Capitolul 5

5. Traductoare i senzori de temperatur

5.1. Noiuni introductive

Temperatura se poate msura electric prin mai multe metode i anume, cu traductoarele termorezistive, cu traductoarele cu termocuplu, cu elemente sensibile termistoare NTC sau PTC, cu element sensibil jonciunea pn a dispozitivelor semiconductoare, etc. Senzorii de temperatur au ca elemente sensibile termorezistenele, termocuplurile, termistoarele, bimetalele, etc.

n acest capitol se prezint traductorul care are ca element sensibil o termorezisten cu fir metalic din Cu, Ni sau Pt. Rezistena elementului sensibil se modific cu temperatura datorit rezistivitii (se menine constant raportul l/s).

Pentru msurarea i nregistrarea temperaturii dintr-o incint termorezistena, montat n locul respectiv, se leag prin trei conductoare la o punte cu echilibrare automat, prevzut i cu senzori pentru valori impuse de funcionarea corect a sistemului automat deservit.

Un alt traductor analizat este cel care are ca element sensibil un termocuplu, care este un traductor generator: la bornele lui, pentru un anumit domeniu de modificare a temperaturii, tensiunea de ordinul zecilor de milivoli, se modific aproximativ liniar. Pentru msurarea i nregistrarea temperaturii, traductorul este montat ntr-un compensator automat care este prevzut i cu senzori de temperatur maxim sau minim impuse, la fel ca i la punile cu echilibrare automat.

Semnalele date de senzorii de temperatur se utilizeaz n instalaiile de comand automat deservite de sistemul de msurare a acesteia.

Se studiaz i funcionarea termistoarelor de tip NTC i PTC, iar pentru termistoarele de tip NTC se prezint o aplicaie i anume un senzor de temperatur electronic cu element sensibil un termistor. Cu termistoare montate n oscilatoare de tip R-C se poate modula n frecven un semnal care poart informaie referitoare la temperatura elementului sensibil.

5.2. Msurarea temperaturii cu ajutorul termorezistenelor

Funcionarea acestui traductor se bazeaz pe modificarea rezistivitii ( a unui fir metalic, n funcie de temperatur:

(5.1)

Fig. 5.1. Traductor termorezistiv

Din acest motiv se modific i rezistena conductorului. Pentru termorezistena din figura 5.1, ntre bornele A i B rezistena elementului sensibil 2, innd seama de relaia general:

(5.2)

are valoarea dat de:

(5.3)

n relaiile (5.1), (5.2) i (5.3), , i sunt coeficienii de temperatur a metalului din care este realizat conductorul 2 (fig. 5.1), este rezistivitatea conductorului la temperatura de referin , iar i sunt lungimea conductorului, respectiv seciunea acestuia. Dac rezistivitatea ( are unitatea de msur tehnic , atunci seciunea s se impune s se msoare n . Mrimea este diferena de temperatur dintre temperatura (, pe care o msoar traductorul i temperatura a mediului ambiant.

(5.4)

Termorezistena este realizat dintr-un conductor metalic 2, ndoit la jumtate i bobinat pe suportul cilindric 1, din material electroizolant ceramic i teaca metalic 3 de protecie mecanic a traductorului.

Suportul 1 din material electroizolant ceramic, obinuit are dimensiunile i .

Elementul sensibil al traductorului este conductorul metalic 2 din Ni, Cu sau Pt, cu un diametru cuprins ntre 0,06 mm i 0,2 mm, este bobinat pe suportul 1 cu dou conductoare paralele, cu legtur electric ntre ele la captul opus bornelor A i B, n scopul atenurii efectului inductiv. Traductoarele termorezistive au caracteristicile date n tabelul 5.1. [ ]

Tabelul 5.1

Caracteristicile traductoarelor termorezistive

Materialul elementului sensibilLimitele de temperatur

[0C]Temperatura maxim n aer

[0C]Date nominale i sensibilitiObservaii

Cu-30. . . +15015010, 25 i 100 ( la 00C; ptr. R=100 (Oxidabil

Ni-200 . . . +150150100 ( la 00C; ptr. R=100 (Caracteristic neliniar

Pt-200 . . . +550 (750)550 (750)100 ( la 00C;

Precizie maxim

Din analiza acestor termorezistene rezult c sensibilitatea cea mai mare o are cea realizat cu element sensibil din Ni, domeniul maxim al temperaturii msurate l are termorezistena din Pt, pe de alt parte traductorul cu element sensibil din Cu este cel mai ieftin, cu o sensibilitate medie i are domeniul de temperatur cel mai mic; la temperaturi mai mari, apropiate de valoarea maxim, oxideaz.

5.3. Punte de msurare i nregistrare a temperaturii, cu echilibrare automat

Puntea cu echilibrare automat, care are ca element sensibil o termorezisten, este prezentat n figura 5.2. Este format din termorezistena RT (2) montat n cuptorul 1, legat la punte prin linie cu trei conductoare de rezisten Rl , rezistenele fixe R2, R3 i R4 , rezistena variabil R5 notat cu 3, a crei cursor este acionat prin tija 4 din material electroizolant care are o piuli n legtur cinematic cu urubul 5 acionat de micromotorul M1.

Fig. 5.2. Punte de msurare a temperaturii, cu echilibrare automat

Tija 4 are la captul opus acul indicator i o peni cu cerneal n contact cu hrtia 6 de nregistrare, acionat de micromotorul M2. Amplificatorul A de c.c. amplific tensiunea UAB de dezechilibru a punii i are sarcina micromotorul M1. Puntea, n diagonala CD este alimentat de la sursa de tensiune continu UC. Microntreruptoarele S1 i S2, acionate de prghia 4, care execut numai o micare de translaie pe orizontal, pe lungimea activ a urubului 5, pot s fie poziionate pe orizontal, pe toat cursa acului indicator. n felul acesta temperatura din cuptor se poate regla ntr-un anumit domeniu, sau pot s fie sesizate diferite valori de temperatur.

Funcionarea punii cu echilibrare automat se bazeaz pe egalitatea rapoartelor de rezistene:

(5.5)

La temperatura de referin , care este cea minim, . Se presupune c termorezistena este din Cu . Rezistena maxim a poteniometrului R5 are valoarea:

(5.6)

Deoarece pentru element sensibil din Cu, , tiind c , , se obine: . La temperatura de referin (0, iar ; este ndeplinit egalitatea:

(5.7)

Cnd crete temperatura , potenialul n punctul A este mai negativ dect cel din punctul B, deci (diferena) tensiunea , de la intrarea n amplificatorul A, cu polaritatea pe borna A i + pe borna B. Aceast tensiune se amplific cu aceeai polaritate la ieirea amplificatorului A (- pe borna E i + pe borna F) i se aplic la bornele micromotorului M1 (+ pe G i pe H) acionnd urubul 5 pe care-l rotete spre dreapta, piulia mpreun cu penia i cursorul poteniometrului R5 sunt deplasate spre dreapta pn cnd potenialul bornei A este egal cu cel al bornei B. Acum , i , ca urmare micromotorul se oprete i aparatul indic temperatura (.Cnd temperatura ( scade, se schimb polaritile bornelor A . . . H, deci tensiunea UGH are polaritatea pe borna G i + pe borna H, se inverseaz sensul de rotaie al micromotorului M1 i cursorul poteniometrului R5 este deplasat spre stnga pn cnd i . Hrtia de nregistrare este deplasat uniform n jos (care este i axa timpului) i se obine graficul .

Traductorul este legat la puntea cu echilibrare automat prin trei conductoare care au rezistena Rl. n felul acesta rezistena conductoarelor nu determin o echilibrare eronat a punii (vezi relaiile (5.5) i (5.7)).

5.4. Msurarea temperaturii cu ajutorul termocuplurilor

Aceste traductoare se mai numesc i termoelectrice i se bazeaz pe efectul Seebek (descoperit n anul 1822). S-a constatat c printr-un conductor, n circuit electric nchis, prin nclzirea acestuia la un capt, trece un curent electric. Prin nclzire crete energia cinetic a electronilor din zona respectiv, care determin deplasarea acestora n lungul conductorului. Acest efect este mai pronunat, dac se nclzete punctul de sudur 3 (fig.5.3), dintre dou conductoare 1 i 2 din materiale diferite. Capetele acestor conductoare se leag la conectorul 4. Traductorul este protejat mecanic de teaca metalic de protecie 5. Temperatura ( se msoar cu milivoltmetrul magnetoelectric mV, etalonat n 0C, care este legat la traductor cu cablu de compensare 6.

Conductoarele cablului de compensare au proprieti fizice, la temperatura (0, apropiate de cele ale conductoarelor 1 i 2.

Fig. 5.3. Traductor cu termocuplu pentru msurarea temperaturii

Tabelul 5.2.

Caracteristicile principalelor tipuri de termocupluri

Tipul termocupluluiSensibilitatea

[mV/0C]Domeniul de msur

[0C]Proprieti

minimmaximminimmaxim

Wolfram W74Re260,0020,0210+2300Pre de cost ridicat, casant.

Pt70 Rh30 Pt94 Rh60,00060,00110+1900Liniaritate bun peste 10000C

Pt90 Rh10 - Platin0,0050,0120+1750Pre de cost mare, timp de rspuns mic, dimensiuni reduse

Cromel - Alumel0,0160,043-190+1400Relativ costisitor. Cea mai bun liniaritate

Cromel - Constantan-0,0270,075-200+1000Stabilitate redus n timp. Cea mai mare sensibilitate

Fier - Constantan- 0,0250,063-200+780Cel mai ieftin

Cupru - Constantan-0,0140,063-190+100Rezistent la umiditate

Cupru Aur i Cobalt0,0010,045-2650Pre de cost ridicat. Sensibilitate bun sub -1000C

Dac sudura 3 este situat ntr-un mediu cu temperatura ((0 este temperatura mediului ambiant) ntre capetele libere ale conductoarelor 1 i 2 apare diferena de potenial:

(5.8)

n care a, b, c . . . sunt coeficieni ale cror valori depind de proprietile fizice ale metalelor din care sunt realizate conductoarele active, iar ((, ca i la traductorul termorezistiv, se determin cu (5.4). Obinuit, n domeniul temperaturilor de lucru:

;

(5.9)

unde a[mV/0C] este sensibilitatea traductorului.

n tabelul 5.2 sunt date caracteristicile principalelor tipuri de termocupluri frecvent utilizate la msurarea temperaturilor [19], [20].Sudura 3 dintre cele dou conductoare, trebuie astfel aezat nct s fie asigurat transmisia optim de cldur de la corpul a crui temperatur se msoar, la jonciune. Pentru aceasta, capul activ al termocuplului se fixeaz pe corpul a crui temperatur se msoar, prin cimentare, sudare, presare, lipire, etc.

Cu ajutorul termocuplurilor se poate msura temperatura local, ca i n figura 5.3, temperatura medie (fig.5.4a):

(5.10)

sau diferena de temperatur dintre dou puncte calde (fig.5.4b):

(5.11)

Fig. 5.4. Montaje de msurare a temperaturii cu termocupluri

a. Msurarea temperaturii medii (m;

b. Msurarea diferenei de temperatur dintre dou puncte calde

La acelai termocuplu se pot lega i dou aparate, unul pentru msurare, iar cellalt pentru nregistrarea temperaturii.

Pentru msurarea ntr-un anumit domeniu a temperaturii se alege tipul termocuplului din tabelul 5.2. Temperaturile mari, pn la 23000C se msoar cu termocupluri din wolfram i amestecuri mecanice ale wolframului cu alte metale, pentru temperaturi pn la 14000C se utilizeaz termocuplu din Cromel-Alumel (cel mai des folosit), iar pentru temperaturi obinuite (-1900C . . . +1000C), termocuplu din cupru-constantan.

La temperaturi mari teaca metalic de protecie este cptuit n interior cu un cilindru din material ceramic.

5.5. Compensator automat, pentru msurarea i nregistrarea temperaturii

Compensatorul automat are schema de principiu dat n fig.5.5. Toate reperele din figur au semnificaia celor din schema de principiu a punii cu echilibrare automat, cu traductor o termorezisten (fig.5.2) excepia este elementul sensibil la temperatur (termocuplul 2). La acest sistem de msurare i de nregistrare a temperaturii, n locul punii se utilizeaz termocuplul 2 i poteniometrul automat 3, care este alimentat de la sursa de tensiune continu UC. Valoarea acestei tensiuni este egal cu valoarea maxim a tensiunii UT de la ieirea termocuplului, care corespunde valorii maxime a temperaturii msurate. Deoarece tensiunea UTmax este de ordinul zecilor de mV, ea poate s fie amplificat, cu aceeai polaritate la ieire, pn la valori de ordinul volilor. n acest caz se impune i creterea la aceeai valoare a tensiunii UC.

Fig. 5.5. Compensator automat pentru nregistrarea temperaturii

Cnd temperatura din cuptorul 1 crete, tensiunea UT de ieire a termocuplului 2 crete i ea, este mai mare dect tensiunea de ieire UP a poteniometrului 3. n acest caz tensiunea dat de:

(5.12)

are polaritatea impus de UT i anume pe borna A i + pe borna B. Aceast tensiune este amplificat cu aceiai polaritate, cu amplificatorul A, la ieirea cruia tensiunea are valoarea UDC (UDC=UEF):

(5.13)

micromotorul M1 este alimentat cu tensiune (UEF) cu polaritatea + pe borna E i pe borna F i rotete urubul 5 spre stnga, ca urmare sistemul mobil format din piuli (a crei deplasare unghiular este blocat), cursorul poteniometrului 3, acul indicator i penia sistemului de nregistrare, se deplaseaz spre dreapta, crete tensiunea UP pn cnd UP=UT. Acum (U=0 V, deci UDC=UEF=0 V i deplasarea nceteaz deoarece se oprete micromotorul M1.

Cnd temperatura ( din cuptorul 1 scade, se schimb polaritile tensiunilor (U, UDC i UEF, se schimb sensul de rotaie al micromotorului M1, echipamentul mobil al aparatului se deplaseaz spre stnga pn cnd UP=UT i tensiunile amintite au valoarea 0 V i micromotorul se oprete.

De sistemul mobil 4 este rigidizat i acul indicator al aparatului care se deplaseaz orizontal n dreptul unei scale gradate n uniti de temperatur. Acestea nu sunt prezentate n cele dou figuri (fig. 5.2 i fig. 5.5).

i compensatorul automat pentru nregistrarea, reglarea i indicarea temperaturii este prevzut cu dou contacte S1 i S2, care, prin poziionare, impun modificarea temperaturii din cuptor ntre dou limite (1 i (2 ((1T0).

Fig. 5.6. Caracteristica static a termistoarelor de tip NTC

Valoarea coeficientului B este trecut n catalogul cu tipurile de termistoare fabricate.

Dac se cunosc mrimile B, , T0 i se msoar RT , din relaia (5.14) se poate calcula valoarea temperaturii T:

(5.16)

Respectiv temperatura ( [0C]: ( =T-273,15 [0C]5.6.2. Termistoare cu coeficient de temperatur pozitiv (PTC)

Rezistena acestor termistoare crete exponenial, la creterea temperaturii, potrivit relaiei:

(5.17)

Fig. 5.7. Caracteristica static a termistorului de tip PTC

Mrimile din formula (5.17) au tot semnificaia celor din relaia (5.14) numai c aici, coeficientul B se msoar n . Valoarea coeficientului B depinde de natura materialului din care este realizat termistorul. Valoarea lui este determinat, n condiii de laborator, la fabric, utiliznd relaia (5.18):

(5.18)

n acelai mod: pentru temperaturile T i T0 (T>T0), cunoscute cu precizie ridicat, se msoar, foarte precis, rezistenele RT i ale termistorului.

Temperatura T, a mediului n care se gsete traductorul, cunoscnd T0 ,i B, din catalog, i msurnd rezistena RT , se determin cu:

(5.19)

iar ( [0C], din diferena: ( =T-273,15 [0C]. Relaia (5.19) se obine tot din formula (5.17).

5.7. Senzor de temperatur cu termistor de tip (NTC)

Acest senzor are schema de principiu dat n fig.5.8. Elementul de baz a circuitului electronic este circuitul Trigger Schmitt 2 care realizeaz funcia logic I-NU:

(5.20)

nseriat cu INVERSORUL 1 care are semnalul de ieire y2:

(5.21)

deoarece intrrile circuitului I-NU 2 sunt legate ntre ele.

(5.22)

deci

(5.23)

Cu ajutorul poteniometrului R1 se impune temperatura Ti sesizat de circuitul electronic.

Fig. 5.8. Senzor de temperatur cu termistor de tip NTC

Se presupune c se impune sesizarea temperaturii T1. Prin nclzire crete temperatura mediului n care lucreaz termistorul RT , scade rezistena acestuia i cnd se atinge temperatura impus T1 , rezistena termistorului are valoarea :

(5.24)

crete valoarea curentului I care trece prin divizorul de tensiune RT , R1 i R2 (I=I1):

(5.25)

pentru care tensiunea ntre cursor (borna D) i borna E atinge valoarea UPS corespunztoare pragului superior al circuitului trigger Schmitt 2:

;

;

(5.26)

pentru , CTS 2 interpreteaz c semnalul x de la intrarea lui, are valoarea logic 1, deci , intr n conducie tranzistorul Q1, acioneaz releul electromagnetic K1 i se aprinde H1 (LED1) prin schimbarea strii contactelor K1. Pentru temperaturi T>T1 circuitul electronic rmne n aceeai stare, deci H1 rmne aprins.

La scderea temperaturii, crete valoarea rezistenei RT a termistorului, scade potenialul n punctul D i cnd T=T2 temperatur, pentru care tensiunea UDE atinge valoarea prag inferior (UPI), scade valoarea curentului care strbate divizorul de tensiune:

(5.27)

i

;

;

(5.28)

n care:

(5.29)

Acum semnalul x = 0, deci y2 = 0, se blocheaz tranzistorul Q1 , K1 declaneaz, revin contactele K1 n starea iniial i se stinge H1.

Prin celelalte contacte ale releului electromagnetic K1 senzorul poate s trimit semnale n instalaia de comand, n care acesta lucreaz. Valorile tensiunilor UPS i UPI sunt o fraciune kS respectiv kI:

(5.30)

(5.31)

din valoarea tensiunii de alimentare (kI < 0, kS < 0, kI < kS).

5.8. Msurarea temperaturii cu diode semiconductoare

Diodele semiconductoare [1] pot s fie utilizate ca traductoare de temperatur [14] [15] deoarece caracteristica lor static este influenat de temperatur. Caracteristica static a diodei semiconductoare reprezint dependena dintre curentul ia care strbate dioda, i tensiunea ua dintre anod i catod. Caracteristica static a unei diode ideale este exprimat analitic de relaia [1]:

(5.32)

n care IS este curentul de saturaie care avnd valoare constant, depinznd de concentraiile purttorilor minoritari din zonele p i n, e - este sarcina electric elementar, k constanta lui Boltzmann, iar T [0K] temperatura jonciunii pn (temperatura mediului n care se gsete dioda). n relaia (5.32), raportul kT/e este o mrime constant, se msoar n voli i poart denumirea de tensiune termic uT:

(5.33)

pentru T = 300 K , uT = 26 mV.

La polarizarea direct, caracteristicile diodei, pentru diferite temperaturi ale jonciunii pn, se gsesc n cadranul I (fig. 5.9). Dac, n acest caz, ua > uT i , ca urmare relaia (5.32) devine:

(5.34)

Fig.5.9. Influena temperaturii asupra caracteristicii statice a diodei semiconductoare

Pentru polarizarea invers, i pentru tensiuni inverse mari: deci . Caracteristicile diodei, pentru diferite temperaturi, sunt situate n cadranul III.

Fig. 5.10. Msurarea temperaturii utiliznd ca element sensibil, dioda semiconductoare;

a. Dioda D1 este polarizat direct; b. Dioda D1 este polarizat invers

Msurarea temperaturii folosind ca traductor o diod semiconductoare se realizeaz n dou moduri i anume: prin polarizarea direct, ca n figura 5.10.a, pentru caracteristicile din cadranul I, i polariznd invers dioda (fig. 5.10.b) pentru caracteristicile din cadranul III. n primul caz (fig. 5.10.a) punctele de funcionare F1, F2, . . .,Fn se stabilesc la intersecia caracteristicilor exprimate analitic de relaia (5.34), cu dreapta de sarcin (1 a crei ecuaie se obine aplicnd teorema a II a a lui Kirchhoff, pe circuitul UC1, D1 i R1:

(5.35)

n care ua este cderea de tensiune pe dioda D1. Dreapta de sarcin (1 intersecteaz axele de coordonate ua 0 ia n punctele A(0, UC1/R1) i B(UC1, 0). Se observ din fig.5. c F1(ua1 , ia1), F2(ua2, ia2) i F3(ua3 , ia3) iar, n cazul general Fn(uan, ian). Se observ c la creterea temperaturii, crete curentul ia (ia1 . . . >uan), deci crete cderea de tensiune pe rezistena R1 :

(5.36)

care este msurat cu voltmetrul V1 etalonat n uniti de temperatur.

Cnd dioda este polarizat invers, fig. 5.10.b, s-a vzut c , deci este constant, dar IS crete odat cu creterea temperaturii, ca urmare i curenii corespunztori punctelor de funcionare P1, P2, P3, . . ., Pn, aflate la intersecia dintre funcia (), cu dreapta de sarcin (2, a crei ecuaie se obine aplicnd teorema a II a a lui Kirchhoff pe circuitul UC2, D1 i R2:

(5.37),

cresctor. n aceast relaie este cderea de tensiune pe dioda D1 polarizat invers. i n acest caz cnd temperatura crete, crete curentul i scade cderea de tensiune pe diod. n cadranul III curenii i tensiunile au alt scar de reprezentare fa de cei din cadranul I. Curenii inveri sunt de ordinul (A. i n acest caz aparatul de msur este un voltmetru magnetoelectric (V2) care msoar cderea de tensiune pe rezistena R2:

(5.38)

care este etalonat n uniti de msurare a temperaturii. La polarizarea invers tensiunea sursei ct i valoarea rezistenei de sarcin au valori mult mai mari dect la polarizarea direct. Spre exemplu , . Cu traductoare de temperatur cu diode semiconductoare se pot msura temperaturi cu valori cuprinse ntre 100C i 400C.

5.9. Msurarea temperaturii cu element sensibil tranzistor

Pentru msurarea temperaturii se mai poate utiliza, n locul variaiei curentului cu temperatura, care strbate o diod semiconductoare, variaia curentului de colector iC n funcie de tensiunea baz-emitor uBE, la un tranzistor pentru diferite valori ale temperaturii (fig. 5.11).

Fig. 5.11. Caracteristicile unui tranzistor de JF, iC = f(uBE),

pentru diferite valori ale temperaturii

Se observ c pentru valoarea constant IC a curentului de colector, dreapta iC = IC intersecteaz curbele i este astfel mprit n segmente egale corespunztoare unor variaii de temperatur, aproximativ egale. n figur sunt trasate caracteristicile unui tranzistor de JF. Utilizarea, pentru msurarea temperaturii a tranzistoarelor de IF prezint avantajele c au o sensibilitate mai puin influenat de temperatur, o cretere mai mic a temperaturii jonciunii fa de temperatura mediului ambiant i o inerie termic mai mic n comparaie cu cea a tranzistoarelor de JF.

Fig. 5.12. Schema de principiu a unui termometru electronic realizat cu tranzistoare

n fig.5.12 este dat schema de principiu a unui termometru cu tranzistoare [ ], care la baz este o punte Wheatstone care n dou brae adiacente are dou tranzistoare Q1 i Q2, primul tranzistor fiind ntr-un mediu cu temperatura TX , iar al doilea, la temperatura T0 . n celelalte dou brae n punte sunt montate rezistenele RC1 i RC2 (RC1 = RC2 = RC). Tranzistorul Q1 se leag la punte prin liniile A D, B E i C F. Bazele tranzistoarelor sunt polarizate prin rezistenele Rb1 i Rb2 (Rb1 = Rb2 = Rb). Aparatul indicator este un miliampermetru a crui curent limit depinde de tipul tranzistoarelor. Etalonarea aparatului n uniti de temperatur se face experimental, cunoscnd cu precizie perechile de temperaturi TX i T0. Echilibrarea punii, nainte de efectuarea msurtorilor, se face cu poteniometrul P1. Un astfel de termometru are performanele: sensibilitate mare (S = 1 V/0C), timp de rspuns mic () i msoar temperaturi pn la 900C cu tranzistoare cu germaniu i 1500C pentru tranzistoare cu siliciu.

5.10. Msurarea temperaturii cu ajutorul pirometrelor de radiaie

Funcionarea acestor aparate se bazeaz pe fenomenul de radiaie termic a corpurilor nclzite. Cu pirometrele de radiaie se pot msura obinuit temperaturi pn la 35000C prin utilizarea energiei radiante cu lungimile de und cuprinse ntre 0,3 (m i 20 (m care corespund spectrului invizibil i zonei infraroului apropiat.

Pirometrele de radiaie pot s fie: cu radiaie total, cu radiaie parial i pirometre de raport.

5.10.1. Pirometrul cu radiaie total

Este un pirometru de band larg, deci recepioneaz cea mai mare parte a spectrului radiaiei emis de corpul nclzit. Acest pirometru are o construcie simpl, nu are selectivitate spectral dar msoar temperatura cu eroare: msurtorile fiind influenate de impuritile atmosferei (fum, vapori de ap).

Temperatura de radiaie Tr este mai mic dect temperatura T a corpului, ntre cele dou fiind dependena [19, 21]:

(5.39)

unde (r ((r < 1) este factorul energetic de emisie care reprezint raportul dintre puterea de emisie a radiaiilor termice a corpului cruia i se msoar temperatura i puterea de emisie a corpului negru, la aceeai temperatur.

Pirometrul de radiaie funcioneaz pe baza efectului termic al radiaiei emise de corpul nclzit. Din acest motiv pirometrul cu radiaie este echipat cu un dispozitiv care concentreaz fluxul de energie, emis de corpul nclzit, pe elementul aparatului sensibil la cldur. Concentrarea radiaiilor pe elementul termosensibil al aparatului se face cu ajutorul unei oglinzi concave sau a unei lentile convergente.

n fig.5.13 se prezint un pirometru de radiaie cu lentil convergent.

Fig. 5.13. Schema pirometrului de radiaie cu lentil convergent

Acest pirometru este format din luneta 3 n care sunt montate lentila plan convex 4, diafragma 5, elementul sensibil la temperatura radiaiilor 2, notat cu 6 care este format din mai multe termocupluri legate n serie, cu lipiturile calde concentrate n punctul PC de convergen a radiaiilor termice, care au lipiturile reci la distan, fiind pe ct posibil meninute la o temperatur T0 de referin, sticla colorat 7 (fumurie sau roie) de protecie a ochiului, ocularul telescopic 8 pe care este fixat lentila plan-convergent 9 i piesa 10, din material izolant care asigur fixarea elementului flexibil, temperatura de referin T0 a lipiturilor reci a termocuplelor nseriate i trecerea conductoarelor de legtur dintre elementul sensibil i aparatul de msur 12 care este un milivoltmetru etalonat n uniti de temperatur. Orientarea aparatului spre sursa 1 de cldur, a crei temperatur se msoar dup radiaiile termice 2 emise, se face cu ajutorul mnerului 11.

Pentru msurarea temperaturii cu ajutorul pirometrului de radiaie se vizeaz corpul radiant cu ocularul 8 i se regleaz luneta pn cnd lipiturile calde ale elementului sensibil, montate pe o foi de platin negrit, se vd n centrul imaginii, ca n fig.5.14 (pentru pirometrul RP fabricat n Rusia).

Fig. 5.14. Imaginea vzut prin ocular, la focalizarea corect a lunetei pirometrului RP

Tot n cazul pirometrului RT reglarea este corect dac distana lm dintre obiectivul aparatului i sursa de radiaii termice este:

(5.40)

ds fiind diametrul sursei. Evident, pentru msurarea cu erori ct mai mici a temperaturii se impune ca luneta s fie orientat perpendicular pe suprafaa corpului vizat i lm s nu fie mai mare de 1 m, timpul de msurare, ca urmare a ineriei termice, depinde de tipul pirometrului, fiind de 5s . . . 15s.

Cu aceste pirometre se pot msura temperaturi n domeniul 6000C . . . 20000C ca urmare, mai ales la temperaturi mari, luneta se nclzete prin schimbul de cldur cu corpurile nvecinate i apar erori la msurarea acesteia. Pentru evitarea acestor erori unele pirometre sunt prevzute cu carcas special rcit cu ap.

5.10.2. Pirometre cu radiaie parial

Aceste aparate se mai numesc pirometre de band ngust deoarece selecteaz o band relativ ngust din spectrul radiaiilor termice. Pentru acesta se folosesc filtre optice. Din categoria pirometrelor cu radiaie parial fac parte pirometrele de iluminare (strlucire) care folosesc filtru rou, care selecteaz numai radiaie cu lungimea de und 0,65 (m i pirometrele de intensitate, care prin filtrare selecteaz un domeniu de lungimi de und mai ngust, care apoi este concentrat pe o celul fotoelectric.

Fig. 5.15. Schema pirometrului de iluminare cu aparat de msurare miliampermetru

Pirometru de iluminare cu aparat de msurare un miliampermetru, este prezentat n fig.5.15. Acesta este compus din: 3 lunet, 4 lentila planconvex a lunetei, 5 diafragma lunetei, 6 sticla de absorbie a radiaiilor care se monteaz cnd domeniul de temperatur este cuprins ntre 13000C i 20000C, 7 lamp pirometric montat cu filamentul n focarul lentilei 4, 8 ocular, 10 lentila ocularului cu focarul n punctul de vizualizare a imaginii, 11 filtru de culoare roie, 12 inel care prin deplasare unghiular, fiind n legtur cu cursorul 13 al reostatului R, regleaz curentul care strbate filamentul lmpii 7 i miliampermetrul mA etalonat n 0C i 14 care este mnerul aparatului.

Pentru msurarea temperaturii se orienteaz pirometrul spre sursa 1 de cldur, avnd ntreg reostatul R introdus n circuit i se micoreaz rezistena reostatului, prin rotirea inelului 12 care acioneaz cursorul 13 al poteniometrului, pn cnd culoarea filamentului este identic cu cea a sursei de cldur cnd se citete indicaia aparatului de msur. Cnd reglarea este pentru o temperatur mai mic dect temperatura de culoare a sursei, n imagine apare forma ntunecat a filamentului, iar cnd reglarea este pentru o temperatur mai mare, n imagine apare forma filamentului de culoare mai deschis dect cea a imaginii.

Evident c aceasta este o metod de comparaie a culorii filamentului, cu cea de fond a imaginii care depinde de strlucirea sursei de cldur i ca urmare apare o eroare subiectiv.

Pentru temperaturi sub 6000C msurarea cu pirometrul cu radiaie parial se face fr filtrele 6 i 11.

5.11. Exemple de traductoare pentru msurarea temperaturii

n industrie, temperatura este printre cel mai des msurate mrimi neelectrice. n continuare, sunt prezentate diferite traductoare pentru msurarea temperaturii.

Fig. 5.16. Termorezisten n teac de protecie

Fig.5.17. Termistoare

Fig. 5.18. Termocuplu cu teac de protecie

Fig. 5.19. Montarea unui termocuplu

Fig. 5.20. Pirometru de radiaie cu afiare numeric

Fig. 5.21. Senzori de temperatur inteligeni

Fig. 5.22. Montare senzor de temperatur pe o conduct prin care circul un fluid

Fig. 5.23. Msurarea temperaturii ntr-un schimbtor de cldurPAGE 112

_1446308548.unknown

_1446309862.unknown

_1446312614.unknown

_1446313035.unknown

_1446313277.unknown

_1446313435.unknown

_1446313551.unknown

_1446313632.unknown

_1446313771.unknown

_1446313907.unknown

_1446313572.unknown

_1446313482.unknown

_1446313512.unknown

_1446313458.unknown

_1446313351.unknown

_1446313389.unknown

_1446313325.unknown

_1446313182.unknown

_1446313254.unknown

_1446313112.unknown

_1446312863.unknown

_1446312936.unknown

_1446312958.unknown

_1446312903.unknown

_1446312733.unknown

_1446312817.unknown

_1446312633.unknown

_1446312298.unknown

_1446312506.unknown

_1446312555.unknown

_1446312582.unknown

_1446312529.unknown

_1446312381.unknown

_1446312483.unknown

_1446312342.unknown

_1446310006.unknown

_1446312229.unknown

_1446312263.unknown

_1446310044.unknown

_1446309911.unknown

_1446309970.unknown

_1446309887.unknown

_1446309176.unknown

_1446309538.unknown

_1446309705.unknown

_1446309838.unknown

_1446309842.unknown

_1446309752.unknown

_1446309646.unknown

_1446309666.unknown

_1446309558.unknown

_1446309415.unknown

_1446309532.unknown

_1446309533.unknown

_1446309438.unknown

_1446309370.unknown

_1446309393.unknown

_1446309329.unknown

_1446309352.unknown

_1446308778.unknown

_1446308949.unknown

_1446309098.unknown

_1446309122.unknown

_1446308973.unknown

_1446308860.unknown

_1446308880.unknown

_1446308803.unknown

_1446308636.unknown

_1446308695.unknown

_1446308728.unknown

_1446308677.unknown

_1446308598.unknown

_1446308617.unknown

_1446308572.unknown

_1446307977.unknown

_1446308287.unknown

_1446308386.unknown

_1446308487.unknown

_1446308524.unknown

_1446308440.unknown

_1446308338.unknown

_1446308364.unknown

_1446308312.unknown

_1446308168.unknown

_1446308227.unknown

_1446308255.unknown

_1446308192.unknown

_1446308057.unknown

_1446308147.unknown

_1446308037.unknown

_1446307629.unknown

_1446307839.unknown

_1446307915.unknown

_1446307954.unknown

_1446307863.unknown

_1446307885.unknown

_1446307737.unknown

_1446307767.unknown

_1446307675.unknown

_1445448614.unknown

_1445681359.unknown

_1446292181.unknown

_1446292182.unknown

_1445711661.unknown

_1446292057.unknown

_1445758506.unknown

_1445682719.unknown

_1445613761.unknown

_1445613813.unknown

_1445613624.unknown

_1445447975.unknown

_1445448527.unknown

_1445447847.unknown