Fachhochschule Frankfurt FB 2: Bioverfahrenstechnik. Inhaltsverzeichnis 1. AUFGABE 2. GRÖSSEN, EINHEITEN UND INDICES

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1 Fachhochschule Frankfurt FB 2: Bioverfahrenstechnik Versuch ET 5: Thermometrie Inhaltsverzeichnis 1. AUFGABE 2. GRÖSSEN, EINHEITEN UND INDICES 3. GRUNDLAGEN 3.1 Physikalische Zusammenhänge 3.2 Thermoelemente 3.3 Messwiderstände, Widerstandsthermometer 4. AUFBAU DER APPARATUR 4.1 Schaltbilder 4.2 Geräte 5. VERSUCHSPROTOKOLL 6. VERSUCHSDURCHFÜHRUNG 6.1 Vorbereitung 6.2 Widerstandsthermometermessung (paralell zu Messung Thermoelementmessung (parallel zu Messung Versuchsende 7. VERSUCHSAUSWERTUNG 1. AUFGABE Für ein Thermoelement und ein Widerstandsthermometer ist jeweils ein Kalibrierdiagramm zu erstellen Als Temperaturreferenz ist ein Quecksilberthermometer zu verwenden, welches gemeinsam mit den Aufnehmern in ein geregeltes Temperierbad eintaucht Die Versuche sind im Team und ohne äußere Hilfe durchzuführen 2. GRÖSSEN, EINHEITEN UND INDICES Dargestellte Größe Einheit Größenzeichen Größenzeichen Dargestellte Größe Einheit d Durchmesser mm T Absolute Temperatur K I Elektrischer Strom A k Proportionalitätsfaktor mv/100k α Temperaturkoeffizient K -1 R Elektrischer Widerstand Ω ϑ Temperatur C U Elektrische Spannung V ϕ Relative Feuchte % Tabelle 1 Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 1 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

2 Zeichen Dargestellter Index Zeichen Dargestellter Index 0 eispunktbezogen L Leerlaufd Diagonal- MB Messbereichsende e elektronenpotentialbezogen S Start- E End- U Umgebungs- K Klemm- Kr Kryostatbad- ϑ temperaturbezogen Tabelle 2 3. GRUNDLAGEN 3.1 Physikalische Zusammenhänge Aufnehmer Mechanische, thermische, induktive, magnetische, kapazitive und chemische Effekte können durch ihre Wirkung auf elektrische Bauteile zur Messung nichtelektrischer Größen verwendet werden. Dabei steuert (passiv oder erzeugt (aktiv die nichtelektrische Größe das elektrische Signal des jeweiligen Aufnehmers, Gebers, Fühlers, Detektors oder Sensors. Passive Aufnehmer sind auf eine elektrische Energieversorgung angewiesen, aktive Aufnehmer kommen hingegen ohne elektrische Hilfsenergie aus. Der Aufnehmer wird charakterisiert durch den Zusammenhang zwischen der gemessenen nichtelektrischen Größe und dem abgegebenen elektrischen Signal. Dieser Zusammenhang kann in Form einer Gleichung, einer Tabelle oder einer Kurve als Kennlinie angegeben werden. Wärme, Temperatur Wärme ist eine Energieform, die durch die Bewegung der Moleküle und Atome der Materie verkörpert wird. Mit dem menschlichen Temperaturempfinden kann man Unterschiede in der Stärke von Molekülbewegungen wahrnehmen, die Einordnung als kalt, warm oder heiß erfolgt aber durch weitere Sinneswahrnehmungen. Die Temperatur ist die physikalische Größe, die den Wärmezustand eines Körpers kennzeichnet. Eine Temperatur von 0 Grad Celsius hat schmelzendendes Eis (Wasser Eine Temperatur von 100 Grad Celsius hat siedendendes Wasser bei einem Luftdruck von 1,013 bar Eine Temperatur von 0 Grad Kelvin ist der niedrigste physikalisch denkbare Wärmezustand, bei dem keine Molekülbewegung mehr vorhanden ist. Er wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Temperaturmessung T = K / o C 273,15 K (1 =T o C / K 273,15 o C (2 Eine Temperaturmessung ist mit dem subjektiven Temperaturempfinden nicht möglich. Durch die Messtechnik kann mit Hilfe der Temperaturskalen eine objektive Angabe des Wärmezustandes erfolgen. In Thermometern wird die Temperaturabhängigkeit physikalischer Eigenschaften ausgenutzt: Flüssigkeitsthermometer beruhen auf der stärkeren Volumenänderung von Flüssigkeiten (Quecksilber, Alkohol, Pentan im Gegensatz zu ihren Gefäßen Gasthermometer (eichfähig nutzen die Volumenänderung von Gasen Metallthermometer nutzen die unterschiedliche Längenänderung zweier Metalle Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 2 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

3 Strahlungspyrometer nutzen die von Körpern ausgehende Wärmestrahlung zur berührungslosen Temperaturmessung Schmelzkegel (Segerkegel, sowie Schmelzpulver werden bei bestimmter Temperatur flüssig Temperaturmessfarben zeigen die Temperatur durch bleibenden Farbumschlag an Elektrische Thermometer wie Thermoelemente, Widerstandsthermometer u.a. 3.2 Thermoelemente Kontaktspannung, Thermodiffusion, Thermospannung Verschiedener Metalle besitzen bei gleicher Temperatur unterschiedliche chemische Potentiale, d.h. es muss unterschiedliche Austrittsarbeit verrichtet werden, um Elektronen vom Metall abzulösen. Werden zwei Leiter aus verschiedenen Metallen (A,B an ihren Enden innig miteinander verbunden, bewirkt dieser Unterschied an den Kontaktstellen einen Übergang von Elektronen zum Metall mit der größeren Austrittsarbeit. Daraus resultiert eine Kontaktspannung, welche gerade durch die chemische Potentialdifferenz ausgeglichen wird. Es kann also nicht zu einem Stromfluss kommen. Abb. 1: Thermoelement mit Kontaktstellen gleicher Temperatur (T 1 =T 2 Erst ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Kontaktstellen (T 1 T 2, führt zu einer Thermodiffusion der Ladungsträger entlang des Temperaturgefälles und damit zu einer Thermospannung. Es kommt zu einem Kreisstrom, der näherungsweise dem Quotienten aus Thermospannung und gesamten Ohmschen Widerstand entspricht. Die Thermospannung ist sehr klein, während der Kreisstrom sehr groß werden kann. Dieser physikalische Wandlungseffekt wurde 1821 von Thomas Johann Seebeck entdeckt und nach ihm benannt. Das Anlegen einer Spannung von außen, bewirkt ein Umkehr des Effektes und führt zum abkühlen, bzw. er - wärmen der Kontaktstelle. Dieses Verhalten wurde 1824 von Jean Charles Athanase Peltier entdeckt und nach ihm benannt. Grundsätzlich kann man mit Thermoelementen nur eine Spannung messen, die proportional zu einer Temperaturdifferenz ist. Man braucht also einen Referenzpunkt, wie etwa eine zweite Metall-Verbindungsstelle mit bekannter Temperatur. Die Referenztemperatur kann sein: Schmelzendes Eis für Kalibrier- und Laborzwecke Raumtemperatur 50 C Eispunkt-Referenzstelle (Cold Junction Compensation mit einem elektronischen Baustein der eine Temperatur von 0 C simuliert Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 3 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

4 Ist die Referenz-Metall-Verbindungsstelle ein weiteres Thermoelement, Abb. 2: Thermoelementepaar so ergibt sich die Thermospannung (U ϑ als elektrostatische Potentialdifferenz zwischen den beiden Punkten a und b. Thermoelektrische Spannungsreihe Um die Abhängigkeit der Thermospannung von der Temperatur darzustellen, werden für die Thermoelement-Werkstoffe Proportionalitätsfaktoren (k gebildet, die sich in die sogenannte Thermoelektrische Spannungsreihe einreihen. Die k-werte der Werkstoffe werden, um nicht für jede beliebige Werkstoffkombination Werte angeben zu müssen, in Kombination mit Platin für eine Temperaturdifferenz von100k ermittelt: Material k in mv/100k Konstantan -3,2 Nickel -1,9 Platin 0,0 Wolfram 0,7 Kupfer 0,7 Eisen 1,9 Nickelchrom 2,2 Silizium 44 Tabelle 3: Proportionalitätsfaktoren im Bereich (0-100 C Da die k-werte temperaturabhängig sind, liefern Thermoelemente über einen größeren Temperaturbereich ein nichtlineares Signal. Die Nichtlinearität des Signals muss kompensiert werden. Die zu erwartende Thermospannung ergibt sich unter Einbeziehung der k-werte und der Temperaturdifferenz näherungsweise wie folgt: U = k A k B T 1 T 2 (3 Angegeben sind die Grundwerte der Thermospannungen in der Norm IEC Teil1. Einsatz, Alterung Bei der Auswahl eines Thermoelements spielt dessen Langzeitverhalten eine wichtige Rolle: Elemente aus unedlen Metallen sind wegen ihrer Korrosionsanfälligkeit sowie ihrer Oxidierbarkeit Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 4 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

5 bei Temperaturen über 800 C nicht ungeschützt einsetzbar und müssen in Schutzrohre eingebaut werden Wird ein Element in der Nähe seines Schmelzpunktes betrieben, können leicht Fremdatome aus der Umgebung oder dem Schutzrohr in das Element diffundieren und damit die definierte Thermospannung herabsetzen Bei hohen Mess-Temperaturen sind Platin haltige Thermoelemente vorzuziehen Um die Alterung eines Elements zu kontrollieren, ist es empfehlenswert, dessen Ausgangssignal regelmäßig mit dem eines neuen Elements zu vergleichen. Bauformen Abb. 3: Mantel-Thermoelemente Abb. 4: Ausführungen a offen b mantelverschweißt c isoliert Ausgleichsleitungen, Verlängerung Die zum Anschließen von Thermoelementen notwendigen Ausgleichsleitungen sind ebenso genormt wie die Elemente selbst und bestehen aus den gleichen Materialien, die in eingeschränkten Temperaturbereichen gleiche thermoelektrische Eigenschaften aufweisen. Verlängerungen aus anderen Leiterwerkstoffen bilden an jeder Kontaktstelle zusätzliche Potentialverschiebungen. 3.3 Messwiderstände, Widerstandsthermometer Messwiderstände sind Temperaturfühler deren temperaturempfindlicher Widerstandswerkstoff auf einem Trägerkörper aufgebracht ist. Sie erfassen den Mittelwert der auf ihrer Länge einwirkenden Temperaturen. Messwiderstände sind Bestandteil von Widerstandsthermometern. Aufbau Der Widerstandswerkstoff wird in Form von Draht oder als dünne Schicht auf den Trägerkörper gebracht und mit Anschlussdrähten aus Edelmetall verbunden. Messwiderstände sind erschütterungsfest und unter extremen Betriebsbedingungen einsetzbar. Abb. 5: Messwiderstände; links: zylindrisch gewickelt, rechts: flächig Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 5 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

6 Nachlaufabweichung Temperaturänderungen bewirken nicht unmittelbar eine Veränderung des Messsignals. Diese verzögerte Reaktion der Messwiderstände wird Nachlaufabweichung genannt und ist abhängig von der Wärmekapazität und dem Wärmewiderstand des Fühlermaterials. Einbau Messwiderstände kann man im allgemeinen nicht ungeschützt zur Temperaturmessung verwenden. Sie werden deshalb in Schutzrohre oder Mantelleitungen eingebaut, wobei die Wärmezu- bzw. ableitung der Schutzrohre oder der Befestigungselemente zu beachten ist. Konstruktive Maßnahmen wie Wärmeisolation und ausreichende Eintauchtiefe in das Mess-Medium können den Messfehler verringern. Betriebssichere Messungen mit Messwiderständen erfordern große Erfahrung beim Einbau und bei der Auswahl der dabei verwendeten Werkstoffe. Wenn diese nicht vorliegt, wird die Verwendung betriebsfertiger Widerstandsthermometer oder Messeinsätze empfohlen, wie: Widerstandsthermometer mit auswechselbarem Messeinsatz Mantel-Widerstandsthermometer Messwiderstände aus Metall In Metallen bilden die frei beweglichen Elektronen der äußersten Atomschale ein Elektronengas. Eine anlie - gende Spannung treibt die sich ungeordnet bewegenden Elektronen als Strom durch den Leiter. Mit steigender Temperatur stoßen dabei die Elektronen häufiger miteinander und mit den Metallionen, die größere Schwingungen ausführen, zusammen. Die Bewegung der Elektronen wird dadurch behindert, d.h. der ohmsche Widerstand des Metalls steigt. Diesen Effekt macht man sich bei den Messwiderständen zunutze. Alterung Das Langzeitverhalten von Metall-Messwiderständen hängt wesentlich von der Zahl der Temperaturwechsel ab, denen sie ausgesetzt sind. Insbesondere bei starker mechanischer Kopplung mit dem Trägermaterial (z.b. Glasmantel können durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten Veränderungen in der Gitterstruktur des Metalls auftreten. Messwiderstände aus Platin Platin hat sich als Widerstandsmaterial für Messwiderstände durchgesetzt. Die chemische Beständigkeit und die gute Reproduzierbarkeit seiner elektrischen Eigenschaften (mittlerer Temperaturkoeffizient α (0-100 C = 3, K -1 machen Platin zum idealen Werkstoff. Grundwertreihe nach DIN IEC 751 Gängige Platin-Messwiderstände werden bezeichnet als: Pt 100, Pt 500 und Pt Die Zahl bezeichnet den Nennwert in Ohm bei einer Temperatur von 0 C. Ein Platin-Messwiderstand mit der Bezeichnung Pt 100 hat einen Nennwert von R 0 = 100 Ω. In folgender Tabelle sind die Grundwerte in Ohm, die ein Platin-Messwiderstand Pt 100 bei verschiedenen Temperaturen annimmt, aufgelistet. Die Zeilen stellen eine Temperaturerhöhung in 10 C-Schritten, die Spalten um weitere 1 C-Schritte dar. Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 6 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

7 ϑ in C ,00 100,39 100,78 101,17 101,56 101,95 102,34 102,73 103,12 103, ,90 104,29 104,68 105,07 105,46 105,85 106,24 106,63 107,02 107, ,79 108,18 108,57 108,96 109,35 109,73 110,12 110,51 110,90 111, ,67 112,06 112,45 112,83 113,22 113,61 113,99 114,38 114,77 115, ,54 115,93 116,31 116,70 117,08 117,47 117,85 118,24 118,62 119, ,40 119,78 120,16 120,55 120,93 121,32 121,70 122,09 122,47 122, ,24 123,62 124,01 124,39 124,77 125,16 125,54 125,92 126,31 126, ,07 127,45 127,84 128,22 128,60 128,98 129,37 129,75 130,13 130, ,89 131,27 131,66 132,04 132,42 132,80 133,18 133,56 133,94 134, ,70 135,08 135,46 135,84 136,22 136,60 136,98 137,36 137,74 138, , Toleranzen nach DIN IEC 751 Tabelle 4: Grundwerte in Ohm von 0 C bis 100 C für Messwiderstände mit Nennwiderstand R 0 = 100 Ω bei 0 C aus Widerstandswerkstoff Platin (Pt 100 Zulässige Temperaturabweichungen für alle Nennwiderstände aus Platin in C: Klasse A: ϑ = ± (0,15 C + 0,002 [ϑ] Klasse B: ϑ = ± (0,30 C + 0,005 [ϑ] Für Messaufgaben mit höheren Genauigkeitsansprüchen: Eingeengte Toleranzen: ϑ = ± (0,15 C und ϑ = ± (0,10 C bei 0 C Für Messaufgaben mit geringeren Genauigkeitsansprüchen: Erweiterte Toleranzen: ϑ = ± (0,45 C und ϑ = ± (1,50 C bei 0 C Zulässige Abweichungen ( R und ϑ von den Grundwerten für Pt 100 : ϑ in C Klasse A Klasse A Klasse B Klasse B - R in Ω ϑ in C R in Ω ϑ in C -200 ± 0,24 ± 0,55 ± 0,56 ± 1,3-100 ± 0,14 ± 0,35 ± 0,32 ± 0,8 0 ± 0,06 ± 0,15 ± 0,12 ± 0,3 100 ± 0,13 ± 0,35 ± 0,30 ± 0,8 200 ± 0,20 ± 0,55 ± 0,48 ± 1,3 300 ± 0,27 ± 0,75 ± 0,64 ± 1,8 400 ± 0,33 ± 0,95 ± 0,79 ± 2,3 500 ± 0,38 ± 1,15 ± 0,93 ± 2,8 600 ± 0,43 ± 1,35 ± 1,06 ± 3,3 650 ± 0,46 ± 1,45 ± 1,13 ± 3, ± 1,17 ± 3, ± 1,28 ± 4, ± 1,34 ± 4,6 Tabelle 5: Zulässige Abweichungen ( R, ϑ von den Grundwerten für Pt 100 Messwertaufnahme, Mehrleitertechnik, Brückenschaltung u.a. Wird zur Widerstandsbestimmung der Spannungsabfall am Sensor benutzt, muss ein konstanter Strom vorgegeben werden der den Sensor nicht erwärmt. Es wird im Allgemeinen ein Strom von 1 ma empfohlen. Um die Widerstandsmessung am Sensor genau zu gestalten, muss der Widerstand der Messleitungen be - Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 7 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

8 rücksichtigt werden. Dazu gibt es mehrere Strategien: Bei der Zweileitertechnik wird durch Einfügen eines zusätzlichen Widerstands in die Messleitung und anschließende Einstellung eine Anpassung an die Auswerteelektronik erreicht. Zum Abgleichen wird der Messwiderstand durch einen Widerstand mit entsprechendem Nennwert ersetzt und der Widerstand in der Leitung so lange verändert, bis die Anzeige auf 0 C steht. Weniger aufwendig ist die Dreileitertechnik, bei der zwei Messkreise aufgebaut werden, wobei einer als Referenz zur Kompensation des Messleitungswiderstands dient. In der Vierleitertechnik sind die Leitungen für Speisestrom und Messleitungen getrennt. Bei einem hochohmigen Innenwiderstand der Messelektronik ist der Spannungsabfall in den Messleitungen vernachlässigbar. Abb. 6 Um den Einsatz mehradriger Kabel zu umgehen, kann man einen Zweileitermessumformer einsetzen, der ein normiertes Ausgangssignal von 0/ ma liefert. Er sollte möglichst nahe am Messwiderstand angebracht werden, um so eine hohe Störsicherheit des Signals zu gewährleisten. Setzt man den Messwiderstand in eine Messbrücke nach Wheatstone ein und gleicht die Brücke bei 0 C ab, kann man die Brückennspannung zur Temperaturmessung nutzen (Ausschlagmessbrücke. Die Brückenschaltung dient zur Messung sehr kleiner Temperaturunterschiede bis herab zu 0,001K. Kryostat Ein Kryostat hält die Tempertur eines Wärmeträgers durch Heizen und Kühlen konstant. Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 8 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

9 4. AUFBAU DER APPARATUR 4.1 Schaltbilder Schaltbild Thermoelement Schaltbild Widerstandsthermometer Abb. 7: Thermoelement Es ist die Schaltung der Schleifschichtmessbrücke nach Schaltbild in Anleitung ET 4 zu verwenden Der Widerstand R 2 ist durch das Widerstandsthermometer zu ersetzen Die Schleifschichtmessbrücke ist nach dem Nullabgleich als Ausschlagmessbrücke zu verwenden 4.2 Geräte Thermoelementmessung Thermoelement Es sind zwei Thermoelemente zu verwenden!! Geräteart: Fabrikat: Thermoelement nicht bekannt Typ: Eisen/Konstantan nach IEC Thermospannung: Milli-Voltmeter (U ϑ Grundwerte nach IEC Teil1 Es ist ein geeignetes Digitalmultimeter (DMM auszuwählen Vergleichsthermometer (ϑ Kr Geräteart: Fabrikat: Typ: Skalierung: Auflösung: Eintauchtiefe: Fadentemperatur: Stabthermometer Braun, Melsungen quecksilbergefüllt, kalibrierbar, aus Jenaer Normalglas (-4,5 bis 101,5 C 0,5 C 5cm vorgeschrieben 20 C im Mittel Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 9 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

10 Baujahr: 7.79 Temperierbad Geräteart: Kryostat Fabrikat: Braun, Melsungen Typ: Frigomix Thermomix 1480 Einstellbereich: (-99,9 bis 299,9 C Auflösung: 0,1 C max. Temperatur: 250 C Referenzpunkt (ϑ 0 Geräteart: Dewar-Gefäß mit schmelzendem Eis Referenz-Temperatur: 0 C Widerstandsthermometermessung Widerstandsthermometer (R 2 Abb. 8: Abmessungen Geräteart: Messwiderstand Pt 100 nach DIN IEC 751 Fabrikat: Sensycon Typ: R 2103 Toleranzbereich: (100,17 bis 100,35Ω Ohmmeter, Null-Instrument, Diagonalspannung (R 0,U d Es sind Digitalmultimeter (DMM einzusetzen Spannungsquelle (U K Es ist ein Konstanter wie in Versuch ET 1 einzusetzen Vergleichsthermometer, Temperierbad, Referenzpunkt Wie bei Thermoelement Messleitungen Als elektrisch leitende Verbindung der Schaltungselemente sind Messleitungen mit beidseitig angebrachten Bananensteckern" (d = 4mm zu verwenden. Für die Schaltungsseite, die dem Pluspol zugewandt ist, sind rote Messleitungen zu benutzten. Für die Schaltungsseite, die dem Minuspol zugewandt ist, sind schwarze Messleitungen zu benutzten. Zur Verlängerung der Fühlerleitungen sind Kabel mit einseitig angebrachtem Bananensteckern sowie Lüsterklemmen einzusetzen. Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 10 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

11 5. VERSUCHSPROTOKOLL Als Ergebnis der Versuchsdurchführung ist ein Versuchsprotokoll zu erstellen, dass die Basis für eine nachfolgende Versuchsdurchführung und -auswertung darstellt. Einleitende Angaben hierzu sind der Versuchsname, das Versuchsdatum und die Namen der Teilnehmer, um bei Rückfragen geeignete Ansprechpartner finden zu können. Geräteliste Es ist eine tabellarische Geräteliste anzufertigen, wie dies in den Richtlinien und allgemeinen Hinweisen zum Labor beschrieben ist. Gerätebezogene Größen, die nicht im Kapitel 4.2. aufgeführt sind, sind den entsprechenden Bedienungsanleitungen zu entnehmen. Die Geräteliste ist Bestandteil des Messprotokolls. Versuchsbedingungen Umgebungsbedingungen: Leerlaufspannung: Strombegrenzung: Vergleichstemperaturen: Raumklima, Eiswasser, Temperierbad U L = 2V nicht aktiv (Stromsteller auf Maximum (0, 10, 20, 30,...bis 90 C Messprotokoll Allgemeine Versuchsbedingungen: U L ϑ 0 R 1 im Eiswasser bei Versuchsstart bei Versuchsende Messwerte-Tabelle Spalten: Messwerte-Tabelle Zeilen: R 0,R 0,MB ϑ U,S und ϕ U,S ϑ U,E und ϕ U,E Nr. / ϑ Kr / U ϑ /U d Kopfzeile + 13 Zeilen (incl. Reserve 6. VERSUCHSDURCHFÜHRUNG 6.1 Vorbereitung Allgemein Ein Team bilden Kryostaten auf ϑ Kr = 10 C einstellen Versuchsablauf zusammen planen!! Bei 0 C den Nennwiderstand (R 0 des Pt 100 überprüfen und zusammen mit dem verwendeten Messbereich notieren Achtung: Genauigkeit, diskutieren Sie das Ergebnis! Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 11 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

12 U/I-Konstanter nach ET 1, Abb.12 Schaltungen Netzschalter hinten links (Power auf "0" stellen Alle Stellknöpfe am Konstanter auf den linken Anschlag stellen (Minimum Netzanschlussstecker (230V in Schutzkontaktdose stecken Netzschalter hinten links (Power auf "I" stellen Stellknopf Ampere" auf Stromstärke-Maximum stellen (rechter Anschlag Stellknöpfe Coarse" (grob und Fine" verstellen, bis am eingebauten Messinstrument V" die gewünschte Leerlaufspannung U L erreicht ist Beide Schaltungen exakt nach den Schaltbildern aufbauen Keine Verbindung zur Stromquelle herstellen! Die vorgefertigten Leitungen mit den einseitig angebrachten Bananensteckern zum Verlängern der Sensor-Anschlussleitungen verwenden; als Verbindung Lüsterklemmen verwenden Alle Sensoren in das Eisbad eintauchen lassen Den Pt100-Fühler als R 2 in die Schleifschichtmessbrücke einbauen Als Null-Instrument und für die Messung der Diagonalspannung ein Millivoltmeter einsetzen R-Dekade auf geeigneten Wert (R 1 einstellen und diesen notieren Am Schleifdraht den Schleifer ungefähr auf den zu erwartenden Abgleich-Bereich voreinstellen Größten Messbereich am Messgerät einstellen Schaltung und Einstellungen von anderen Teammitgliedern abnehmen lassen Raumbedingungen ablesen und notieren (ϑ U,S und ϕ U,S 6.2 Widerstandsthermometermessung (paralell zu Messung 6.3 Messgerät einschalten Schaltung mit Stromquelle verbinden Messgeräte beobachten! Bei Ungewöhnlichen Anzeigen: Schaltung sofort trennen! Null-Abgleich durchführen Messbereich schrittweise bis auf die kleinste Einstellung reduzieren (Nachabgleich Messbereich empirisch überprüfen (Temperatur-Simulation Fühler in der Nähe des Referenzthermometers in das Wärmeträger-Bad des Kryostaten eintauchen lassen; befestigen! Bei konstanter Bad-Temperatur (ϑ Kr diese und die Diagonalspannung (U d ablesen und notieren; die Messwerte im Team vergleichen Nächste Kryostat-Temperatur einstellen Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 12 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

13 Weiter bis zum Erreichen der maximalen Vergleichstemperatur Messprotokoll auf Vollständigkeit prüfen 6.3 Thermoelementmessung (parallel zu Messung 6.2 Messgerät einschalten Bei ϑ 0 = 0 C beide Thermoelemente überprüfen und die angezeigte Thermospannung (U ϑ notieren Einen Fühler in der Nähe des Referenzthermometers in das Wärmeträger-Bad des Kryostaten eintauchen lassen; befestigen! Bei konstanter Bad-Temperatur (ϑ Kr diese und die Thermospannung (U ϑ ablesen und notieren; die Messwerte im Team vergleichen Nächste Kryostat-Temperatur einstellen Weiter bis zum Erreichen der maximalen Vergleichstemperatur Messprotokoll auf Vollständigkeit prüfen 6.4 Versuchsende Messprotokolle untereinander auf Richtigkeit prüfen Raumbedingungen ablesen und notieren (ϑ U,E und ϕ U,E Alle Stellknöpfe am Konstanter auf Minimum stellen Konstanter ausschalten (Power auf "0" Netzstecker ziehen. Kryostaten auf 10 C einstellen und ausschalten Schaltungen abbauen Geräte und Messleitungen wegräumen Messprotokolle vom Betreuer testieren lassen 7. VERSUCHSAUSWERTUNG Der Versuchsbericht ist nach den Regeln, die im Kapitel 2 des Informationsblatts "Elektrotechnik Praktikum, Richtlinien und allgemeine Hinweise" aufgeführt sind, zu verfassen. Gemäß der Gliederung im Kapitel 2.2 ist der Versuchsbericht unter Berücksichtigung der folgenden Hinweise und Hilfen zusammenzustellen. Deckblatt mit Inhaltsverzeichnis und verwendetem Schaltbild Verwendetes Schaltbild ist nur neu zu zeichnen, wenn von der Versuchsanleitung abgewichen wird, ansonsten kann eine Kopie eingeklebt bzw. datentechnisch eingebunden werden. Geräteliste Es ist die bei der Versuchsdurchführung erstellte Geräteliste mit evtl. Ergänzungen in eine neue Tabelle zu übertragen. Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 13 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011

14 Verwendete Größen, Einheiten und Indices Verwendete Größen, Einheiten und Indices sind nur aufzuführen, wenn von der Versuchsanleitung abgewichen wird, ansonsten kann eine Kopie eingeklebt bzw. datentechnisch eingebunden werden. Verwendete Formeln und Konstanten Verwendete Formeln und Konstanten sind nur aufzuführen, wenn von der Versuchsanleitung abgewichen wird, ansonsten kann eine Kopie eingeklebt bzw. datentechnisch eingebunden werden. Ausführliches Berechnungsbeispiel Berechnungen müssen keine vorgenommen werden. Diagramme Folgende Diagramme sind zu erstellen: Diagramm 1: U ϑ = f (ϑ Kr Diagramm 2: U d = f (ϑ Kr Die Veränderliche (Variable ist auf die X-Achse (Abszisse, die jeweilige Funktion auf die Y-Achse (Ordinate aufzutragen. Interpretation und Fehlerrechnung Die Ergebnisse sind zu interpretieren und kritisch zu beleuchten. Der Verlauf der Diagramme ist zu diskutieren. Die Fehlerquellen sind abzuschätzen. Die Genauigkeit der Bestimmung des Nenn-Widerstands (R 0 und der Thermospannung (U ϑ ist zu beschreiben. Anhang: Messprotokoll (testiertes Protokoll Mess- und Elektrotechnik Labor: - ET2 14 / 14 Prof.Dr.-Ing.L.Billmann ( 06/15/2011