Termistorový teploměr

Úkol: Sestrojte jednoduchý elektronický teploměr, zkalibrujte ho a použijte pro měření teploty.

Vybavení: termistor NTC 10 kΩ, rezistor 10 kΩ, akumulátor 6 V, voltmetr, vodiče, teploměr, izolovaná nádoba

Teoretický úvod: K měření teploty použijeme NTC termistor. Jedná se o polovodičovou součástku citlivou na teplotu: její odpor výrazně klesá, pokud se zvyšuje teplota.

V obvodu na obrázku 9.70 jsou termistor a rezistor zapojeny sériově a fungují jako dělič napětí. To znamená, že přivedené napětí zdroje \(U_\mathrm{Z}=6\ \mathrm{V}\) se rozdělí na součástkách v poměru jejich odporů. Platí \(U_x/U_1=R_x/R_1\). Jakmile začneme termistor zahřívat (například v prstech ruky), jeho elektrický odpor klesá a napětí na jeho svorkách (měřené voltmetrem) se zmenšuje. Tím vlastně převádíme měření teploty na měření napětí.

Postup:

1. Termistor napájejte delšími vodiči umožňující jeho ponoření do termosky. Doporučujeme místa pájení zaizolovat lakem nebo alespoň smršťovací bužírkou.
2. Zapojte obvod podle výše uvedeného schématu.
3. Umístěte termistor do izolované nádoby (termoska, kalorimetr) s vodou o teplotě přibližně 10 °C. Změřte teplotu vody a napětí na termistoru.
4. Opakujte krok 3) pro přibližně 10 různých teplotních lázní v rozsahu teplot 10 °C až 80 °C. Hodnoty zapisujte do tabulky v počítači.
5. Na počítači sestrojte kalibrační křivku teploměru, tj. závislost teploty na napětí. Vyberte nejvhodnější křivku (nejvhodnější funkci) a tou body proložte. V grafu zobrazte rovnici této křivky.
6. Svým novým teploměrem změřte teplotu vzduchu v místnosti a teplotu nápoje ze školního automatu.

Diskuse výsledků a vylepšení:

1. Jaká je odchylka teploty naměřené termistorem od teploty v místnosti měřené klasickým teploměrem? Diskutujte o příčinách rozdílu.
2. Jakou funkci jste zvolili při prokládání závislosti teploty na napětí? Vyzkoušejte proložení polynomem 3. nebo 4. stupně. Jak se změní odchylka teploty měřené od teploty skutečné?
3. V tabulkovém kalkulátoru naprogramujte výpočet teploty z napětí. Poslouží vám k tomu rovnice kalibrační křivky. Tím se vyhnete nepřesnému optickému odečítání z grafu.
4. Proč by bylo méně vhodné zapojit termistor přímo ke zdroji a měřit změny proudu při změně jeho odporu (teploty)?