Hőmérsékletmérés
HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064 ,00 °C
Arany dermedéspontja
961,93 °C
Ezüst dermedéspontja
444,60 °C
Kén olvadáspontja
0,01 °C -182,962 °C Reprodukálás
Víz hármaspontja Oxigén forráspontja
Pt ellenállás-hőmérők PtRh – Pt termoelemek
HŐMÉRŐK I. Kontakthőmérők / 0-1600 °C / A
Mechanikus
B
Villamos
C
Egyéb:
Folyékony kristályok Termokréta Zégergúla
II. Sugárzásmérők - pirométer - termovízió
Mechanikai kontakthőmérők • • • • • •
Bothőmérők Bimetall-hőmérők Folyadék-üveg hőmérők Folyadék-rugós hőmérők Gőznyomás-rugós hőmérők Gázhőmérők
Kettősfém hőmérő
Folyadéktöltésü üveghőmérők Higanyos hőmérők -38,87…+356,7 • a. vékonyfalú • b. vastag falú • • • •
400 oC 500 oC 600 oC 750 oC
2 BAR 10 BAR 20 BAR 70 BAR
Hőmérsékletfüggő ellenállások Hőmérséklet
Ellenállás
változás
változás
Követelmények: 1. Hőmérsékleti tényező nagy legyen 2. Fajlagos ellenállása nagy legyen 3. Lehetőleg lineáris statikus karakterisztika 4. A jellemzők legyenek stabilak LEHETNEK
A
fémes vezetők
B
félvezetők
FÉM ELLENÁLLÁSHŐMÉRŐK R(T)=R0 [ 1+αT + βT2 +… ] R0 , α , β , … 0 °C – hoz tartozó értékek Rendszerint elegendő a lineáris közelítés : R(T)=R0 [ 1+αT ] Lineáris közelítés esetén : É = R0 α Néhány anyag lineáris hőmérsékleti együtthatója : Vas Higany Réz Platina Nikkel
2-6 * 10-3 1/°C 9 * 10-3 1/°C 4 * 10-3 1/°C 4 * 10-3 1/°C 6,17 * 10-3 1/°C
Platina ellenállás-hőmérő: 1. Mérési tartomány: - 190…+ 630 °C 2. Ellenállásváltozás 100 °C-ra: 40 % 3. Ellenállás 0 °C-on: 100 Ω Platina ellenállás-hőmérő ELŐNYEI: 1. Nagy vegyi ellenálló képesség 2. Magas olvadáspont 3. Lineáris statikus karakterisztika /ipari igények / 4. Reprodukálhatóan gyártható Platina ellenállás-hőmérő HÁTRÁNYA: Alapanyaga drága
Nikkel-ellenálláshőmérő: 1. Mérési tartomány: - 100…+ 300 °C 2. Ellenállásváltozás 100 °C-ra: 60 % 3. Ellenállás 0 °C-on: 100 Ω Nikkel ellenállás-hőmérő ELŐNYEI: 1. Hőmérsékleti együtthatója nagyobb 1. Az alapanyag olcsóbb Nikkel ellenállás-hőmérő HÁTRÁNYAI: 1. Karakterisztikája nemlineáris 2. Gyártása nem jól reprodukálható
RÉZ-ellenálláshőmérő: 1. Mérési tartomány: 0…+ 150 °C 2. Ellenállásváltozás 100 °C-ra: 40 % 3. Ellenállás 0 °C-on: 10 Ω RÉZ ellenállás-hőmérő ELŐNYEI: 1. Karakterisztikája lineáris 2. Olcsó 1. Gyártása reprodukálható RÉZ ellenállás-hőmérő HÁTRÁNYAI: 1. Oxidálódik 2. Fajlagos ellenállása kicsi
FÉLVEZETŐ ELLENÁLLÁSHŐMÉRŐK Közelítő összefüggés:
R = a ⋅ eb/ T
R
ahol R a félvezető ellenállása a az un. anyagállandó b az un. energiaállandó T az abszolút hőmérséklet
NTK
a T A statikus karakterisztika jellegzetességei: 1. Nemlineáris 2. Az érzékenység negatív / NTK /
A félvezető ellenállás-hőmérők anyagai: 1. Nehézfémek oxidjai 2. Germánium és szilícium 3. III és V vegyértékű elemek ötvözetei Legelterjedtebbek a TERMISZTOROK ( Nehézfémek oxidjaiból készülnek ) A termisztorok jellemző adatai: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
ellenállás 25 ºC-on : néhányszáz ? - néhányszáz k? ellenállás 80 ºC-on : a 25 ºC-on mért ellenállás 5-8-ad része hőmérsékleti együttható ( α ) 25 ºC-on –0,04 … -0,15/ºC Maximális teljesítmény néhány tíz μW – néhány W Időállandó: 10-2s – néhány perc Mérési tartomány: -200 ºC …+ 200 ºC
Az ellenállás mérésének módszerei • • • • • • • •
Volt-ampermérős módszer Feszültség összehasonlítás Wheatstone-híd Háromvezetékes Wheatstone-híd Ellenállásmérés ohmmérővel Hányadosmérő műszer Digitális ohmmérő Négyvezetékes ellenállásmérés
Volt-ampermérős módszer
Feszültség összehasonlítás
Wheatstone-híd
Háromvezetékes Wheatstone-híd
Ellenállásmérés ohmmérővel
I1 α = kf I2
Rt + R2 = kf Rn + R1
Digitális ohmmérő
Négyvezetékes ellenállásmérés
TERMOELEM-HŐMÉRŐK Termoelemek Hőelemek
Alapfogalmak, meghatározások
hidegpont
melegpont
A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hőmérséklet különbségétől függ. A vezeték mentén kialakuló hőmérsékleteloszlástól független.
A termofeszültség hőmérséklet függése U AB (t ,0) = αt +
β 2
⋅t + 2
γ 3
É = α + β ⋅t + γ ⋅t
2
⋅t
3
Termopotenciális sor • Az egyik fém PLATINA • A mért hőmérséklet különbség 100 K • Az adatokat táblázatba rendezik
A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények
• A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hőmérséklet különbségétől függ. A vezeték mentén kialakuló hőmérséklet-eloszlástól független.
A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények
• Termikus rövidzár: ha az inhomogén
szakasz kezdete és vége azonos hőmérsékleten van, járulékos termofeszültség nem keletkezik.
TIPUS
TERMOELEM
ALKALMAZÁSI TARTOMÁNY °C
T
Cu-Ko♦
-200...600
TERMOFESZÜLTSÉG ΔT=100°C-ra [mV] 4,25
J
Fe-Ko♦
-200...900
5,37
K
NiCr-Ni
-200...1200
4,04
S
PtRh-Pt
0...1500
0,64
♦Ko=Konstantán
(60% Cu+40% Ni)
A termoelemes (hőelemes) mérőkör elemei:
1. Termoelem huzalpár
5. Hidegpont
2. Érzékelési pont
6. Mérővezeték
3. Csatlakozási hely
7. Kiegészítő ellenállás
4. Kompenzáló vezeték
8. Jelfeldolgozó egység
A termoelemek alkalmazásának méréstechnikai problémái • A hidegpont hőmérsékletének változása • A kompenzáló vezeték olyan ötvözött anyagpár, melynek termoelektromos tulajdonságai 0-200 °C között megegyeznek a termoelemével.
A termofeszültség mérési módszerei • Feszültségmérés állandó mágneses műszerrel • Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral • Digitális feszültségmérők
Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral
Lindeck-Rothe kompenzátor
Digitális feszültségmérő
A termoelemes (hőelemes) mérőkör elemei
5.Hidegpont 1.Hőelem-huzalpár (pozitív és negatív szál)
6.Mérővezeték
2.Érzékelési pont
7.Vezetékkiegészítő ellenállás
3. Csatlakozási hely
8.Jelfeldolgozó egység (mérő-, regisztráló-, szabályozóműszer, távadó stb.)
4.Kompenzációs vezeték (pozitív és negatív szál)
A feladatra legmegfelelőbb termoelem kiválasztásának szempontjai • A hőmérséklet tartomány • A termoelem kémiai ellenállósága, ill. a szükséges védőburkolat alkalmazhatósága • Kopás és rázkódás védelem • A beilleszthetőség feltételei (a beépítendő termoelemnek meg kell felelnie a már meglévő berendezéseknek. A rendelkezésre álló furatok átmérőjét előbb meg kell határozni).
Szempontok a köpeny-hőelem (termokoax) kialakítás kiválasztásához
Földelt
Földeletlen
Szabadon álló
Termoelem referencia táblázat
Betűjel J
Összetétel Vas - Konstantán
Hőmérséklet tartomány -200°C ... 490°C 500°C ... 1190°C -260°C ... 290°C
K
Chromega® - Alomega®
300°C ... 840°C 850°C ... 1370°C -40°C ... 540°C
S
Platina-10% Ródium - Platina
550°C ... 1140°C 1150°C ... 1760°C
T
Réz - Konstantán
-260°C ... 390°C
Köszönöm megtisztelő figyelmüket !
