Sníma č ěř SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY...• většinou integrovaná elektronika, standardní výstup 0-10V nebo 4-20mA • ru ční přístroje • často s laserovým zam

Experimentální metody – přednáška 10Snímače pro měření teploty

SNÍMA ČE PRO MĚŘENÍTEPLOTY

• 10.1. Kontaktní snímače teploty• 10.2. Bezkontaktní snímače teploty

Experimentální metody – přednáška 10

10.1. KONTAKTNÍ SNÍMA ČE TEPLOTY

snímač je připevněn na měřený objekt

Snímače pro měření teploty

• 10.1.1. termočlánky• 10.1.2. odporové snímače• 10.1.3. termistory• 10.1.4. polovodičové snímače


Termoelektrický jev (Seebeckův jev)1821 německý fyzik Thomas Johann Seebeck

• přeměna teplotního gradientu přímo na elektrické napětí• řádově µV na °C

• každé spojení dvou vodičů z různých materiálůvytvoří termočlánek

• výsledné napětí je úměrné nikoliv teplot ě ale rozdíluteplot na koncích vodičů

kov 1 – termoelektrický koeficient α1

kov 2 – termoelektrický koeficient α2teplota t1 teplota t2

elektrické napětízjednodušeně platíU = α1(t1-t2)-α2(t1-t2)

„studený konec“

pro větší rozsah teplot závislost není lineární

10.1.1. TERMOČLÁNKY


• v praxi se používá několik osvědčených kombinací materiálů• jednotlivé kombinace - typy se označují se písmeny• každý typ je vhodný pro jiný rozsah teplot – snaha o maximálně lineární průběh v daném rozsahu



• barevné značení


měření napětí

měření napětí


kov A

kov B

místo měření teplotytermočlánek A-B

Připojovací vedení =kov C

parazitní termo článek A-C

neznámá teplota okolí

kov A

kov B


uvnitř přístrojevodiče = kov C

neznámá teplota okolí

• nesprávná zapojení !!!!!!!!

parazitní termo článek B-C

parazitní termo článek A-C

parazitní termo článek B-C


měření napětí

měření napětí


kov A

kov B


termo článek A-Bna přesně

definované teplot ěvoda + tající led 0°C

kov C

shodný parazitní termo článek A-Cv každé v ětvi – parazitní term. nap ětí

se vzájemn ě odečte

kov A

kompenzacestudeného konce

kov A

kov B

• elektronický obvod měří teplotu v místě parazitních termočlánků• upravuje napětí tak, aby eliminoval vliv parazitních trmočlánků• kompenzátor

• buď pro konkrétní typ termo článku• univerzální – programovatelný

– je třeba nastavit typ připojeného termočlánku


současnéřešení

historie



• mnoho různých provedení – od „holé dráty“ až po zapouzdřené sondy • výběr typu dle rozsahu teplot• lze dosáhnout i velmi miniaturních rozměrů snímače

detaily např. na www.omegaeng.cz




• celé vedení i konektory musí být z materiálů termočlánku• důležitý materiál izolace vodičů – může ovlivnit použitelnost – teplotní rozsah



detaily např. na www.omegaeng.czwww.dewetron.czwww.orbit.merret.cz

• vždy je nutno řešit zapojení „studeného konce“ – dnes nejčastěji elektronický kompenzátor• zároveň může být integrován i zesilovač, linearizace charakteristiky• typ kompenzátoru musí odpovídat typu termočlánku



• využívají závislost odporu na teplotě

R = R0 (1 + α ∆t) kde R0 je odpor při 0°Cα je teplotní součinitel ∆t je rozdíl skutečné teploty od 0°C

• pro větší rozsahy teplot platí složitější nelineární závislost

• lze využít různých materiálů (nikl, měď) ale prakticky výhradně se používáplatina• dlouhodobá stabilnost, odolonost proti vlivům prostředí ovlivňujících odpor• záleží na čistotě použité platiny

• jedny z nejpřesnějších snímačů teploty

10.1.2. ODPOROVÉ SNÍMAČE


• praktické provedení• platinový drátek navinutý na keramické nebo skleněné tělísko

• typická používaná hodnota odporu při 0°C je 100Ω

• tyto snímače se běžně označují jako PT100

• někdy i jiná hodnota odporu ( 50, 200, 500, 1000 a 2000Ω)



• mnoho různých typů provedení detaily např. na www.omegaeng.cz



• zapojení• dvouvodičové• třívodičové• čtyřvodičové


kompenzace odporu přívodního vedení

zesilova čPT 100

• různé provedeníčidel PT100 (2,3,4 vodiče)• různé provedení odpovídajícívh zesilovačů

• záleží na požadované přesnosti



• široká nabídka zesilovačů• možná linearizace charakteristiky

detaily např. na www.omegaeng.czwww.orbit.merret.cz

• eventuelně lze použít jakýkoliv obvod schopný vyhodnotit změnu odporu (můstek)• potřeba minimalizovat proud snímačem – možná chyba ohřátím snímače protékajícím proudem



• vyrobeny práškovou technologií ze směsi oxidů kovů• změna odporu s teplotou

• může být kladná (pozistor) i záporná (negastor)• velmi nelineární závislost• omezený teplotní rozsah cca -50°C až 150°C• velice příznivá cena

teplota

R

10.1.3. TERMISTORY


detaily např. na www.omegaeng.cz• různá praktická provedení

zapojení:• obdobné jako u PT100• vyhodnocení změny odporu (můstek)

• nutno počítat s nelinearitou

• speciální (jednoúčelové) přístroje - linearizace

10.1.3. TERMISTORY


• využívají teplotní závislosti voltampérové charakteristiky P-N přechodu• „lehce“ nelineární průběh• z hlediska zapojení se jeví jako teplotně závislý odpor• omezený teplotní rozsah cca -50°C až 150°C• velmi příznivá cena

10.1.4. POLOVODIČOVÉ SNÍMA ČE


• praktické provedení – „součástka“• využívá spíše jako měřicí čidlo jednoúčelových přístrojů• lze i zabudovat do sondy

10.1.4. POLOVODIČOVÉ SNÍMA ČE


10.2. BEZKONTAKTNÍ SNÍMA ČE TEPLOTY

snímá se bezdotykově infra červené vyzařování měřeného objektu

10.2.1. princip měření10.2.2. bodové snímače10.1.3. plošné snímače -termokamery


• měří infra červené záření vyzářené sledovaným objektem• důležitá kriteria

• zorný úhel (velikost sledovaného objektu a vzdálenost)• emisivita povrchu sledovaného objektu• vliv okolního prostředí (odražené záření jiných zdrojů, pohltivost atmosféry)

• emisivita = poměr vyzářené energie konkrétního povrchu při dané teplotěk energii vyzářené ideálně černým tělesem při shodné teplotě

čím „lesklejší“ objekt, tím nižší emisivita – obtížné (nemožné) měření touto metodou

10.2.1. PRINCIP BEZKONTAKTNÍHO SNÍMA ČE TEPLOTY


• měří povrchovou teplotu v jednom bodě

• běžný rozsah od cca 20°C až do 1600°C• běžná odezva v řádech desítek milisekund (specielní provedení i jednotky ms)• lze použít pro pevné i kapalné látky• vzdálenost čidla od povrchu a průměr měřeného bodu:

• pevně dané• nastavitelné pomocí optiky

10.2.2. BODOVÉ BEZKONTAKTNÍ SNÍMA ČE TEPLOTY

• praktické provedení• čidla – pro pevné zabudování

• většinou integrovaná elektronika, standardní výstup 0-10V nebo 4-20mA

• ruční přístroje• často s laserovým zaměřovačem pro snadné určení měřeného místa• display pro zobrazení hodnoty, možnost uložení dat, přenosu do PC, …


10.2.2. BODOVÉ BEZKONTAKTNÍ SNÍMA ČE TEPLOTY

detaily např. na www.omegaeng.czwww.microepsilon.cz

10.2.3. PLOŠNÉ SNÍMAČE TEPLOTY -TERMOKAMERY

• měří povrchovou teplotu v ploše

• běžný rozsah od cca -20°C až do 1000°C• snímková frekvence stovky Hz• široká škála rozlišení (320x240, 640x480 bodů,…) • přenos dat do PC pomocí USB, software pro vizualizaci a zpracování• vzdálenost čidla od povrchu a rozměr měřené plochy:

• většinou nastavitelné pomocí optiky

• praktické provedení• kamera pro pevné zabudování + PC pro vizualizaci

• ruční přístroje• integrovaný display pro zobrazení• možnost uložení dat, přenosu do PC, …




kamera pro pevné zabudování + PC pro vizualizacidetaily např. na www.microepsilon.cz



• přenosný – ruční přístroj• detekce provozních stavů• měření úniků tepla

Documents

Sníma č ěř SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY...• většinou integrovaná elektronika, standardní výstup 0-10V nebo 4-20mA • ru ční přístroje • často s laserovým zam