Merenje Temperature Elektricnih Masina i Transformatora

7/26/2019 Merenje Temperature Elektricnih Masina i Transformatora

1/55

MERENJE TEMPERATURE ELEKTRIMERENJE TEMPERATURE ELEKTRINIHNIH

MAMAINA I TRANSFORMATORAINA I TRANSFORMATORA

Predmetni profesor: Dr eljko Despotovi, dipl.el.in

Visoka kola elektrotehike i raunarstvastrukovnih studija 2015/2016Specijalistike studije SNET

MMonitoring ionitoring iDDijagnostikaijagnostikaEE lektrilektrinihnihMMaainaina


2/55

UVODUVOD Merenje temperatura elektrinih maina i transformatora predstavlja

jednu od veoma bitnih procedura kako u njihovoj dijagnostici iispitivanju, tako i u monitoringu.

Ova grupa merenja spada u veoma zahtevna merenja u pogledu

pristupanosti, verodostojnosti i ta

nosti. Obino se ova merenja izvode u toku rada ili prilikom ogleda njihovog

zagrevanja, ali se mogu izvoditi i nakon iskljuenja maine. Poto su elektrine maine i transformatori nehomogeni po svom

sastavu (bakar, gvoe, vazduh, izolacija, uljni medijum i sl. ....)

potrebno je vriti merenja na razliitim mestiima:- u bakarnim namotajima- u magnetnom kolu (gvou)- na povrini izolacije

- u ulju Postoje uglavnom tri naina merenja temperatura:(1) pomou termometara(sa ivom Hg ili alkoholom C2H5OH), (2) posredstvom promene otpornostinamotaja i (3) posredstvom ugraenih termikih senzora (detektora) kao tosu na primer, otporni senzori Pt100, Pt1000 ili termospregovi (termoparovi)

(4)posredstvom IC zraenja (pirometri) i termovizijskih metoda (termovizijskakamera)


3/55

PRIMENA TERMOMETARAPRIMENA TERMOMETARA

Ovo je nastariji i najneposredniji nain merenja, a obavlja seprislanjanjem termometra na pristupanu povrinu ija se temperaturameri ili postavljanjem termometra u okolnom prostoru (tada se meritemperatura ambijenta)

Ovi termometri su obino sa ivom (Hg) ili sa alkoholom-etanolom(C2H5OH)

Ovom metodom se meri temperatura okoline (ambijenta) - a ilitemperatura ulja u transformatorskom sudu u.

Takoe, ovom metodom se mogu meriti temperatura magnetnog kola

(gvoa), leajeva, eventualno namota (ako je pristupa

an), komutatorakod DC maina (po zaustavljanju), kliznih prstenova i kontakata

(pobuda sinhronih maina i namotanih rotora asinhronih maina ) i sl. Postavljanjem termometra na toplu povrinu se ne sme remetiti

ventilacija objekta na kojem se meri temperatura.

Termiki kontakt mora biti pouzdan i kvalitetan (napr. tampon od filca). Problem pri merenju: padovi temperature kroz materijale koji se nalaze

izmeu rezervoara (kapilare) termometra i povrine ija se temperaturameri (izolacija namota, filc i sl.).

Jedino se zadovoljavajua ta

nost moe dobiti kod merenjatemperature okoline ili temperatura ulja (termometar direktno postavljen

u medijum).


4/55

PRIMER: MERENJE TEMPERATURE UTRANSFORMATORSKOM SUDU

Termometar se postavlja u procep na vrhu transformatorskog suda u tzv.termometarski dep. Obino se vri merenje temperature najtoplije take u ulju.Na vrhu se postavlja termometar jer je tu najtoplije ulje. Najhladnije ulje je nadnu transformatorskog suda. Ovakva raspodela temperatura je posledicasloenih termikih procesa koji se imaju u transformatorskom sudu.


5/55

CIRKULACIJA RASHLADNOG ULJA UTRANSFORMATORSKOM SUDU ICIRULACIJA SPOLJANJEG VAZDUHA

RASPODELA TEMPERATURA U HORIZANTALNOMPRESEKU TRANSFORMATORSKOG SUDA

RASPODELA TEMPERATURA U TRANSFORMATORSKOM SUDURASPODELA TEMPERATURA U TRANSFORMATORSKOM SUDU


6/55

PRIMER: IZGLED TERMOMETRA i MERNE TAKE

Temperatura gvoa (Fe) se posredstvom termometara moe meriti pogodno kod suvih

transformatora (nemaju ulje kao rashladni medijum).

Industrijskitemometar


7/55

MERENJE TEMPERATURE PROMENOM OTPORNOSTIMERENJE TEMPERATURE PROMENOM OTPORNOSTI

Metoda merenja temperature zagrejanog namotaja 2 [C] se moeodrediti ako su na raspolaganju (ili su poznati): temperatura hladnog

namotaja 1 (obino se usvaja 20C), otpornost na toj temperaturi R1[] i otpornost na temperaturi zagrejanog namotaja R2 [] :

Greka pri odreivanju 2 , pod pretpostavkom da je 1 poznatoiznosi:

(RELACIJA VAI ZA BAKAR)

= 2-a ne sme da bude vee od unapred zadate vrednosti za datu klasu izolacije

Tako na primer kod transformatora 60C za klasu izolacije A. Treba napomenuti da ne zavisi od 2 ve od gubitaka P maine ili transformatora.


8/55

PRIMER:PRIMER:2 =115C (klasa izolacije F ili H) i R1/R1=R2/R2= 1/100= 0.01 ( 1%);R1=U1/I1 (hladan namotaj), R2=U2/I2 (zagrejan namotaj), klasa tanostiinstrumenta k=0.5.Za ove realne podatke i iz relacije za greku, se dobija da je greka odreivanjatemperature2 jednaka 2 = 7C, odnosno 6.1%. Ovo je relativno velika

greka.

ZAKLJUAK: Potrebno je stoga to preciznije meriti otpore R1 i R2.

U praksi se preporuuje merenje otpora istom metodom i emama povezivanja,istim instrumentima, priblino istom strujom i na istom opsegu instrumenta.

NA REZULTAT MERENJA UTIE i GREKA PRI ODREIVANJU TEMPERATUREHLADNOG NAMOTA 1

Ako se pretpostavi da su R1 i R2 tano izmereni i da je temperatura 1izmerena sa grekom 1 , tada je greka pri merenju 2:

Uvek je R2 > R1, te je greka odreivanja2 uvek veaod greke odreivanja 1, ali je istog reda veliine!!

Realni odnos (u praksi) R2/R1 1.4


9/55

Osnovna specifinost ove metode je to ona daje srednju vrednosttemperature namotaja, koju inae i standardi i propisi definiu.

Merenje otpora u toku rada mogue je kod svih namota napajanihjednosmernom strujom (statorskih i rotorskih)

Kod rotorskih namotaja (induktori sinhronih maina) prikljuenjevoltmetara u toku merenja se vri preko metalnih etkica koje su

privrene na izolovane drae za kontaktne prstenove Merenje otpora statora maina za naizmeninu struju moe da se

izvri jedino na kraju ispitivanja pri iskljuenoj i zaustavljenoj maini(iskljuenje maine ne znai i njeno zaustavljanje!! Zato?)

Zbog vremena koje je proteklo od iskljuenja maine do njenogzaustavljanja, temperatura namota moe da se promeni i da stogadobijemo netaan rezultat

Ako je taj period dui od 20s vri se ekstrapolacijakrive hlaenja ina osnovu nje se odredi temperatura u trenutku iskljuenja

Otpor namotaja se pri tome meri najmanje tri puta, u priblino istimintervalima vremena ne duim od trajanja prvog merenja (obino ne

duim od 2 min)


10/55

MERENJE TEMPERATURE POMOMERENJE TEMPERATURE POMOU UGRAU UGRAENIHENIH

TEMPERATURNIH SENZORATEMPERATURNIH SENZORA

Ovom metodom je mogue izmeriti stvarnu temperaturu unajtoplijoj taki maine

U toku konstrukcije ili reparacije (remonta) maine sepostavljaju temperaturni senzori na odreena mesta nakojima se oekuje najvee zagrevanje

Senzori, inae malih gabarita, koji se koriste su: termoparovi(termospregovi) i otporni termometri

Senzori se povezuju sa transmiterima i precizniminstrumentima (analognim i digitalnim) za merenjetemperature

Naroito je teko ovom metodom meriti temperature namotajavisokonaponskih maina


11/55

POSTAVLJANJE TEMPERATURNIH SENZORAPOSTAVLJANJE TEMPERATURNIH SENZORAKod VN sa izolacionom aurom oko provodnika postavljanje termosenzora

(detektora) se ostvaruje se obino u lebovima u kojima se smetaju namotajiili na bonim vezama. Tanija pozicija senzora je na sledeim mestima:

Poloaj D1 (u lebu na povrini izolacionog sloja provodnika izmeu izolacijei Fe)

Poloaj D2 (izmeu slojeva provodnika u lebu, na sredini leba)Poloaj D3 (unutar izolacionog sloja prema bakarnom provodniku

dva provodnika po lebu jedan provodnik po lebu

deo

magnetnogkola statora

Temperatura Cu je vea odtemperature Fe, tako da termikifluks struji od Cu , preko izolacije doFe


12/55

U poloaju D1 temperaturni senzor ne pokazuje direktnotemperaturu bakra (Cu) odnosno namotajaDa bi se dobila temperatura bakra potrebno je tano proceniti

pad temperature kroz izolaciju (10-20C)Ovaj pad temperature je srazmeran debljini izolacije igubicima u bakru provodnika, a obrnuto srazmeran termikojprovodnosti izolacionog namotajaGREKA KOJA SE OVDE INI MOE DA IZNOSI 15-20CPovoljno koristiti ovaj poloaj kad se ima tanka izolacija dobretermike provodnosti

U poloaju D2 temperaturni senzor verno meri temperaturubakra (Cu) tj. namotaja jer nema toplotnog fluksa (jer nemapada temperature) kroz izolaciju na mestu postavljanja. Stogase ovaj poloaj najee koristi!! Greka merenja ovde moebiti do max 5 C

Temperatura Cu je veaod temperature Fe, takoda toplotni fluks struji

od Cu , preko izolacijedo Fe


13/55

U poloaju D3 merenje je najkorektnije(ima se veoma mala greka merenja), alise ne moe uvek izvesti zbog bezbednostiU ovom sluaju senzor i pripadajue

merno kolo su na potencijalu bakranamotaja kada su maina ili transformator uraduPogotovu postoji problem (praktino je

merenje neizvodljivo) kada je namotajmaine na visokom potencijalu (6kV , 10kVili 20kV)Asinhroni motor-VN ide do 6kV, sinhrone

maine -VN ide do 20kV

Visoki potencijal

6kV/10kV/20kV!!

- MERENJE POMOU TEMPERATURNIH SENZORA (DETEKTORA) NIJE PRAKTINOZA SVE MAINE ZBOG SLOENOSTI MERNIH KOLA- ZA MALE MAINE OVO NIJE BA PRAKTINO TAKO DA SE OVI SENZORI KORISTEUGLAVNOM KOD MAINA VELIKIH SNAGA

Visoki potencijal6kV/10kV/20kV!!


14/55

MERENJE TEMPERATURE ROTORA

Merenje temperature obrtnih delova (rotora) je nemogue izvesti pomoutermometara, dok se ne izvri zaustavljanje rotora

Promenom otpora je mogue izvriti merenje temperature obrtnih delova u raduukoliko je struja jednosmerna; ukoliko je struja naizmenina merenjetemperature promenom otpora je mogue po zaustavljanju maine

Iskljuenje maine ne znai i njeno trenutno zaustavljanje, ve je potrebno daproe odreeni vremenski interval do zaustavljanja obrtnih delova (rotora).

Po zaustavljanju elektrinih gubitaka nema i nastupa relativno brzoizjednaavanje temperatura.

Radi merenja u trenutku zaustavljanja treba izvriti vie merenja, to je mogueodmah po zaustavljanju i ekstrapolirati vremensku zavisnost otpora do poetnogtrenutka

Ova metoda nije dovoljno pouzdana jer se dogaa da temperatura u odreenom

intervalu vremena poinje da raste, a potom da opada (usled termikih prelaznihprocesa izjednaavanja temperature), tako da se u ovom sluaju ekstrapolacijane moe koristiti.

Ekstrapolacija je jedino pouzdana u sluajvima ako je kriva hlaenja opadajua

bez lokalnih ekstremuma (minimuma i maksimuma)


15/55

NANAIN EKSTRAPOLACIJE KRIVE HLAIN EKSTRAPOLACIJE KRIVE HLAENJA (primerENJA (primer namotanognamotanogrotorarotora asinhroneasinhrone mamaineine))

Elektrine maine u termi

kom smislu predstavljaju veomanehomogeno telo. Kada se iskljue sa mrenog napajanja (trenutak

to), ukidaju se gubici, ali rotor se i dalje obre usled inercije, kadase zaustavlja u trenutku t1.Merenje otpornosti po U/I metodi nije mogue do trenutka t2

jer je potrebno vreme za uspostavljanje struje merenja (do trenutkat2. Praktino je merenje mogue izvesti tek od trenutka t2.

U intervaluto-t2rotor seznaajnije hladi tako da je

njegovu stvarnu vrednostotpornosti R2 ilitemperature 2 (koje seimaju u radnom reimu)mogue dobitiekstrapolacijom krivehlaenja dobijenemerenjem (u intervalu t2-t3).

Kada nije mogue primenitiekstrapolaciju?

Usled L/R efekta


16/55

Za ova dva sluaja propisi dozvoljavaju ekstrapolaciju krive hlaenja. Ekstrapolacijom seodreuje ostatak krive hlaenja sve do poetnog trenutka (isprekidani deo), na osnovuega se mogu relativno tano oitati otpornost R2 ili temperatura 2 u nominalnomradnom reimu.Tei se da vreme poetka merenja bude to krae u odnosu na trenutak zaustavljanjamaine.


17/55

Ukoliko je vreme poetka merenja dugo u odnosu na trenutak zaustavljanja ekstrapolacijanas moe dovesti do znaajno pogrenih zakljuaka!!!!


18/55

U ovim sluajevima propisi ne dozvoljavaju ekstrapolaciju krive hlaenja usled postojanjatake maksimuma u intervalu vremena od interesa (kriva 1) ili usled postojanja vielokalnih ekstremuma (minimuma i maksimuma) kao to pokazuje kriva (2).


19/55

OTPORNOST ROTORA MAOTPORNOST ROTORA MAINA JEDNOSMERNE STRUJE (MJSS) iINA JEDNOSMERNE STRUJE (MJSS) iSINHRONIH MASINHRONIH MAINA (SM)INA (SM)

Treba razlikovati otpor samog namotajarotora i otpor izmeu prikljunih krajeva,koji obuhvata i prelazni otpor izmeuetkicai kliznih prstenova (SM) ili komutatora (MJSS)

Da bi se izbegao uticaj pada naponaU, kod SM sepostavljaju pomone reetkasteetkice.


20/55

Prelazni otpor na etkicama moe se uzeti u obzir preko padanapona:

U2V za par etkica (ugljenih, grafitnih ili elektrografitnih) kod rotoraMJSS,U0.6V za par etkica (metalografitnih) kod rotora sinhronih maina

(SM)

KAKO UZIMATI U OBZIR PRELAZNE OTPORE NAKAKO UZIMATI U OBZIR PRELAZNE OTPORE NA ETKICAMAETKICAMA??


21/55

TA SVE PREDVITA SVE PREDVIAJU PROPISI KOD MERENJAAJU PROPISI KOD MERENJATEMPERATURATEMPERATURA ELEKTRINIH MAINAELEKTRINIH MAINA ??

Zbog razliitih metoda i postupaka merenja temperaturadolazi do greaka

Da bi se korektno mogli porediti rezultati merenja izmeupojedinih metoda propisi o ispitivanju elektrinih mainapropisuju sledee:

- merenje srednje temperature promenom otpora- broj ugraenih senzora i nain njihove montae i ugradnje

- sluajeve primene pojedinih metoda

- sluajeve merenja temperatura po zaustavljanju

- uslovi hlaenja posle prekida optereenja

- najdue trajanje zaustavljanja

- nain ekstrapolacije krive hlaenja


22/55

TERMOTERMO--PAROVI (TERMOPAROVI (TERMO--SPREGOVI)SPREGOVI)

Merenje temperature u ovom sluaju se zasniva na pojavi termo-

elektromotorne sile (TEMS) na krajevima dva razliita metala koji su nasvojim drugim krajevima spojeni odreenim tehnolokim postupkom(najee zavarivanjem).

Zavarivanje se vri najee na bakarnoj ploici radi ostvarivanjapouzdanog termikog kontakta, pogotovu to je mesto tog spojaizloeno povienoj temperaturi.

TEMS koja se javlja na slobodnim krajevima je praktino proporcionalna

razlici temperature spoja

ji temperature okoline

a mernog spoja koji jeprikljuen na slobodne krajeve (tzv. Zebekov efekat).


23/55

TERMOELEKTRITERMOELEKTRINI NAPONI ZA POJEDINE TERMONI NAPONI ZA POJEDINE TERMO--SPSPREGOVREGOVEE))


24/55

KAKO TO IZGLEDA U PRAKSIKAKO TO IZGLEDA U PRAKSI??

Temperaturna razlika izmeu mernog iporedbenog mesta prouzrokujeproporcionalan napon odnosno TEMS Kompenzacioni vodovi su od istihmaterijala kao termoparKada se temperatura poredbenog mestakoleba potrebno je izvriti kompenzacijumernog spoja


25/55

PROBLEM: Cilj je izmeriti napon na spoju J, ali smo ubacivanjem milivolmetra u kolonapravili jo dva spoja metal-metal: J2 i J3. Spoj J3 je Cu-Cu (pa je napon na njemu V3=0),ali je napon na spoju J2 (Cu-konstantan) konaan i suprotnog smera od V1. Kao rezultat

oitani napon na voltmetru

e biti proporcionalan temperaturnoj razlici spojeva J1 i J2. Toznai da temperaturu T1 ne moemo izmeriti tano.

Temperaturu T1 moemo izmeriti tanoako poznajemo temperaturu spoja J2,

odnosno T2. Stoga se J2 uslovno uzimakao referentni ili HLADNI spoj (T2=Tref),pa je pokazivanje voltmetra:

Vv=(V1-Vref)=k(T1-Tref)

Cu ica je upotrebljena i kao jedan od metalaspoja i kao provodnik za povezivanje voltmetra,pa su oba spoja, merni (J1) i referentni (J2),

ustvari spoj bakar-konstanatan (Cu-C).

Spoj J2 se fiziki postavlja u tzv. ledeno kupatilo, fiksirajui referentnu temperaturu na 0C. Onda se iz tablica za termoparove odreuje temperatura. Ovo je nepraktino i moe da

dovede do greaka (pogotovu to Vref nije jednako 0V na 0C!!!!)


26/55

PRIMENAPRIMENA LEDENOG KUPATILALEDENOG KUPATILA

Merenje temperature posredstvomtermospregova (termoparova) surelativna i daju samo informacijuo razlici temperatura.Kada su prikljuni krajevi vezani

za vrstu referencu kao to jetzv. ledeno kupatilo tada termo

element moe biti kalibrisan napunom opseguZa praktinu upotrebu i za vee

tanosti se koriste poluprovodniIli otporni senzori za dobijanje

referentne take u cilju stabilnog itanog oitavanja.Zato se onda koristi termopar kadase dodaje jo jedan senzor kao referentni?Zato se ne koristi samo ovaj senzor?

Razlog za ovo je to legure u termoparovima mogu da se koriste na mnogo veimtemperaturama na kojima inae nebi mogli poluprovodni senzori da se koriste.Za termoparove je ta gornja granica temperature oko 1800C.


27/55

U industriji su standardizovane klasifikacije termoparova, koji inenjerima pruajusmernice kako da ih prilagode za svoj konkretan projekat. Standardni tipovi termoparova injihovi radni opsezi su dati pregledno u tabeli. Kao to se iz tabele vidi standardni rasponisu od -250C do 1750C.Standardni poluprovodnici i materijali za lemljenje nee raditi a ak ni preiveti

ove dve krajnosti!!!!

-272 do +300Chromel/AuFe

-40 do +9000 do +800E

-250 do +400-185 do +300T

0 do +1820+200 do +1700B-50 do +17500 do +1600S

-50 do +17000 do +1600R

-270 do +13000 do +1100N

-180 do +8000 do +750J-180 do +13000 do +1100K

Temperaturni opseg (C)(kratkotrajno)

Temperaturni opseg (C)(kontinualno)

Tip

STANDARNI OPSEZI TERMOPAROVASTANDARNI OPSEZI TERMOPAROVA


28/55

Retko koriena konfiguracija esto koriena konfiguracija sakompenzacijom hladnog spoja

STANDARNoSTANDARNo POVEZIVANJE TERMOPAROVAPOVEZIVANJE TERMOPAROVA


29/55

U praktinim aplikacijama, tablice za termoparove se transformiu u polinome,

koji su laki za korienje. Stepen aproksimirajueg polinoma zavisi od tipakorienog termopara i zahtevane tanosti merenja.

Komponenete kao to su termistori, otporni temperaturni senzori (RTD) ipoluprovodniki senzori omoguavaju merenje apsolutne temperaturereferentnog spoja.

PROCEDURA:

Pretvara se V1 u traenu temperaturu T13 korak

Meri se Vv i dodaje se Vrefda bi se dobio V12 korak

Meri se Trefi izraunava se ekvivalentni napon za parazitne

spojeve (Vref)

1 korak

Ovaj postupak se naziva kompenzacija "hladnog spoja",jer se uranavauticaj referentnog spoja.

KOMPENZACIJA HLADNOG SPOJA BEZ UPOTREBE LEDENOG KUPATILAKOMPENZACIJA HLADNOG SPOJA BEZ UPOTREBE LEDENOG KUPATILA??

Vv

V1

Vref

NAJEE KORIENI TERMO PAROVI (TERMO


30/55

NAJNAJEEE KORIE KORIENI TERMOENI TERMO--PAROVI (TERMOPAROVI (TERMO--SPREGOVISPREGOVI))

Najee korieni termo-spregovi su BAKAR-KONSTANTAN (Cu60% i Ni 40%) ili GVOE-KONSTANTAN (Fe 60% i Ni 40%)nainjeni od izolovanih provodnika prenika D 1mm.

Termo-elektromotorna sila (TEMS) za spreg BAKAR-KONSTANTAN jeoko 4.3mV/100C (opseg primene ovog termo-sprega je -200C+600C), dok je za GVOE-KONSTANTAN oko5.6mV/100C (opseg primene ovog termo-sprega je -200C+900C);

klase tanosti 1.5 - 3% Veliki problem predstavlja milivoltni naponski signal i njegova dalja

obrada i prilagoenje na neki od standardnih mernih opsega (strujni 0-20mA DC, 4-20mA DC, 0-1VDC , 0-10VDC)

Duine termospregova variraju (a samim tim i njihove otpornosti), kao idebljina ice od koje su sainjeni.

Na osnovu poslednje dve tvrdnje, postoje specijalni zahtevi u izradimernog sistema


31/55

Radi merenja temperature aktivnog gvoa (1) spojeni krajevi termosprega se izoluju istave na dno leba

Za merenje temperature bakra (2) spojeni krajevi termosprega se stavljaju izmeu dvasloja u lebu

(1) (2)

MERENJE TEMPERATURE GVOA i BAKRA U ELEBOVIMAMERENJE TEMPERATURE GVOA i BAKRA U ELEBOVIMAMAINAMAINA

ELEKTRONELEKTRONSKO KOLO ZA KOMPENZACIJU TEMPERATURE HLADNOGSKO KOLO ZA KOMPENZACIJU TEMPERATURE HLADNOG


32/55

ELEKTRONELEKTRONSKO KOLO ZA KOMPENZACIJU TEMPERATURE HLADNOGSKO KOLO ZA KOMPENZACIJU TEMPERATURE HLADNOGSPOJASPOJA

U primenama obrade signala satermoparova zahteva se diferencijalnopojaanje mV signala, odnosno

ELEKTRONSKI DIFERENCIJALNIPOJAAVAJedan veoma pogodan je AD8494...7od renomirane firmeANALOG DEVICES

ip AD849X od Analog Devices

DIFERENCIJALNI POJAAVA ( t d d i db )


33/55

DIFERENCIJALNI POJAAVA (standardna izvedba)

DIFERENCIJALNI POJAAVA (sa baferisanim diferencijalnim ulazima)

V(-) = V(+) = V2 (R/2R)=V2/2

V1 - Vout = 2R (V1 - V(-) )/R

V1 - Vout = 2 (V1 - V(-) )

V1 - Vout = 2V1 V2

VVoutout = V= V22 VV11

V*1

V*2

I 0

I 0

VVoutout = V*= V*22 V*V*11

V*V*22 =V=V22V*V*11 =V=V11

VVoutout = V= V22 VV11

Ovo kolo ima veoma veliku ulaznuimpedansu!! A to nam upravo itreba!!.

KONKRETNOKONKRETNO ELEKTRONELEKTRONSKO MERNO KOLO SA DIFERENCIJALNIMSKO MERNO KOLO SA DIFERENCIJALNIM


34/55

KONKRETNOO O ELEKTRONO SKO MERNO KOLO SA DIFERENCIJALNIMS O O O O S C JPOJAAVAEMPOJAAVAEM

ELEKTRONELEKTRONSKO KOLO SA VISOKOM ULAZNOM IMPEDANSOM iSKO KOLO SA VISOKOM ULAZNOM IMPEDANSOM i


35/55

PODELJIVIM POJAANJEM KOJE SE NAJEE KORISTI U PRAKSIPODELJIVIM POJAANJEM KOJE SE NAJEE KORISTI U PRAKSI

Podeavanje pojaanja diferencijalnog pojaavaa se ostvaruje sa Rg

DETEKCIJA PREKIDA ili KRATKOG SPOJA NA TERMOPARUDETEKCIJA PREKIDA ili KRATKOG SPOJA NA TERMOPARU??


36/55

DETEKCIJA PREKIDA ili KRATKOG SPOJA NA TERMOPARU?

Veomaesto mora biti detektovan prekid ili kratak spoj na termo-parovima i njihovim spojnim provodnicima. Kada suu pitanju naponski milivoltni (mV) signali ovo detektovanje je izuzetno teko. Konvencionalna reenja se baziraju nakorienju ton-generatora i refleksija na vodu ili strujnim test kolima. Ali ove metode predstavljaju skupa reenja.Kolo na slici predstavlja jedno prihvatljivo i jednostavno reenje. U normalnom reimu rada tranzistor Q je OFF i

diferencijalni pojaava sa U1 pojaava signal. Mikrokontroler (ili PLC) povremeno ga testira ukljuivanjem Q1 imonitorisanjem izlaza na NF filtru. Kada je Q1 ON tokom normalnog rada, on injektuje DC signal koji je odreen saR10, R4, R5. Na ovaj nain se superponira DC strujni signal kroz otpornost i signal sa prikljuaka termo-para todovodi do pojave DC jednosmernog signala na ulazu u U1. U ovom sluaju je signal na NF izlazu vei u odnosu nasluaj kada je Q1 OFF. Kada je termopar u prekidu, U1 automatski postaje bafer sa jedininim pojaanjem i stogaizlaz U1 raste na nekoliko volti . Mikrokontroler prepoznaje ovaj porast (u odnosu na sluaj kada je Q1 OFF) i na

korektan nain detektuje prekid. Diode D1 i D2 dozvoljavaju da se ova tehnika moe primeniti na vie termoparova ujednoj aplikaciji.Otpori R1 i R2 slue da zatite ulaze U1 u incidentnim situacijama kao to su: kratak spoj provodnikatermopara sa pozitivnim naponom napajanja.

PREDNOSTI I MANE TERMOPREDNOSTI I MANE TERMOPAROVAPAROVA


37/55

PREDNOSTI I MANE TERMOPREDNOSTI I MANE TERMOPAROVAPAROVA

PREDNOSTI: Mogu se postavljati i na nepristupana mesta

Direktno pokazuju porast temperature iznad temperature okoline (aovaj porast propisi upravo i definiu)

Relativno veliki temperaturni opseg (-200C.+1600C)Cu-Konstantan opseg -200C ... +600C

Fe-Konstantan opseg: -200C +900C

NiCr-Ni opseg : 0C +1200C

PtRh-Pt opseg : 0C +1600C

NEDOSTACI:

Nedovoljna tanost (mogu

e su relativne greke i do 3%) Pri slabljenju kontakata, kao i samog spoja, merni ureaj pokazuje

niu temperaturu od stvarne. Zato?

Mali izlazni signal (mV) i specijalni zahtevi za mernim kolom

OTPORNI TERMOMETRI


38/55

OTPORNI TERMOMETRI(TERMOSENZORI)

Danas se kao senzori za merenje temperatura u elektrinimmainama i transformatorima koriste otporniki termometri

Naroito kod velikih maina se ugrauje i po nekoliko desetina ovih

pokazivaa (detektora) ili mernih senzora Njihova najvea prednost u odnosu termparove je vea tanost

merenja (greka se kree od 1-2%) i manje su stroiji uslovi upogledu merne opreme

Otporni senzori temperature mere temperaturu zagrejanog mesta (ane porast temperature kao termoparovi) i to na osnovu promeneotpora.

Jedan takav otpornik se postavlja u lebu (ili u postavi leba) ilibonim vezama (kada su u pitanju elektrine maine) i u namotajimaili magnetnom kolu (kada su u pitanju transformatori)

POSTAVLJANJE OTPORNIH TERMOMETARA UPOSTAVLJANJE OTPORNIH TERMOMETARA U LEBOVIMALEBOVIMA


39/55

Otporni senzori temperature mere temperaturu

zagrejanog mesta (a ne porast temperature) i to naosnovu promene otpora.Jedan takav otpornik se postavlja u lebu ili bonimvezamaZa razliku od termoparova pri slabljenju kontakta uovom sluaju se ima indikacija vie temperaturenego to ona stvarno jesteNa ovaj nain su maine preventivno zatienePrimenjuju se razliiti oblici ovih senzora (pljosnati i

cilindrini), zavisno od mesta gde se postavljaju

ELEKTRIELEKTRINIH MANIH MAINAINA

Primenjuju se kao materijali bakar Cuili platina Pt. Bolje je koristiti platinuodnosno Pt100 senzor jer ima veuotpornost (100) na 0C u odnosu na

Cu. Stoga se najee koriste Pt100senzori (ree se koriste Pt1000senzori)

POSTAVLJANJE Pt100 na bonim stranama lebaPOSTAVLJANJE Pt100 na bonim stranama leba??


40/55

Ako pri dnu leba prolaze kanali za rashladni vazduh onda se otporni senzori postavljajuna bonim stranama, kao to je pokazano na slici


41/55

PLPLJJOSNATI OTPORNI TERMOSENZORIOSNATI OTPORNI TERMOSENZORI

Pljosnati termosenzori su oblika uzane veoma tanke trake od tvrdogizolacionog materijala

Na ovu traku je bifilarno motana tanka bakarna ili platinska ica.

Najee se koristi platinska ica jer ima veu otpornost na 0C Zato se ba mota bifilarno? Na kraju su traka i ica zajedno obloene izolacijonim materijalom

Ovi senzori se postavljaju u lebu izmeu slojeva ili na dno lebamaine


42/55

Bifilarnim motanjem Pt ili Cu ice na pljosnato telo znaajno se smanjuje rasipni fluks uodnosu na sluaj obinog motanja ice. Manji rasipni fluks podrazumeva i manju rasipnu(parazitnu) induktivnost. Inae rasipna induktivnost moe uticati na uspostavljanje struje usenzoru, kao o na indukovanje i pojavu naponskih umova od strane rasipnog fluksa ulebovima. Tei se da je ose ova rasipna induktivnost i rasipni fluksevi svedu na minimum.

CILINDRICILINDRINI OTPORNI TERMOSENZORINI OTPORNI TERMOSENZORI


43/55

CILINDRICILINDRINI OTPORNI TERMOSENZORINI OTPORNI TERMOSENZORI

U ovom sluaju je platinska ili bakarna ica namotana oko cilindrinog tapa (od

keramike) i hermetiki zaptivena u metalnoj futroli I u ovom sluaju se tei da se smanji rasipni fluks i rasipna parazitna

induktivnost samog senzora.

Sa smanjenjem rasipne induktivnosti ima se bre uspostavljanje merne struje i

smanjuje se naponski um, tako da je merenje preciznije Ovi senzori su pogodni za merenje temperature rashladnih fluida, gasova i

tenosti u cevima ( na primer rashladni sistemi generatora)

TIPOVI TERMOSENZORA I NJIHOVE KARAKTERISTIKETIPOVI TERMOSENZORA I NJIHOVE KARAKTERISTIKE


44/55

OTPORNOSTIOTPORNOSTI Obino se koriste dva tipa ovih otpornih (najee platinskih)

termosenzora Pt100 i Pt1000.

Standardizovana vrednost otpora na 0C je 100 (za Pt100) i 1000(za Pt1000)

Imaju veoma linearnu karakteristiku; R = Ro[1+(- o)], Pt = 1/260, Cu = 1/235, Temperaturni koeficijent za platinu je manji od temperaturnog

keficijenta za bakar, ali je zato specifina otpornost Pt est puta vea odspecifine otpornosti bakra: Pt 6 Cu. Ovo znai da je za konstrukcijutermosenzora sainjenog od Pt potrebno 6 puta manje materijala uodnosu na sluaj kada bi on bio sainjen od Cu

za Pt100, Ro=100 i Ro Pt= 100/260=0.385, pa se moepisati:

R[] = 100+0.385[C] ili

R/100 = 1+0.00385[C]

Z i t t d t t Pt


45/55

R=100+0.385ili

R/100=1+0.00385ili

R/100= (260+)/260

ZavisnostZavisnost otporaotpora odod temperaturetemperature zaza PtPt

-Ova zavisnost je data u tabelama proizvoaa tako da se relativno jednostavnomogu oitati vrednosti otpornosti za datu temperaturu i obrnuto-Kako se vri merenje temperature?

Relacije koje se koriste u praksi:

TABELATABELA:: zavisnosti otpornosti u (zavisnosti otpornosti u () od temperature u () od temperature u (C)C) zaza PtPt 100100


46/55

TABELATABELA (nastavak)(nastavak) zavisnosti otpornosti u (zavisnosti otpornosti u () od temperature u () od temperature u (C)C) zaza PtPt 100100


47/55

TABELATABELA (nastavak)(nastavak) zavisnosti otpornosti u (zavisnosti otpornosti u () od temperature u () od temperature u (C)C) zaza PtPt 100100

MERNI SISTEMI KOJI SE KORISTE KOD OTPORNIHMERNI SISTEMI KOJI SE KORISTE KOD OTPORNIH


48/55

Kao analogni merni sistem za merenje temperature se moe koristitiinstrument sa ukrtenim kalemovima (logometar). Ovo je starametoda, koja je veoma otporna na smetnje i umove, te se i dalje koristi

u praksi. Tanije merenje je zasnovano na korienju mernih mostova ipripadajue merne elektronike!!! Analogne i digitalne. Ali su ovi nainijako podloni smetnjama i umovima te tome treba posvetiti znaajnu

panju!!! PREDNOST: Temperatura se meri kada je maina pod optereenjem ili

na VN, ili u toku ogledu zagrevanja (to nije bio sluaj kod metodebazirane na promeni otpora)

MANE: Prikljuni kontakti unose dodatni pad napona pa to utie natanost merenja; rasipna (parazitna) induktivnost utie na dinamikuprocesa i pojavu umova

MERNI SISTEMI KOJI SE KORISTE KOD OTPORNIHTEMPERATURNIH SENZORATEMPERATURNIH SENZORA

ASIMETRINI I KELVINOV SPOJ


49/55

Pretpostavimo da imamo100 senzor na bazi Pt.Da bi se kontrolisalo unutranje

samozagrevanje, nivo pobude je obino ogranienna 2 mA. Uzimajui da je osetljivost ovakvog tipaelementa oko+ 0.4 /C, onda e izlaz biti oko 0.8 mV/C. Ovo

je veoma mali signal koji zahteva pojaanje. Zadobro korienje celog opsega A/D konvertora(obino 5V ili 10V) signal mora da se pojaa 100 ili1000 puta . Meutim, mirni napon na senzoru RTD

je :2 mA 100 Oma = 0.2 V.Ovo ograniava najvee pojaanje na 10 puta,

kada se koristi asimetrini spoj. Tako na primer u12-bitnom sistemu,najmanja promena temperature

koja se moe detektovati iznosi 0.5 C.Asimetrini spoj Kelvinov spoj sa 4 prikljuka

Kelvinov spoj ili spoj saetiri prikljuka: Otpornost ice ne moe da se eliminie, ali ova

merna tehnika uveliko smanjuje njen uticaj. Ideja je da se spoje dva provodnika na svakikraj mernog senzora. Jedan provodnik je prikljuen za strujni izvor, a drugi meri napon naprikljuku. Struja je u ispitnom ili mernom provodniku vrlo mala i moe se uzeti da je nula,zbog vrlo velike ulazne otpornosti sistema za akviziciju. Tako nee doi do pada napona naispitnim linijama. Treba uoiti da pod ovim uslovima padovi napona u linijama (RL) nisu u

mernom kolu.

DVOINI SPOJ MOSTA


50/55

Dvoini most je vrlo jednostavan, ali postoji potencijalna mogunost uticaja redneotpornosti provodnika. Otpornost provodnika ne moe da se odvoji od otpornosti

pretvaraa. Zbog toga se ovakva konfiguracija obino ne koristi u aplikacijama kojezahtevaju visoku tanost.

DVOINI SPOJ MOSTA

TROINI SPOJ MOSTA


51/55

TROINI SPOJ MOSTA

Troini most zahteva dodatni provodnik koji treba da se vodi do senzora (mana), ali trebaimati u vidu da on obezbeuje niz vrlo vanih prednosti; Ako napravimo pretpostavku da sudva provodnika koji vode struju do senzora od istog materijala i priblino iste duine, mnogipotencijalni izvori greakae biti kompenzovani.

Jedna otpornost provodnika je u gornjoj grani mosta, dok je druga otpornost provodnika udonjoj grani. Rezultat toga je da je uglavnom eliminisan uticaj otpornosti provodnika. Meutim,kada se koriste dugaki provodnici ( >30 m) ili se zahteva najvea mogua preciznost, moese koristiti softverska korekcija uticaja provodnika. Otpornost ispitnog provodnika je od vrlo

malog znaaja zato to je struja koja tee u njemu vrlo mala.

PUNI MOSTPUNI MOST


52/55

PUNI MOSTPUNI MOST

U ovom sluaju provodnici ne unose znaajnu greku. Oba spoljna provodnikanapajanja su u rednoj vezi sa strujnim izvorom i tako ne utiu na pobudni nivo.

Ovo kolo ima najveu osetljivost i najbolju linearnost, a ne zahteva dodatneotpornike za upotpunjavanje konfiguracije mosta.Cena ovog tipa senzora je realtivno visoka!!!.

PROVERA OTPORNIH TERMOMETARAPROVERA OTPORNIH TERMOMETARA


53/55

Provera otpornih termometara ulazi u prgram i procedure ispitivanjamaina u kojima su oni ugraeni

Provera se vri merenjem elektrinog otpora pomou jednosmernestruje u hladnom stanju, preciznim mostovima i merenjem temperature

sa Hg termometrima Vri se ustvari provera karakteristika otpornih termometara :

Za BAKAR:

Za PLATINU:

R1=1001 = 0CR2- izmereni otpor u []

1 - izmerena temperatura u [C]

Jednosmerna struja pri kojoj se vri merenje ne sme prelaziti nekoliko desetinamilampera zbog greke usled zagrevanja. Takoe se pri ovim ispitivanjima vri i

merenje otpora izolacije samih senzora!!!!

LITERATURALITERATURA


54/55

LITERATURALITERATURA

Milo Petrovi, Ispitivanje elektrinih maina,Nauna knjiga, Beograd 1988.

Signali i pretvarai- ELECTRONIC DESIGNhttp://www.ed.rs/ed/tekstovi/principi/signali.htm

Thermocouple circuithttps://en.wikipedia.org/wiki/File:Thermocouple_circuit.svg


55/55

Beograd,Oktobar 2015

Documents

Merenje Temperature Elektricnih Masina i Transformatora