech jsou daná měření názorně předvedena a vhodně okomentována.

4.1. PowerPoint manuál

PowerPoint manuál má charakter interaktivní příručky, kde je možno přes odkazy procházet jednotlivá měření nebo je přeskočit a seznámit se z funkčními režimy popřípadě údržbou, obsluhou či parametry přístroje.

Obr. č. 19 : Úvodní strana prezentace

4.1.1. Funkce přístroje

Multimetr APPA 109N má mnoho funkcí, které jsou prezentovány v bodovém seznamu na hlavním slajdu viz. Obr. č. 20Obr. č. 20. Každý bod v seznamu je nadefinován jako odkaz na první slajd daného měření. Na tomto slajdu lze tedy kliknout na zvolené měření, a to se ihned zobrazí bez nutnosti procházet celou rozsáhlou prezentaci postupně.

Obr. č. 20 : Funkce přístroje

Obr. č. 21 : Funkční režimy

4.1.2. Návod na měření

Každý měřící rozsah má na několika slajdech stručně naznačen a popsán podrobný návod, jak správně postupovat při měření. Jako příklad uvádíme vzorové slajdy pro měření elektrického odporu (viz Obr. č. 22).

Všechny položky návodu jsou řešeny formou interaktivních odkazů, které nabízejí možnost snadno se vrátit k předchozím krokům, event. některé přeskočit.

Obr. č. 22 : Ukázka z interaktivního návodu na měření

4.2. Video manuál

Pro vybraná měření byla zpracována krátká videa (do 1 minuty). Všechny video soubory prošly finalizací v softwarovém balíku Pinnacle Studio 8 a výsledné sekvence byly uloženy do formátu avi(Audio Video Interleaved).

Přehled video sekvencí:

• Měření proudu • Měření napětí

• Měření odporu • Měření frekvence

• Měření kapacity • Měření teploty

• Test diod • Test vodivosti

4.2.1. Formát avi

Soubory s příponou avi se staly standardem digitálního videa již od počátku výskytu videa na počítačích. Přípona souboru avi však ještě jednoznačně neidentifikuje tento soubor, pouze jej přiřazuje do obecné skupiny souborů s videem pro Windows. Soubor avi může být vytvořen v různých kódovacích systémech (zvaných obecně koded = codec = Coder & Decoder). K příponě souboru avi se váže množství konkrétních kompresních a dekompresních schémat, která je nutno mít v počítači nainstalována, abychom mohli videosoubor přehrát. Proto, aby bylo možné vytvářet univerzální videoprezentace, existuje několik typů standardně uznávaných kodeků, kterými je vybaven každý operační systém Microsoft Windows. Jedná se o kodeky, které jsou součástí ovladačů Microsoft DirectX a dalších. Tato standardizace zaručuje, že takto vytvořený soubor avi lze přehrát na všech počítačích bez ohledu na jejich vnitřní vybavení. Tyto univerzální kodeky jsou však pouze softwarové, což znamená, že veškeré dekódování zvukových i obrazových dat provádí centrální procesor počítače. A konečně ani tím, že na počítači je daný kodek nainstalován, není ještě zaručeno, že počítač dekóduje a přehraje všechny soubory avi.

5. Laboratorní úloha pro měření teploty

ÚIoha se zabývá měřením přechodový charakteristik odporových čidel. Tato charakteristika vyjadřuje závislost změny odporu v čase při skokové změně teploty. V našem případě pro odporová čidla Pt100 a NTC termistor.

5.1. Kalibrace čidel

Program je určen pro měření teploty pomocí odporových čidel. Uživatel si může vybrat ze dvou typů čidel. První typ je lineární odporové čidlo PT100 a druhý NTC Termistor. Pro správné měření je potřeba čidla nakalibrovat. V tomto programu provádíme kalibraci ve dvou bodech, a to v bodě A0 aA1. Tyto body si uživatel zvolí a naměří sám jak pro lineární čidlo, tak i pro NTC termistor.

Kalibraci čidla pro teplotu t0 provedeme tak, že čidlo připojíme k přístroji, čidlo ponoříme obvykle do ledu a za pomocí tlačítka „Kopíruj“,které je umístěno pod editem určeným pro R0 nakopírujeme hodnotu odporu odporového čidla při dané teplotě z hlavního ukazatele programu do Editu. V bodě A0 je obvyklé kalibrovat čidlo při teplotě 0 °C. Stejný postup provedeme pro bod A1, s tím rozdílem, že budeme čidlo kalibrovat při obvyklé teplotě 100 °C.V našem případě ponoříme čidlo do vody, která byla ohřáta na 100 °C. Pro lineární čidlo jsme použili nastavení podle obyčejného matematického vyjádření přímky.

Uživatel si změří hodnoty odporu (R0 aR1) čidla a odpovídající teploty (t0 a t1) v bodech A0 a A1 a zadá je do záložky Čidlo v menu nastavení. Kalibrujeme podle vzorce: t = α·R + q. Program provede výpočet koeficientu α a tím nastaví pomyslnou směrnici kalibrační křivky. Pro další měření pak dosazuje za R změřené hodnoty a vypočítává t. Pro výpočet teploty z odporu termistoru je použit vzorec (5.1).

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⋅ ⎛

−

= ⋅

0

ln

0 0

T T

R R T

T T

β T

1

0

ln 1 1

0

−

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ ⎟⎟+

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⋅ ⎛

= R T

R T β

T

T (5.1)

5.2. Základní nastavení programu pro měření

Po spuštění je program nastaven tak, že automaticky začne hledat na COM portu počítače multimetr APPA 109N. V základním nastavení se předpokládá, že se bude měřit s lineárním čidlem, které je nutné nejprve nakalibrovat. Osy grafu jsou ručně přednastaveny tak, aby se přechodová charakteristika zobrazila na téměř celou plochu grafu, čímž je zajištěno, že lze z grafu snadno odečítat hodnoty. Snímací interval je nastaven na 1 s a tlačítko AutoStart – v případě jeho použití – automaticky spustí měření při změně odporu čidla o 0,5 Ω. Všechny tyto parametry měření se dají změnit v příslušných záložkách v hlavní menu.

Obr. č. 23 : Přechodová charakteristika Pt100

Měřící stanoviště sestávající z odporového čidla, multimetru a počítače a výsledek měření v běžícím programu zachycují Obr. č. 24 a Obr. č. 23.

Obr. č. 24 : Měřící stanoviště

Závěr

Bakalářská práce se pod názvem „Automatizace úlohy měření teploty pomocí multimetru APPA 109N“ zabývá měřením teploty pomocí odporových čidel. Cílem práce bylo vyvinout jednoduchý a snadno použitelný softwarový nástroj pro komunikaci multimetru s počítačem a pro využití naměřených údajů při dalším zpracování. Zároveň byl v průběhu realizace bakalářského projektu vytvořen elektronický manuál pro práci s multimetrem APPA 109N doplněný o ucelenou řadu návodných video sekvencí zachycujících reálný postup a průběh měření.

Během zpracování bakalářské práce bylo využito softwarové podpory balíku Microsoft Office 2003, Delphi 6 a Pinnacle Studio 8. Ve všech třech případech se jedná o velmi uživatelsky přívětivé programy, které navzdory tomu představují efektivní a mocné nástroje. Práce s nimi podporuje logické a kreativní myšlení a dává dobrý základ pro uplatnění v praxi.

Díky zázemí těchto programů a aktivní spolupráci s odborníky z Fakulty mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technické univerzity v Liberci byly dosaženy a splněny všechny cíle bakalářského projektu a práce na tomto projektu byla přínosem pro všechny strany.

Literatura

[1] APPA. APPA Technology Corporation , 2007. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://www.appatech.com/>

[2] Computer Press. Computer Press, a. s. , 2007. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://www.zive.cz/>

[3] HW server. HW server, s. r. o. , 1997 – 2005. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://www.hw.cz/>

[4] Kadlec, V. : Umíme to s Delphi – offline příručka, 19. 3. 2001

[5] Křížek, M. : Měřící technika – Teplota. 2004. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://home.zcu.cz/~krizek4/zcu/podklady/MT04.pdf>

[6] Měření některých dalších fyzikálních veličin. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://www.337.vsb.cz/materialy/experimentalni_mechani ka/OSTATNI_VEL.pdf>

[7] NTC Thermistors. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://www.thermometrics.com/assets/images/ntcnotes.pdf>

[8] Papouch. Papouch s. r. o. , 2007. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://www.papouch.cz>

[9] Pfeifer, V. : Měřící technika – Teplota. 2007. [online] [cit. 12/04/2007]

Dostupné z <http://home.zcu.cz/~pfeifer/MT/K04teplota.doc>

[10] Publikační a redakční systém Public4u 2000 – 2007.

Dostupné z <http://www.video.az4u.info/redakce/index.php?clanek=31 71&xuser=&lanG=cs&slozka=3065&xsekce=3113>

[11] Teixeira,S. – Pacheco, X. : Mistrovství v Delphi 6. Edice Profi Programování, Computer Press, Praha 2002. ISBN 80-7226-627-6