Hımérsékletmérés
HİMÉRSÉKLETMÉRÉS Elsıdleges 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-hımérık PtRh – Pt termoelemek
HİMÉRİK I. Kontakthımérık / 0-1600 °C / A
Mechanikus
B
Villamos
C
Egyéb:
Folyékony kristályok Termokréta Zégergúla
II. Sugárzásmérık - pirométer - termovízió
Mechanikai kontakthımérık • • • • • •
Bothımérık Bimetall-hımérık Folyadék-üveg hımérık Folyadék-rugós hımérık Gıznyomás-rugós hımérık Gázhımérık
Tágulási hımérı 1- sárgaréz 2 - invar
Kettısfém hımérı
Folyadéktöltésü üveghımérık Higanyos hımérık -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
Ellenálláshımérık
Hımérsékletfüggı ellenállások Hımérséklet
Ellenállás
változás
változás
Követelmények: 1. Hımérsékleti tényezı nagy legyen 2. Fajlagos ellenállása nagy legyen 3. Lehetıleg lineáris statikus karakterisztika 4. A jellemzık legyenek stabilak LEHETNEK
A
fémes vezetık
B
félvezetık
FÉM ELLENÁLLÁSHİMÉRİK αT + βT2 +… ] R(T)=R0 [ 1+α R0 , α , β , … 0 °C – hoz tartozó értékek Rendszerint elegendı a lineáris közelítés : R(T)=R0 [ 1+α αT ] Lineáris közelítés esetén : É = R0 α Néhány anyag lineáris hımérsékleti 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-hımérı: 1. Mérési tartomány: - 190…+ 630 °C 2. Ellenállásváltozás 100 °C-ra: 40 % 3. Ellenállás 0 °C-on: 100 Ω Platina ellenállás-hımérı ELİNYEI: 1. Nagy vegyi ellenálló képesség 2. Magas olvadáspont 3. Lineáris statikus karakterisztika /ipari igények / 4. Reprodukálhatóan gyártható
Platina ellenállás-hımérı HÁTRÁNYA: Alapanyaga drága
Nikkel-ellenálláshımérı: 1. Mérési tartomány: - 100…+ 300 °C 2. Ellenállásváltozás 100 °C-ra: 60 % 3. Ellenállás 0 °C-on: 100 Ω Nikkel ellenállás-hımérı ELİNYEI: 1. Hımérsékleti együtthatója nagyobb 1. Az alapanyag olcsóbb
Nikkel ellenállás-hımérı HÁTRÁNYAI: 1. Karakterisztikája nemlineáris 2. Gyártása nem jól reprodukálható
RÉZ-ellenálláshımérı: 1. Mérési tartomány: 0…+ 150 °C 2. Ellenállásváltozás 100 °C-ra: 40 % 3. Ellenállás 0 °C-on: 10 Ω RÉZ ellenállás-hımérı ELİNYEI: 1. Karakterisztikája lineáris 2. Olcsó 1. Gyártása reprodukálható
RÉZ ellenállás-hımérı HÁTRÁNYAI: 1. Oxidálódik 2. Fajlagos ellenállása kicsi
A fém ellenállás-hımérık közös jellemzı adatai: 1. Pontatlanság Ipari méréseknél 0.5-1% Precíziós méréseknél 0,05% 2. Idıállandók
0,05 s … néhány perc
3. Maximális mérıáram 10mA Tényleges hımérséklet:
T = T1 + (T2 − T1) ⋅ Kialakítás!!!!!!!!!!!!
2
I1 2 I1
− I2
2
FÉLVEZETİ ELLENÁLLÁSHİMÉRİK Közelítı összefüggés:
R = a ⋅ eb/ T ahol R a félvezetı ellenállása a az un. anyagállandó b az un. energiaállandó T az abszolút hımérséklet R NTK
a T A statikus karakterisztika jellegzetességei: 1. Nemlineáris 2. Az érzékenység negatív / NTK /
A félvezetı ellenállás-hımérık anyagai: 1. Nehézfémek oxidjai 2. Germánium és szilícium 3. III és V vegyértékő elemek ötvözetei Legelterjedtebbek a TERMISZTOROK ( Nehézfémek oxidjaiból készülnek ) A termisztorok jellemzı 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 hımérsékleti együttható ( α ) 25 ºC-on –0,04 … -0,15/ºC Maximális teljesítmény néhány tíz µW – néhány W Idıállandó: 10-2s – néhány perc Mérési tartomány: -200 ºC …+ 200 ºC
Az ellenállás mérésének módszerei • • • • • • • •
Volt-ampermérıs módszer Feszültség összehasonlítás Wheatstone-híd Háromvezetékes Wheatstone-híd Ellenállásmérés ohmmérıvel Hányadosmérı mőszer Digitális ohmmérı Négyvezetékes ellenállásmérés
Volt-ampermérıs módszer
Feszültség összehasonlítás
Wheatstone-híd
Háromvezetékes Wheatstone-híd
Ellenállásmérés ohmmérıvel
Hányadosmérı mőszer
I1 α = kf I2
Rt + R2 = kf Rn + R1
Digitális ohmmérı
Négyvezetékes ellenállásmérés
TERMOELEM-HİMÉRİK Termoelemek Hıelemek
Alapfogalmak, meghatározások
hidegpont
melegpont
A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hımérséklet különbségétıl függ. A vezeték mentén kialakuló hımérsékleteloszlástól független.
A termofeszültség hımérséklet függése U AB (t ,0) = α t +
β 2
⋅t + 2
γ 3
É = α + β ⋅t + γ ⋅t
2
⋅t
3
Termopotenciális sor Megnevezés
Jel. ill. összetétel
Alumínium
Al
Alumel
95% Ni+5%(Al, Si, Mg)
Termoelektro-mos feszültség [mV]
Alkalmazási hımérsékletek [°C] tartós rövid
+0,40
Olvadás-pont [°C] 658
-1,02…-1,38
1000
1250
1450
1200
1800
2350
Iridium
Ir
+0,65
Kadmium
Cd
+0,90
321
Kobalt
Co
-1,68…-1,76
1490
Konstantán
60%Cu+40%Ni
-3,5
600
800
1250
Kopel
56%Cu+44%Ni
-4,0
600
800
1250
Kromel
90%Ni+10%Cr
-2,71…-3,13
1000
1250
1450
84%Cu+13%Mn+2%Ni+1%Fe
+0,8
Nikkel
Ni
-1,50…-1,54
800
1100
1452
Nikróm
80%Ni+20%Cr
+1,5…+2,5
1000
1100
1500
Platina
Pt
0,000
1300
1600
1770
Manganin
910
A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények
• A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hımérséklet különbségétıl függ. A vezeték mentén kialakuló hımérséklet-eloszlástól független.
A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények
• Termikus rövidzár: ha az inhomogén
szakasz kezdete és vége azonos hımérsékleten van, járulékos termofeszültség nem keletkezik.
TIPUS
TERMOELEM
ALKALMAZÁSI TARTOMÁNY °C
T
Cu-Ko♦
-200...600
TERMOFESZÜLTSÉG ∆T=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 (hıelemes) mérıkör elemei:
1. Termoelem huzalpár
5. Hidegpont
2. Érzékelési pont
6. Mérıvezeték
3. Csatlakozási hely
7. Kiegészítı ellenállás
4. Kompenzáló vezeték
8. Jelfeldolgozó egység
A termoelemek alkalmazásának méréstechnikai problémái • A hidegpont hımérsékletének változása • A kompenzáló vezeték olyan ötvözött anyagpár, melynek termoelektromos tulajdonságai 0-200 °C között megegyeznek a termoelemével.
A termofeszültség mérési módszerei • Feszültségmérés állandó mágneses mőszerrel • Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral • Digitális feszültségmérık
Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral
Lindeck-Rothe kompenzátor
Digitális feszültségmérı
A termoelemes (hıelemes) mérıkör elemei
5.Hidegpont 1.Hıelem-huzalpár (pozitív és negatív szál)
6.Mérıvezeték
2.Érzékelési pont
7.Vezetékkiegészítı ellenállás
3. Csatlakozási hely
8.Jelfeldolgozó egység (mérı-, regisztráló-, szabályozómőszer, távadó stb.)
4.Kompenzációs vezeték (pozitív és negatív szál)
A feladatra legmegfelelıbb termoelem kiválasztásának szempontjai • A hımérséklet tartomány • A termoelem kémiai ellenállósága, ill. a szükséges védıburkolat alkalmazhatósága • Kopás és rázkódás védelem • A beilleszthetıség feltételei (a beépítendı termoelemnek meg kell felelnie a már meglévı berendezéseknek. A rendelkezésre álló furatok átmérıjét elıbb meg kell határozni).
Szempontok a termoelemkialakítás kiválasztásához
Földelt
Földeletlen
Szabadon álló
Termoelem referencia táblázat
Betőjel J
Összetétel Vas - Konstantán
Hımérséklet 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
Termográfia • Érintkezés-nélkül Hımérséklet Mérés • Infrahımérı
Elektromágneses spektrum
Infravörös tartomány tagolása • 0,8 … 2 µm ultrarövidhullámú hısugárzás • 2 … 6 µm
rövidhullámú hısugárzás
• 6 … 20 µm
hosszúhullámú hısugárzás
Fizikai alapelvek • A PLANCK féle sugárzási törvény • A STEFAN-BOLTZMANN törvény • A WIEN féle eltolódási törvény
A PLANCK féle sugárzási törvény
A STEFAN-BOLTZMANN törvény
A WIEN féle eltolódási törvény
Feketetest •Tökéletes kibocsátó (emitter)
•Tökéletes elnyelı (absorber)
•Kalibráló minden infravörös hımérıhöz
Tipikus feketetest üregek
Feketetest sugárzási karakterisztikák
Feketeségi fok (Emissivity)
E = λ
Valódi test sugárzása egy hullámhosszon λ Fekete test sugárzása egy hullámhosszon λ
(Mindegyik ugyanazon a hımérsékleten)
Feketeségi fok (Emissivity)
Másik út a Feketeségi fok (Emissivity) megértéséhez A feketeségi fok megmutatja, hogy a valóságos test kibocsátása hány százalék a feketetesthez viszonyítva. Például E=0.8; azt jelenti, hogy a sugárzás 80%-a a feketetestének.
Szürketest karakterisztikák
Infravörös méréselrendezés
Feketeségi fok (Emissivity)
R+A+T = 1 A≡E
A levegı spektrális átviteli tényezıje
Wavelength (Microns)
PIROMÉTEREK
Thermal Detectors
Pyrometer Basics
Pyrometer Basics
Pyrometer Basics
Maintenance
Lens & Window Lens cavity Sensor Head
1.
Keep the head cool 0 – 50°C
2.
Clean the lens with a soft cloth and Isopropyl Alcohol
3.
Calibrate once a year with a Blackbody
Instrument Characteristics vs Wavelength
Wavelengths
Temp Range
Detector
Lens
Primary application
0.65 Microns
1400-6500°F 700-3500°C
Silicon
Crown Glass
Molten Steel / Molten Glass
0.7-1.00 Microns
1000-5000°F 550-3000°C
Silicon
Crown Glass
Iron, Steel, Foundries, Forging, Annealing, and Semiconductor
0.91-0.97 Microns
400-2000°C
Silicon
Crown Glass
Specifically designed for Gallium Arsenide temp in MBE/MOCVD
0.7-1.08 1.08 2/color
1300-6500°F 700-3500°C
Silicon
Special Lens
1.5-1.6, 1.65-1.71 Low Temp 2/color
500-1800°F 250-1000°C
InGaAs
Special Lens
Difficult High Temp Applications with small targets, dusty or smoky atmospheres Good For Kilns, Vac. Furnaces
1.64 Microns
500-2500°F 250-1400°C
Germanium InGaAs
Crown Glass
Best Choice for non-ferrous Metals
Measurement Options
Wavelength (microns)
Measurement Options
0.65 Microns 1400-6500°F (700-3500°C) Silicon Detector Crown Glass Lens Molten Steel and Glass
Wavelength (microns) Ircon Product? Ultimax UX-10P
Measurement Options 8 - 14 Microns Pyroelectric Detector 0-1000°F (0-500°C) Zinc Sulfide Lens Thermopile Detector -50 to 1000°F (-50 to 500°C) Germanium Lens General Purpose, Low Temps
Wavelength (microns)
Termovízió Hıkamerák
Spot Instruments
Line Scanners
DigiCam Detector Line Array (Thermopile) 120 Pixels Uncooled 1.5 Seconds for Image 8 – 12 µ NETD = 0.35°C @ 30°C
DigiCam IR Model Numbers 100P 100PHT
0 - 350°C 0 - 600°C
Köszönöm megtisztelı figyelmüket !
