Kalibracja termometrów w temperaturze 0 stopni Celsjusza

Artykuł pokazuje, jak w prosty sposób można w warunkach domowych skalibrować i sprawdzić wskazanie praktycznie każdego termometru w temperaturze dokładnie zera stopni. Wykazuje też, dlaczego wbrew licznym zaleceniom, analogiczna precyzyjna kalibracja we wrzącej wodzie nie jest możliwa.

Przyznam z pewnym zawstydzeniem, że do tej pory nie mam w domu naprawdę precyzyjnego i wiarogodnego termometru, który pozwoliłby mierzyć temperaturę z dokładnością lepszą niż 0,5°C.

Aktualnie przeprowadzam różne eksperymenty z komorą termiczną bazującą na module Peltiera. W jej pierwszej wersji zastosowałem scalone analogowe LM335, które bardzo dobrze się sprawdzają. Jednak nie są to czujniki bardzo dokładne i stabilne. Znakomicie spełniają swoją funkcję w komorze, ale ja podczas niektórych pomiarów chciałbym mieć możliwość pomiaru temperatury z możliwie dużą dokładnością, lepszą niż 0,1 stopnia. Oczywiście mam kilka czujników DS18B20, które mają lepszą rozdzielczość. Tak, ale tylko rozdzielczość wskazań, a nie bezwzględną dokładność. Aby uzyskać dokładność, trzeba by je skalibrować. Nie mam też wiarygodnych modułów ze scalonymi czujnikami TMP117 czy LMT70.

Termopary nie wchodzą w grę przy potrzebnej mi dokładności. Sprawdzałem ofertę precyzyjnych „wymiennych” termistorów NTC, takich jakie są dostępne w serii Omega 44000. Jednak po analizie zdecydowałem się na stare i dobre czujniki RTD, a konkretnie czujniki platynowe Pt100, które mam w swoich zapasach oraz Pt1000, które chcę wykorzystać w planowanej aktualnie konstrukcji prostego termostatu „na peltierze”. Ty możesz kupić czujniki RTD typu Pt100 albo nowe, niestety dość drogo, albo na aukcjach, gdzie często można znaleźć dobre okazje – oferty dosłownie za kilkanaście złotych.

Z niepamiętnych czasów pozostało mi w zapasach pięć czujników PT100 w metalowych obudowach. Do tego mam jeden „goły” czujnik z czterema wyprowadzeniami, który po pomiarze okazał się nie czterokońcówkową wersją Kelvina, tylko dwoma oddzielnymi czujnikami w jednej obudowie. Czujniki te pokazane są na fotografii 1.

Obecność szlachetnego metalu – platyny zapewnia długotrwałą stałość parametrów. Czujniki prawidłowo wykorzystywane (bez szoków termicznych i mechanicznych) w zakresie temperatur –20…+250°C, typowo stosowanym w laboratoriach wzorcujących, w bardzo małym stopniu zmieniają R0 (poniżej 0,01 stopnia na rok).

W Internecie można bez problemu znaleźć tabele, pokazujące jaką rezystancję ma mieć czujnik Pt100 w różnych temperaturach. Ameryka i Japonia mają własne standardy bazujące na platynie o wysokiej czystości. W normach europejskich przyjmuje się współczynnik α = 0,00385 (norma PN – EN 60751). Przykładem jest tabela 1, gdzie zieloną podkładką znaczyłem, że w temperaturze +25°C czujnik Pt100 powinien mieć rezystancję 109,735 oma.

Nominalnie tak. Ale nie w moim przypadku, bo nie są to precyzyjne czujniki do celów metrologicznych – były przeznaczone do wtryskarek. Mają ponad 30 lat, co akurat nie jest wadą, a raczej zaletą. W temperaturze 0 stopni powinny mieć rezystancję dokładnie 100,00 Ω, ale oczywiście występuje jakiś rozrzut produkcyjny (w przypadku moich pięciu egzemplarzy rozrzut wskazań między nimi wynosi troszkę więcej niż pół stopnia).

Są to jednak niewątpliwie prawdziwe czujniki platynowe Pt100, bardzo stabilne. Można je dokładnie skalibrować, najprościej biorąc, w dwóch dokładnie określonych temperaturach.

Ponieważ kalibracja zera stopni następuje w mieszaninie wody z lodem, wybrałem i przerobiłem jeden czujnik, żeby go uszczelnić i zabezpieczyć przed dostępem wody do wnętrza metalowej rurki ochronnej (gilzy). Tym uszczelnieniem jest popularny silikon, ale nie kwaśny, octowy, tylko silikon neutralny (oksymowy, alkoks). Można też zastosować jakiś inny uszczelniacz, ale koniecznie nieagresywny. Mój niezbyt ładnie, ale skutecznie uszczelniony czujnik widoczny jest na fotografii 2.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze listopadowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 11/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 11/2023 znajduje się tutaj.

 

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (Cappuccino = 10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – CAPPUCINO (10 zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.