Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

zgierzman 25 Nov 2018 20:11 7086 15
e-mierniki
  • Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Ponieważ musiałem zdjąć charakterystykę termistora NTC, powyciągałem z szuflad przyrządy do pomiaru temperatury.

    Jak wiadomo termistory NTC mają dwa istotne parametry - wartość w 25°C oraz współczynnik B. To pierwsze jest proste do sprawdzenia, ale żeby policzyć B trzeba mieć pomiary rezystancji przy różnych temperaturach - zazwyczaj 25°C i 85°C, ale niekoniecznie. I lepiej tą stałą znać podmieniając termistor, żeby później zmierzone temperatury nie rozjechały się w cały świat.

    Znalazłem sześć różnych elektronicznych przyrządów korzystających z termopary K, ale już na wstępie było widać, że ich wskazania się różnią. Oczywiście po tym jak odleżały swoje w pokojowej temperaturze, aby wewnętrzny pomiar (i kompensacja zimnego końca) był ustabilizowany. Co więc wybrać?

    A wybór miałem następujący:
    Aneng AN8009
    Richmeters 409B - na oko identyczny z Aneng Q1
    Sanwa PC510a
    EnergyLab VC97
    Chauvin Arnoux MAX2000
    TM-902C - tania zabawka z Chin, kosztuje grosze.

    Skłaniałem się ku lepszym, a w każdym razie droższym multimetrom, czyli Sanwa, albo MAX2000

    Odgrzebałem jeszcze czterdziestoletni laboratoryjny termometr rtęciowy - w 1979 roku ktoś go zbadał, opatrzył numerem, a że jest cały ze szkła - łącznie z podziałką wydrukowaną na szklanej płytce - to raczej nic nie mogło się w nim zdegradować na tyle, żeby zaczął źle wskazywać.
    Zakres od 0°C do 50°C, podziałka 0,2°C
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Uznałem, że to będzie mój punkt odniesienia.

    Zrobiłem małą "komorę" z kartonowego pudełka wyłożonego pianką, w której zamknąłem wszystkie termopary i termometr rtęciowy.

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Odłożyłem to na godzinkę, aby temperatura się wyrównała i ustabilizowała, po czym porównałem wskazania:

    Rtęciowy 23,0°C, i kolejno:
    AN8009 23°C
    409B 21°C
    PC510a 23°C
    VC97 22°C
    MAX2000 23,0°C
    TM-902C 24,1°C

    Wygrał MAX2000, bo pokazywał równo 23,0°C, a większość w ogóle nie pokazuje ułamków.
    Każdy multimetr mierzył termoparą jaka była z nim w fabrycznym zestawie.

    Przy okazji wyszło na jaw, że AN8009 zaokrągla wskazania - pokazuje 23°C pomiędzy 22,5°C i 23,5°C, reszta po prostu obcina ułamek. Więc 23°C może oznaczać zarówno 23,0°C jak i 23,9°C.

    W dalszych pomiarach nie mogłem już użyć rtęciowca, więc punktem odniesienia stał się MAX2000.

    Przygotowałem "zaawansowaną płytę grzewczą" w postaci odwróconego żelazka i sprawdziłem rozkład temperatur:

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    OK, można wybrać obszar o w miarę równej temperaturze.
    Zainstalowałem więc wszystkie termopary, przykleiłem kaptonem, na wierzch dałem kawałek odpornej na temperaturę pianki i przycisnąłem całość kilkoma kilogramami żelastwa. To wszystko miało zapewnić w jednakowe warunki pomiaru dla wszystkich termopar.

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Żelazko nagrzałem, a potem pozwoliłem żeby powoli stygło i pstrykałem multimetrom zdjęcia. Tak otrzymałem odczyty wszystkich z tego samego momentu.

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Zrobiłem jeszcze pomiary w niższych temperaturach, ale nie wyglądają wiarygodnie. Może kiedyś do tego wrócę, na razie interesował mnie przede wszystkim zakres 20°C - 100°C.

    Wyniki pomiarów wklepałem do arkusza kalkulacyjnego, ale już na oko było widać, że TM-902C nadaje się tylko do kosza, a Richmeters 409B też nie za bardzo daje radę.
    W czasie pomiarów zauważyłem też, że termopara od Anenga ma ogromną bezwładność cieplną i wymaga długiego czasu, aby odczyty się ustabilizowały. Dlatego dałem mu drugą szansę i powtórzyłem serię pomiarów, ale tym razem z inną termoparą. W tabeli oznaczyłem to "AN8009 2".

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Na wykresie widać błąd pomiaru wyrażony w procentach. Błąd w stosunku do multimetru odniesienia, czyli MAX2000. Niestety, nie mam dostępu do wzorcowanego przyrządu.

    Jeden z kolegów zwrócił mi uwagę, że nieprawidłowo wyliczyłem wartość błędu
    CosteC wrote:
    Myślę, tak sobie że błąd wypadało by w tym przypadku liczyć jako (Wartość rzeczywista - wartość zmierzona)/(zakres pomiarowy)


    Oczywiście nie bez racji, więc w arkuszu poprawiłem formułkę, i zrobiłem nowy wykres.
    Do powyższej porady nie zastosowałem się super ściśle, bo liczyłem tak: (wartość zmierzona - wartość rzeczywista)/(zakres pomiarowy).
    Chodziło o znak: w tym przypadku jeśli wartość wskazywana jest większa niż wartość rzeczywista, to wynik działania jest dodatni. Czyli jeśli termometr zawyża, to błąd jest dodatni, a jeśli zaniża, to ujemny. Gdyby liczyć tak jak podpowiedział CosteC, to wartość byłaby taka sama, ale znak przeciwny. A to wydaje mi się mniej intuicyjne ;-D
    Jako "zakres pomiarowy" przyjąłem zakres przyrządu (np od -50°C do 1000°C), a nie zakres pomiarów.
    Dlatego 409B wypadł trochę lepiej niż na początku, bo 0,59% lepiej się prezentuje niż 5% ;-)

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Gdyby jednak wyniki odnieść do zakresu pomiarów (-11°C do 160°C) wykres wyglądałby tak:

    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Inny użytkownik również miał celną uwagę do pierwszej wersji wyliczania błędu:
    paluszasty wrote:
    Błędu procentowe dla temperatury możemy podawać tylko dla skali ilorazowej jaką jest skala Kelvina. Dla innych skal w tym Celsjusza można używac tylko wartości ΔT.


    Mnie akurat w tym przypadku interesował błąd względny, bo chciałem oszacować z jaką dokładnością wyliczę B dla termistora. Ale ogólnie miał rację - błąd bezwzględny w °C może lepiej unaocznić co się dzieje. Dlatego nowy wykres:
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    No i tak:
    Wynalazek za 2$ z przesyłką nie nadaje się do niczego: błąd sięgający 10% 4% to porażka. Niezależnie od sposobu liczenia i prezentacji wyników ;-D
    409B też kiepsko - 5% i więcej odchyłki wartości wskazywanej od rzeczywistej, ale gdyby odnosić to do zakresu przyrządu: można by pomyśleć, że będzie dobrze.
    VC97 trochę lepiej - ok w zakresie 70°C - 100°C, poniżej 70°C odczyty zaniżone, powyżej 100°C zawyżone.
    Sanwa PC510a trochę mnie rozczarowała - szczególnie dla niższych temperatur. ale jak pisałem: pomiary w punktach -11°C i 15°C ogólnie uważam za nieudane.
    Aneng 8009 - bardzo dobrze, szczególnie jeśli oryginalnej termoparze da się odpowiednio dużo czasu aby wyrównała temperaturę, ewentualnie jeśli użyje się termopary z małą bezwładnością.

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    zgierzman
    Level 30  
    Offline 
    zgierzman wrote 1566 posts with rating 1156, helped 83 times. Live in city Zgierz. Been with us since 2005 year.
  • e-mierniki
  • #3
    zgierzman
    Level 30  
    H3nry wrote:
    zgierzman wrote:
    Znalazłem sześć różnych elektronicznych przyrządów korzystających z termopary K, ale już na wstępie było widać, że ich wskazania się różnią

    Zamieniałeś miejscami termopary ? Wszystko jest względne :)

    Nie testowałem każdej możliwej kombinacji, ale do Richmeters 409B podłączałem kolejno pięć różnych - zawsze pokazywał to samo. Szósta - ta od tej chińskiej zabawki - ma inną wtyczkę. No i widać na pierwszym zdjęciu - że wewnętrzny pomiar też się różni. A jeśli od tego zależy kompensacja zimnego końca, to i końcowy pomiar chyba nie będzie zbyt dokładny. Na tym zdjęciu sanwa jest ustawiona na pomiar rezystancji, ale w trybie pomiaru temperatury i tak nie pokazuje wewnętrznej temperatury. Na tym zakresie bez podłączonej termopary wyświetla "---C".
  • e-mierniki
  • #5
    zgierzman
    Level 30  
    szeryf3 wrote:
    No i to jest dobry test i nawet ciekawy. Dzięki za Twój pomysł i wysiłek.


    Nie ma za co dziękować, zrobiłem to, bo musiałem. ;-)
    Miałem termistor pomiarowy NTC 10k o nieznanym B i jakoś musiałem się dowiedzieć co i jak.

    I to też jest w zasadzie ciekawy temat.

    Po różnych zawirowaniach - w tym wykonaniu tych wszystkich operacji opisanych w pierwszym poście - otrzymałem taki oto wykres:
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Oś pionowa - skala logarytmiczna. Dlatego tak ładnie liniowo wygląda ;-)

    Zmierzyłem termistor o który mi chodziło i wyliczyłem B. Pomiary co 1 stopień ;-)

    To jest ta ciemnoczerwona linia i teoretycznie wyliczone B=3984

    Kupiłem taki i kilka podobnych, po czym zmierzyłem je także, a do arkusza oprócz pomiarów wprowadziłem także teoretyczne dane, które pobrałem stąd:
    http://www.vishay.com/thermistors/curve-computation-list/

    Jak widać wszystko się ładnie poskładało - teoria pokryła się z praktyką. Linia czerwona pokryła się z szarą, która pokazuje pomiary kupionego termistora o znanym B=3984, ale rozmija się z pomiarami termistora kupionego z B=3988 czy teoretyczną krzywą dla B=3430 .

    Krzywe dla termistora 12k B=3740 ładnie się pokrywają - ta empiryczna i ta z tabelki od producenta.

    Tam gdzie w legendzie jest dopisek "zm." to są dane empiryczne (prawdziwe pomiary).
    Tam gdzie jest "B wyliczone" - to znaczy że tak wyszło z matematyki.
  • #6
    paluszasty
    Level 25  
    To co mnie zaskakuje to brak systematyczności tych błędów. Chodzi mi o to że raz błąd maleje raz rośnie. Oczekiwał bym że im dalej od jakiejś temperatury (nazwijmy ją Tref) tym błąd większy.

    A tu patrząc na Sanwe mamy 0.0% w dość szerokim zakresie później w 90 i 100degC coś koło 1% błędu a później znowu 0.0% w 110degC i coś koło 0.8% w 120degC. Raczej to nie jest błąd termopary, raczej z jakiś powodów temperatura była inna w danym punkcie.

    Lepiej zdecydowanie było by włożyć termopary do naczynia (garnka, zlewki, lub może termosu) z wrząca wodą i mieszać cały czas taką stygnącą wodę. Termopary powinny być możliwie blisko środka naczynia i blisko siebie.

    Warto tez zwrócić uwagę że podawanie błędu procentowego w przypadku skali Celsjusza jest niefortunne. Nie jest to skala gdzie iloczyn ma jakikolwiek sens. Innymi słowy weźmy pod uwagę takie przypadki gdzie mamy zawsze błąd 1degC/1K:
    Trzecz [C]Trzecz [K]Tmierzone [C]Tmierzone [K]bląd % skala Cblad % skala K
    -20253-19254-5,00,40
    -15258-14259-6,70,39
    -10263-9264-10,00,38
    -5268-4269-20,00,37
    -4269-3270-25,00,37
    -3270-2271-33,30,37
    -2271-1272-50,00,37
    -12720273-100,00,37
    027312740,37
    12742275100,00,36
    2275327650,00,36
    3276427733,30,36
    4277527825,00,36
    5278627920,00,36
    102831128410,00,35
    15288162896,70,35
    20293212945,00,34
    30303313043,30,33
    40313413142,50,32
    50323513242,00,31
    60333613341,70,30
    70343713441,40,29
    80353813541,30,28
    90363913641,10,28
    1003731013741,00,27


    I teraz popatrzmy jak to wygląda w zakresie temperatur -5 do +5degC (pomijając ze dla T=0degC nie można policzyć błędu, albo błąd jest nieskończony!!!) to w tak wąskim zakresie błąd % liczony dla stopni Celsjusza zmienia się od 100 do 20% a co gorsze jeszcze zmienia się znak!!! W przypadku termodynamicznej skali Kelvina ten błąd zmienia się w tym zakresie tylko od 0.37 do 0.36%. Nawet dla całego przedstawionego zakresu w skali Kelvina błąd zmienia się tylko od 0.4 do 0.27%.

    Błędu procentowe dla temperatury możemy podawać tylko dla skali ilorazowej jaką jest skala Kelvina. Dla innych skal w tym Celsjusza można używac tylko wartości ΔT.

    Częściowo tez w ten sposób można wyjaśnić dlaczego błędy dla VC-97 rosną wraz ze zmniejszeniem temperatury. Błąd był w zakresie 15-60degC równy około 1degC. Natomiast ponieważ mianownik rósł znacznie szybciej niż rzeczywiście zmieniała się temperatura to i błąd tak gwałtownie się zmieniał.

    To podobny trochę problem do tego że nie można powiedzieć że w 30degC jest 2 razy cieplej niż w 15degC.
  • #7
    zgierzman
    Level 30  
    paluszasty wrote:
    Błędu procentowe dla temperatury możemy podawać tylko dla skali ilorazowej jaką jest skala Kelvina. Dla innych skal w tym Celsjusza można używac tylko wartości ΔT.


    Mnie akurat w tym przypadku interesował błąd względny, bo chciałem oszacować z jaką dokładnością wyliczę B dla termistora. Ale ogólnie masz rację - błąd bezwzględny w °C może lepiej unaocznić co się dzieje. Dlatego nowy wykres:
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów
  • #8
    paluszasty
    Level 25  
    o i to wygląda tak jak bym oczekiwał. Widać ze an8009-2 i sanw są najlepsze.

    Ciekawe jest zachowanie TM-902C, błąd w zasadzie rośnie liniowo z temperaturą, ciekawe czym to jest spowodowane. Mam wrażenie ze z jakiegoś powodu tutaj termopara była niedogrzana
  • #9
    zgierzman
    Level 30  
    Nie, zrobiłem naprawdę wiele, żeby wszystko się grzało równo. Może Anang i Richmeters odstawały, bo mają inną konstrukcję termopary (obudowa typu "lanca" a nie goła spoina). Aneng dostał drugą szansę z "nie swoją" termoparą, a Richmeters nie - może to błąd, ale i tak zaniża o 2 stopnie nawet w wyjątkowo stabilnych warunkach, podobnie jak zaniża wewnętrzny pomiar. Richmeters odpadł z gry na samym początku.
    Stawiam na to, że TM-902C nie mierzy prawidłowo: nie kompensuje temperatury zimnego końca albo konstruktor w ogóle nie wiedział jak działa termopara...

    Na błąd wymiany temperatury wygląda mi pierwszy pomiar Aneng - widać, że stygnął wolniej niż reszta.
    Całość była nagrzana do ok 180°C, może 200°C, poczekałem aż najwolniejszy odczyt przestanie rosnąć, a zacznie opadać - znak, że wszystkie przyrządy odczytały najwyższą dla nich temperaturę i zaczynają stygnąć. Wtedy zacząłem robić zdjęcia.

    Jeżeli któryś przyrząd/termopara miał problemy z wymianą temperatury, to wskazania powinny być zawyżone, a nie zaniżone.
    Richmeters ma bardzo długą lancę - jeżeli spoina jest na samym końcu, to od krawędzi mógł stygnąć odrobinę szybciej, ale TM-902C miał spoinę termopary w dokładnie tych samych warunkach co MAX2000, Sanwa, czy Aneng w drugim podejściu.
  • #10
    bolek
    Level 35  
    Nieco odbiegając od tematu, ten 409B tudzież Q1 ma naprawdę tak spartolone podświetlanie że w zasadzie nic nie widać, a miernik ma daleko do pokazania że bateria jest słaba?
  • #11
    zgierzman
    Level 30  
    Wyświetlacz jest kiepski.
    Próbowałem akumulatory Ni-MH, ale rzeczywiście kontrast jest wtedy słaby, a jasność niska. Z nowymi bateriami alkalicznymi wygląda to lepiej, ale jak długo baterie pociągną - nie wiem. W każdym razie nie polecam.
  • #12
    CosteC
    Level 34  
    Myślę, tak sobie że błąd wypadało by w tym przypadku liczyć jako (Wartość rzeczywista - wartość zmierzona)/(zakres pomiarowy) to da wymierny wynik - 5'C błędu przy zakresie -50 +150 to 2.5% niezależnie czy mierzyliśmy -40'C czy 0'C czy + 120'C... W twoim sposobie błąd jest bardzo silnie zależny od miejsca na skali gdzie mierzyłeś a nie jest to ani praktyczne (wprowadza w błąd) ani nie ma związku z poprawnością działania urządzenia.

    Poza tym mnóstwo fajnie wykonanych pomiarów, szczerze jestem zaskoczony wysoką jakością badanych termometrów.
  • #13
    zgierzman
    Level 30  
    CosteC wrote:
    Myślę, tak sobie że błąd wypadało by w tym przypadku liczyć jako (Wartość rzeczywista - wartość zmierzona)/(zakres pomiarowy)

    Fajnie. Metrologię ostatnio na studiach w XX wieku miałem, teraz lecę trochę "na wyczucie" ;-) Dobrze, że ktoś czasem podrzuci pomysł jak coś zrobić lepiej.
    W wolnej chwili odgrzebię tabelki z zakresami i wrzucę do arkusza. Z MAX2000 może być kłopot, bo to multimetr także z zeszłego wieku, a nie kojarzę, czy mam do niego papierową instrukcję. Ciekawe, czy coś znajdę w necie...

    A z TM-902C kłopot będzie tego rodzaju, że jedyna instrukcja którą mam jest po chińsku.
    Wcześniej nawet jej nie otworzyłem, ale teraz na to patrzę i nie kumam. Wygląda na to, że mogą być pomylone °C z % w niektórych miejscach, gdzie indziej rozjechało się formatowanie kolumn, i różne inne awarie trapią ten wydruk.
    Domyślam się, że są dwa zakresy: -199,9°C do 199,9 z rozdzielczością 0,1°C oraz 200°C do 1370°C z rozdzielczością 1°C.

    Ale oba zakresy są pocięte na kawałki i dla każdego z nich błąd jest podany inaczej: raz ±1% +1°C, gdzie indziej -5°C do -3°C. Kosmos jakiś.

    Ktoś wie o co chodzi w tej instrukcji?:
    Pomiary temperatury termoparą K - porównanie multimetrów

    Edit:
    W pierwszym poście dodałem nowe wyliczenia ;-)
  • #14
    User removed account
    Level 1  
  • #15
    zgierzman
    Level 30  
    Za słaby z metrologii jestem, bo nie łapię niuansów Twojej wypowiedzi. Gdybyś mógł bardziej łopatologicznie, nawet na PW, to będę wdzięczny.

    Ja na tej kartce widzę następujące wpisy (w kolejności rosnących temperatur):





    -50°C .. -40°C: -3°C
    -40°C .. -20°C: ± 3°C
    -20°C .. 0°C: ± 2°C
    0°C .. 500°C: ± (0,75°C + 1°C) <- dlaczego nie ± 1,75°C ? Znak % pomylony z °C ?
    500°C .. 750°C: ± (1% + 1°C)
    750°C .. 1000°C: (-3°C - 0°C)
    1000°C .. 1350°C: (-5°C -3°C)


    Dlaczego nie ma przedziału -199,9°C do -50°C?
    Dwie linie wyżej jest: 0,1°C (-199,9°C .. 199,9°C) - zgaduję, że w tym zakresie temperatur rozdzielczość wynosi 0,1°C.
    Dlaczego przedział z tabelki 0°C .. 500°C nie jest podzielony na dwa, skoro najwyraźniej w połowie zmienia się rozdzielczość pomiaru?
  • #16
    CosteC
    Level 34  
    Nie znam Chińskiego, zgaduję, że autorowi chodziło o:







    Zakres pomiaru Maksymalny błądKomentarz
    -50°C .. -40°C: -3°CAlbo jest "-" zamiast "±" albo wyłącznie zawyża i jest dokładniejszy niż na poprzednim zakresie
    -40°C .. -20°C: ± 3°C
    -20°C .. 0°C: ± 2°C
    0°C .. 500°C: ± (0,75°C mierzonej wartości)) ±1 LSB wyświetlaczaNajlepszy zakres z najlepszą liniowością
    500°C .. 750°C: ± (1% mierzonej wartości) ±1 LSB wyświetlacza
    750°C .. 1000°C: -3°C ... 0°CChyba wyłącznie zawyża o od 0 do 3°C i jest dokładniejszy niż na poprzednim zakresie, co sugeruje niedostateczną linearyzację
    1000°C .. 1350°C: -5°C ... -3°CChyba wyłącznie zawyża o od 3 do 5°C i jest dokładniejszy niż na poprzednim zakresie, co sugeruje niedostateczną linearyzację


    Wydaje mi się że zakres -199,9°C do -50°C "działa" ale nie jest specyfikowany - termometr coś pokaże, ale producent nie bierze za to odpowiedzialności. Termopary nie są liniowe i może na tym zakresie linearyzacji już nie ma.
    Co do sposobu prezentacji błędu jest dużo możliwości, każdy jednoznaczny zasadniczo jest poprawny.