širokopásmové zachycení veškerého teplotního

Měřicí a řídicí technika

Měření teploty


3. přednáška

Měření teploty

Obsah přednášky:  Přehled snímačů teploty  Principy, vlastnosti a použití  dotykových snímačů teploty  bezdotykových snímačů teploty

• Teplota je jednou z nejdůležitějších veličin ovlivňujících téměř všechny stavy a procesy v přírodě. • Při měření teploty se měří obecně jiná veličina A, která je na teplotě závislá podle určitého vztahu A = f (t), který lze číselně vyjádřit. • K měření teploty se využívá celá řada funkčních principů. Ústav fyziky a měřicí techniky

Karel Kadlec

1

Přehled technických teploměrů Skupina

změna tlaku změna tenze par změna objemu délková roztažnost termoelektrický jev změna elektrického odporu

Teplotní rozsah (C) -5 +500 -40 +400 -200 +750 0 +900 -200 +1700 -250 +1000

změna elektrického odporu

-200 +400

změna prahového napětí bod tání změna barvy změna amplitudy či fáze při šíření nebo odrazu světla zachycení veškerého teplotního záření zachycení úzkého svazku teplotního záření srovnání dvou svazků teplotního záření snímání teplotního obrazu tělesa

-200 +400 -200 +1300 +40 +1350

Typ teploměru

plynový tenzní kapalinový kovový termoelektrické odporové kovové Elektrické odporové teploměry polovodičové diodové teploměrná tělíska teploměrné barvy Speciální teploměry optovláknové senzory širokopásmové pyrometry úzkopásmové Bezdotykové pyrometry teploměry poměrové pyrometry termokamera Dilatační teploměry

Princip měření

-80 +400 -40 +6000 -40 +3000 +700 +2000 -40 +20002

Měření teploty

Speciální teploměry Teploměrné barvy • na bázi kapalných krystalů (termochromní kapalné krystaly)  kapalné krystaly cholesterického typu, u nichž dochází k vratným změnám orientace se změnou teploty • na bázi organických molekulárních komplexů  dochází ke změně barvy při tzv. teplotě zvratu • příprava termochromních tiskových barev např. pro etikety (termocitlivá látka je uzavřena do mikrokapsule)

Optovláknové senzory teploty • využívají změnu šíření světla optickým vláknem nebo odrazu světla na konci vlákna v závislosti na změně teploty • pro aplikace, kde tradiční teploměry nelze použít (např. měření teploty v mikrovlnných troubách) 3

3_MRT_2016_Teplota

1

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty

Měření teploty

Speciální teploměry

Ukázky aplikací termochromních barev Samolepicí štítky

• nevratná změna barvy při překročení mezní teploty

• vratná změna barvy při překročení mezní teploty • využití na etiketách některých výrobků (např. lahvové pivo) 4

Aplikace elektrických Měření teploty senzorů teploty

Bezdotykové měření teploty • Teplota se vyhodnocuje z intenzity infračerveného záření vyzařovaného měřeným objektem. • Záření je optickým systémem soustředěno na detektor, jehož elektrický signál je zpracován v elektronických obvodech.

Bezdotykové teploměry (IČ teploměry, pyrometry)  měří teplotu v úzce vymezené oblasti  číslicový výstup na displeji

Termokamery (IČ termokamery, IČT kamery)  snímají rozložení teploty na celém objektu  výstupem je termogram na displeji termokamery

5

Aplikace Bezdotykové elektrických měření senzorů teploty teploty

Spektrum záření • Všechny objekty, jejichž teplota je vyšší než absolutní nula, vyzařují elektromagnetické záření v určité části spektra. • Příčinou je termický pohyb atomárních a subatomárních částic. • Elektromagnetické záření vznikající v důsledku tepelného pohybu částic je někdy označováno jako tepelné záření.

6

3_MRT_2016_Teplota

2

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Teoretický popis dějů při vyzařování Černé těleso • teoretický objekt, • při dané teplotě vyzáří nejvyšší možné množství energie a naopak pohltí veškerou energii, která na něj dopadá. Intenzita vyzařování M (W m-2)

M

dΦ dS

 - zářivý tok (W), S - plocha povrchu zdroje záření (m2)

• Intenzita vyzařování má integrální charakter a skládá se z příspěvků při jednotlivých vlnových délkách. M - spektrální hustota intenzity vyzařování (W m-3)  - vlnová délka (m)



M   M d  0

M vyjadřuje intenzitu vyzářenou v jednotkovém intervalu vlnových délek (podíl intenzity vyzařování v malém intervalu vlnových délek a tohoto intervalu)

7


Teoretický popis dějů při vyzařování Planckův zákon

  c M0,λ  c1 λ exp 2  1 Tλ  

1

5

M0 - spektrální hustota vyzařování černého tělesa

Wienův zákon posuvu

max 

konst T

konst = 2 898 µmK

• celková intenzita vyzařování je vyjádřena plochou pod křivkou pro danou teplotu • intenzita vyzařování výrazně klesá s klesající teplotou

8


Stefanův-Boltzmannův zákon Integrací vztahu podle Planckova zákona přes všechny vlnové délky dostaneme Stefanův-Boltzmannův zákon pro černé těleso

M0 =  T 4

 = 5,67.10-8 [W m-2 K-4]

Reálné těleso • vyzařuje i pohlcuje méně než černé těleso

 

M =  M0

M M0

Spektrální emisivita • poměr intenzity vyzařování objektu k intenzitě vyzařování černého tělesa při dané teplotě a vlnové délce

Selektivní zářiče – tělesa, která mají pro různou vlnovou délku různou emisivitu  Šedá tělesa – tělesa s konstantní emisivitou v širokém rozsahu vlnových délek, – nejvhodnější pro bezdotykové měření teploty

3_MRT_2016_Teplota

3

9

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Vyzařování těles a emisivita Vyzařování a emisivita tří druhů zářičů

Emisivita pro vybrané povrchy (pro  = 7 = 14 µm) Charakteristika Teplota Emisivita povrchu (°C) Černý lak matný 40 - 100 0,96 – 0,98 Lidská pokožka 32 0,96 – 0,98 Voda 20 0,96 Cihla (červená) 20 0,93 Papír (bílý, matný) 20 0,93 Dřevo hoblované 20 0,8 – 0,9 Železo zoxidované 100 0,74 Železo lesklé 150 0,16 Měď leštěná 100 0,03

Při bezdotykovém měření teploty je znalost emisivity povrchu nezbytná.

Emisivita závisí  obecně na vlnové délce a na teplotě,  na materiálu, kvalitě povrchu a úhlu pozorování 10


Stefanův-Boltzmannův zákon pro šedé těleso Stefanův-Boltzmannův zákon pro šedé těleso  emisivita šedého tělesa

M =  T4

• Stefanův-Boltzmannův zákon je důležitý při měření v širokém pásmu vlnových délek

Zářivý tok emitovaný šedým tělesem plochy S bude:

 = S T4

• Při stejných teplotách šedého a černého tělesa je výsledná energie vyzařovaná šedým zářičem menší úměrně k emisivitě šedého tělesa. • • • •

Je-li objekt ve stavu tepelné rovnováhy, neohřívá se ani neochlazuje, energie vyzařovaná se rovná energii pohlcované, emisivita ε se rovná pohltivosti α, podle Kirchhoffova zákona platí pro spektrální veličiny

   ,T      ,T  11


Emisivita, pohltivost, odrazivost, propustnost • ve stavu tepelné rovnováhy emisivita se rovná pohltivosti • černé těleso maximálně vyzařuje i maximálně pohlcuje záření ( =  = 1) • při teplotě tělesa větší než teplota okolí převažuje vyzařování energie nad jejím pohlcováním a obráceně • u šedého tělesa jsou emisivita i pohltivost vždy menší než 1

Existují tři jevy, které se projevují u reálných objektů: • pohltivost (absorbance)   poměr pohlceného a dopadajícího toku záření • odrazivost (reflektance)   poměr odraženého a dopadajícího toku záření • propustnost (transmitance)   poměr prostupujícího a dopadajícího toku záření

3_MRT_2016_Teplota

12

4

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Emisivita, pohltivost, odrazivost, propustnost • součet tří faktorů je vždy roven jedné:

    1

• analogický vztah platí i pro emisivitu:

    1    1

• nepropustné materiály mají propustnost  = 0

   1

• ze známé emisivity lze určit odrazivost nepropustného tělesa:

  1 

• čím větší bude odrazivost, tím menší bude emisivita

• u vysoce lesklých materiálů se emisivita blíží k nule • pro dokonale vyleštěný materiál, tzv. dokonalé zrcadlo platí ρ = 1

13


Přístroje pro bezdotykové měření teploty Blokové schéma IČ teploměru a termokamery

• zaměření a zaostření záření na senzor • optická soustava musí propouštět IČ záření • čočky z germania nebo zrcadlová optika

• využívají se různé senzory  tepelné  kvantové

• řízení procesu měření • výpočet teploty podle signálu detektoru • je nutno zadat potřebné korekční faktory 14


Detektory bezdotykových teploměrů Širokopásmové IČ teploměry a termokamery • Vyhodnocují teplotu v širokém spektru vlnových délek. • K detekci využívají tepelné senzory:  baterie termočlánků (několik desítek měřicích spojů na malé ploše),  bolometry (načerněné tenkovrstvé odporové senzory), měřicí spoje termočlánků  pyroelektrické senzory (založeny na pyroelektrickém jevu srovnávací spoje termočlánků - vyvolání náboje na elektrodách). (průměr senzoru řádově v mm)

Úzkopásmové IČ teploměry a termokamery • Měří teplotu prostřednictvím záření v úzkém pásmu vlnových délek. • Využívají kvantové fotonové senzory  fyzikální jevy vznikající při interakci fotonů dopadajících na strukturu senzoru – fotodioda, fotoodpor, fototranzistor.

3_MRT_2016_Teplota

5

15

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Vyhodnocení výstupního signálu Širokopásmové IČ teploměry a termokamery M    T4 • Teplota se vyhodnocuje podle Stefanova-Boltzmannova zákona pro šedé těleso. • Výstupní signál teploměru je přímo úměrný zářivému toku , který dopadá na detektor 4

U(T )  K1Φ  K1 S   ( T 4  Tok )

K1 je přístrojová konstanta a Tok – teplota okolí detektoru

Úzkopásmové IČ teploměry a termokamery   c MT ,λ  εT ,λ c1 λ 5 exp 2  1 T λ  

• Teplota se vyhodnocuje podle Planckova zákona pro šedé těleso. • Výstupní signál teploměru je dán vztahem:

U (T ,  )  K 2 S M  K 2 T , c1 ef

5

  c2  1) exp( T  ef  

1

1

 ef je efektivní vlnová délka (pásmový pyrometr se posuzuje jako kvazi-monochromatický)

16


Provedení přenosných IČ-teploměrů s digitálním fotoaparátem

s laserovým zaměřováním

FLUKE

digitální foto pro dokumentaci měření

optický systém OMEGA

detektor záření • vstupní okénko IČ-teploměru bývá chráněno tenkou polyetylenovou folií, která propouští IČ-záření • elektronické obvody jsou řízené P • měřicí rozsah -20 °C až 1500 °C

s dvojitou optikou

s UZ měřením vzdálenosti

OPTRIS LS

17


Zaměření měřeného objektu • plocha měřeného objektu musí zcela vyplňovat zorné pole IČ-teploměru • kontrola se provádí pomocí laserového zaměřovače a podle diagramu na přístroji Zorné pole IČ-teploměru: Laserové zaměřování:

bodové

kruhové

Velikost objektu a zorné pole: objekt zorné pole chybně

3_MRT_2016_Teplota

správně

správně

6

chybně 18

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Optický systém bezdotykového teploměru Optický systém bezdotykového teploměru • pracuje obvykle s pevnou ohniskovou vzdáleností (fixfokus), • volbou ohniskové vzdálenosti objektivu se určuje velikost snímané (měřené) plochy, tj. zorné pole přístroje, • k charakterizaci optického rozlišení systému se velmi často používá poměr mezi vzdálenosti měřeného objektu a průměru měřené plochy (D:S).

19


Termokamera • princip měření stejný jako u IČ teploměru • měření rozložení teploty na povrchu těles • snímání teplotních polí • Moderní termokamery používají maticový mikrobolometrický detektor  mikrobolometr – miniaturní odporový teploměr,  uspořádání do matice (FPA – focal plane array),  matice obsahují až 320x240 (76 800) příp. 640x480 elementů (307 200).

20


Termokamera s maticovým detektorem

IČ obraz

• IČ záření přichází současně na všechny elementy detektoru, • na maticovém detektoru se vytváří „IČ obraz“ najednou, • analogie s digitálním fotoaparátem, • optika musí propouštět IČ záření (germaniová optika), • teplota detektoru je stabilizována • výstupem z termokamery je termogram s přiřazenou barevnou stupnicí

3_MRT_2016_Teplota

viditelný obraz

termokamery FLIR

7

21

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Termogram Termogram (infračervený snímek, termovizní snímek) • Vzhledem k tomu, že IČ záření je pro lidské oko neviditelné, provádí se vizualizace (zviditelnění) IČ snímku, • používají se okem viditelné palety barev, které přiřazují barvu různým teplotám, • na termogramu je zobrazena stupnice přiřazení barvy a teploty. Termokamery • radiometrické (počítají teplotu jednotlivých bodů na termogramu) • neradiometrické (pouze zobrazují) stupnice teploty

Ukázka vybraných barevných palet termogramu:

22


Termografické měření • faktory, které mohou ovlivnit výsledek měření a interpretaci termogramů

 - emisivita objektu  - propustnost atmosféry

 - zářivý tok T - teplota obj. - objekt atm. - atmosféra odr. - odražené

Zdánlivá odražená teplota Todr je zdánlivá teplota jiných objektů, jejichž záření se odráží od povrchu měřeného objektu do termografické kamery.

Termokamera (IČ-teploměr) snímá: • záření objektu • odražené záření z okolí na povrch objektu Je třeba dále uvažovat: • zeslabení záření atmosférou • vyzařování atmosféry 23


Kalibrace bezdotykových teploměrů • Pro kalibraci bezdotykových teploměrů se používá zařízení s černým tělesem s definovanou emisivitou.

• Kalibrační černé těleso     

izotermicky vyhřívaná dutina s matným černým povrchem, teplota je udržována na požadované hodnotě vhodným regulátorem, na dno dutiny se zaměřuje IČ teploměr nebo termokamera, emisivita povrchu dna dutiny bývá v rozmezí 0,98 až 0,995, rozsahy teplot u vyráběných zařízení: od -20 °C až přes 1 000 °C. Kalibrace IČ teploměru a termokamery

kalibrační černé těleso

3_MRT_2016_Teplota

8

27

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Použití bezdotykových teploměrů Aplikace: • termografie • termodiagnostika • kontrola procesů • speciální aplikace

Studium povrchové teploty senzorů

Monitorování teploty u výměníků tepla

Termogram pelistoru

t (°C) 400

• měření rozložení teplot na povrchu objektů – na technologickém zařízení – na elektronických obvodech – na povrchu biologických objektů • diagnostická a inspekční měření – prevence vzniku poruchových stavů – diagnostika v lékařství • měření teplot pohybujících se objektů – teplota potravinářských výrobků (pekárny) – teplota rotujících objektů, běžících pásů • měření rychlých změn teploty

Rozložení teploty na povrchu pelistoru

300 200 100 0 0

0,5

1

1,5

2 l (mm)

Termogram CHVS 28


Aplikace termografie Termografie výrobního procesu

Monitorování teploty při pečení masové sekané

Studium dynamiky kondenzátoru brýdových par

• před vstupem do pece • po výstupu z pece • z chladicího tunelu

Termodiagnostika Kontrola elektrických rozvodů

Zjišťování úniku tepla

Kontrola prokrvení rukou

29


Přednosti a nedostatky bezdotykového měření teploty Přednosti: • • • •

zanedbatelný vliv měřicího zařízení na měřený objekt, možnost měření rychlých teplotních změn, možnost měření rotujících a pohybujících se objektů, možnost snímání rozložení teplot na celém povrchu objektu (termokamera).

Omezení: • měří se pouze teplota povrchu objektu, • chyby způsobené nejistotou stanovení emisivity objektu, • chyby způsobené propustností prostředí (absorbce tepelného záření v prostředí mezi objektem a IČ teploměrem - sklo, CO2, vodní pára, dým), • chyby způsobené odraženým zářením z okolního prostředí. 30

3_MRT_2016_Teplota

9

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty Měření teploty

Elektrické teploměry

• Termoelektrické snímače teploty • Odporové snímače teploty Termoelektrické senzory a odporové teplotní senzory  transformují teplotu na elektrický signál (napětí, proud, odpor)  nejčastěji používané typy senzorů  pro provozní měření teploty  pro čidla regulátorů při automatickém řízení teploty  pro moderní přenosné teploměry

31

Elektrické teploměry

Termoelektrické senzory teploty • jsou založeny na Seebeckovu jevu (převod tepelné energie na elektrickou). Termoelektrický článek • dva vodiče z různých kovových materiálů, které jsou na obou koncích spolu vodivě spojeny.

• jestliže teplota tm měřicího spoje bude různá od teploty ts srovnávacího spoje, vzniká termoelektrické napětí E • v zjednodušené formě můžeme závislost termoelektrického napětí na teplotě vyjádřit lineárním vztahem:

E = ABtm + BAts = AB(tm - ts) AB je koeficient závislý na materiálech použitých kovů a platí AB = - BA Uvedený vztah platí jen pro úzké rozmezí teplot. Pro přesné vyjádření platí: n je rovno 2 až 14 podle požadované přesnosti

32

Termoelektrické senzory teploty

Typy termočlánků

termoelektrické napětí (mV)

Materiál na výrobu termočlánků by měl vykazovat: • stabilitu údaje při dlouhodobém provozu • odolnost proti chemickým a mechanickým vlivům • co největší a lineární přírůstek termoelektrického napětí s teplotou Statické charakteristiky termočlánků: Páry materiálů pro 70 vytvoření termočlánků typ E jsou normalizovány. 60 typ K typ J

50 40 30

typ S 20

typ T

10 0 0

typ R typ B

200

400

600

800

1000 1200 1400 1600

teplota (°C)

3_MRT_2016_Teplota

typ E J T K R S B

10

materiál NiCr-CuNi Fe-CuNi Cu-CuNi NiCr-NiAl PtRh13-Pt PtRh10–Pt PtRh30-PtRh6

33

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty Termoelektrické snímače

Konstrukční uspořádání snímače připojovací hlavice se svorkovnicí

Termoelektrický snímač s ochrannou jímkou  snímač pro provozní aplikace

Termoelektrický článek je umístěn v ochranné armatuře  zabraňuje jeho mechanickému poškození  chrání před nepříznivými fyzikálními a chemickými vlivy  zhoršuje však jeho dynamické vlastnosti

keramická izolace termočlánek

ochranná jímka

34

Termoelektrické snímače

Plášťový termočlánek termočlánkové dráty

kovová kapilára

Termočlánkové dráty jsou uloženy v niklové nebo nerezové trubičce vyplněné práškovým MgO nebo Al2O3

 0,5 mm

rukojeť

Přednosti plášťových termočlánků: • snadné tvarové přizpůsobení  možnost měření na těžko přístupných místech

• malá tepelná kapacita • velmi dobrý přestup tepla  příznivé dynamické vlastnosti

termočlánek

keramický prášek

kovová kapilára

36

Termoelektrické snímače

Měřicí obvod termočlánku měřicí spoj

Měření termoelektrického napětí:

tm

 měřicí přístroj se zapojí tak, že se rozpojí srovnávací spoj  měřicí přístroj se zapojí do jedné větve termočlánku

ts

Pro správnou funkci snímače je nutné aby teplota ts srovnávacího spoje byla konstantní, nebo aby vliv termoelektrického napětí tohoto spoje byl kompenzován.

srovnávací spoj

37

3_MRT_2016_Teplota

11

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty Termoelektrické snímače

Potlačení vlivu teploty srovnávacího spoje • umístěním srovnávacího spoje do termostatu – v laboratoři při 0 °C – u provozních aplikací při 50 °C • analogovými kompenzačními obvody (kompenzační krabice) • u číslicových měřicích systémů číslicovou korekcí

Elektronická kompenzace:

Termostat: měřicí spoj

měřicí spoj

ts

tm

ts

tm

elektronické vyhodnocovací obvody

regulace teploty srovnávací spoj v termostatu

měření teploty srovnávacího spoje

topení

teplotní čidlo 38

Odporové senzory teploty

Kovové odporové teploměry • elektrický odpor kovových vodičů vzrůstá s teplotou • pro menší teplotní rozsah (t < 100 C) lze použít lineární vztah:

R = R0 [1 +  (t - t0 )] • kde  je teplotní součinitel odporu, jehož střední hodnota je:



R100  R0 100R0

• dalším základním parametrem odporových snímačů je poměr odporů čidla při teplotě 100 C a při 0 C

W100 

R100 R0

• pro širší teplotní rozmezí použijeme polynom vyššího stupně např.:

R = R0 [1 +  (t - t0 ) +  (t - t0)2]

39

Kovové odporové teploměry

Provedení kovových odporových senzorů • z čistých kovů, jejichž teplotní součinitel je stálý a pokud možno co největší (platina, nikl, měď) • nejčastěji používaným materiálem je platina – je vyráběna ve standardně čistém stavu – je fyzikálně a chemicky stálá

Drátkové měřicí odpory • platinový drát navinutý na izolantu nebo uložený v keramické kapiláře • hodnota odporu při 0 °C je 100  • označení Pt100 • výhody:  časově velmi stálé  velmi dobrá reprodukovatelnost • nevýhody:  poměrně velká hmotnost, velká tepelná kapacita  nepříznivé dynamické vlastnosti

3_MRT_2016_Teplota

40

12

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty Kovové odporové teploměry

Plošné měřicí odpory • měřicí odpory vyráběné tenkovrstvou technologií • platinový odpor se vytvoří fotolitografickou technikou ve formě jednoduchého meandru na ploché korundové destičce • jmenovitý odpor čidla se nastaví pomocí laseru • plošné měřicí odpory se vyrábí se jmenovitou hodnotou 100 , 500 , 1000 , 2000  keramický tmel

přívody

skleněná ochranná vrstva

Pt meandr korundová podložka

• perspektivní senzory vyráběné moderní technologií • vyšší hodnota jmenovitého odporu • příznivé dynamické vlastnosti

42


Polovodičové odporové teploměry • využívá se závislosti odporu polovodičů na teplotě • v praxi se využívá několik typů polovodičových senzorů teploty:

NTC - termistory (negastory) • vyráběny práškovou technologií z oxidů kovů (Fe2O3, TiO2, CuO, MnO, NiO, CoO, BaO aj.)

přívodní drátky

• vylisované senzory (nejčastěji ve tvaru perličky) se zpevňují slinováním za vysoké teploty • vykazují záporný teplotní součinitel odporu • závislost odporu na teplotě je nelineární a odpor s teplotou klesá:

termistor průměr několik desetin mm

R, R0 - odpory termistoru při teplotách T a T0 B - veličina úměrná aktivační energii 43


Polovodičové odporové teploměry

PTC - termistory (pozistory) • vyrábějí se z polykrystalické feroelektrické keramiky např. BaTiO 3 • vykazují kladný teplotní součinitel odporu • v úzkém teplotním rozmezí odpor pozistoru prudce stoupá

R  Rr  e A T

Rr – odpor při referenční teplotě A – materiálová konstanta

• pozistory se obvykle používají jako dvoustavové senzory – signalizace překročení mezní teploty – dvoupolohová regulace

44

3_MRT_2016_Teplota

13

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty Odporové senzory teploty

Porovnání teplotních závislostí odporových senzorů

Polovodičové senzory  vyšší citlivost  příznivější dynamické vlastnosti  menší rozsah měření Kovové senzory  vysoká stabilita  reprodukovatelnost a přesnost  široký rozsah použití (Pt: 200 °C až 850 °C)

45


Měřicí obvody pro odporové senzory teploty • K měření odporu senzoru se nejčastěji využívá zapojení do nevyváženého Wheatstoneova můstku, • mírou měřeného odporu je změna napětí v diagonále můstku.

Dvouvodičové zapojení: • projevuje se vliv teploty na odpor spojovacího vedení měřicí odpor

Třívodičové zapojení: • toto zapojení kompenzuje vliv teploty na odpor spojovacího vedení • Průchodem měřicího proudu odporovým senzorem dochází k ohřevu senzoru Joulovým teplem a k chybě měření vlivem oteplení.

46

Odporové snímače teploty

Konstrukční uspořádání snímačů Uspořádání je podobné jako u termoelektrických snímačů

Sonda k přenosnému přístroji

ochranná jímka

Provozní snímač připojovací hlavice se svorkovnicí

převodník s displejem

drátkový odpor plošný odpor

Bezdrátový snímač

ochranná jímka

Odporový senzor je umístěn v ochranné jímce  zabraňuje mechanickému poškození  chrání před chemickými vlivy  zhoršuje dynamické vlastnosti

3_MRT_2016_Teplota

47

14

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty

Aplikace elektrických senzorů teploty

Teploměr s číslicovým výstupem

• ts se měří polovodičovým senzorem teploty • elektronické obvody zajišťují:  korekci při změnách ts  linearizaci statické charakteristiky teploměru • na vstupu zesilovače může být i jiný snímač (odporový)

48


Měření teploty vícemístným měřicím systémem

Záznamník teploty s tiskárnou

Multiplexer

Mikroprocesor

• mnohapolohový přepínač • zajišťuje sériové zpracování informací z jednotlivých měřicích míst

• zajišťuje zpracování signálu z jednotlivých měřicích míst • zajišťuje kompenzaci teploty srovnávacího spoje

Bezdrátová komunikace se záznamníkem 49


Teploměry s datalogerem Dataloger • zařízení umožňující ukládání naměřených dat do paměti a následné čtení zaznamenaných údajů • elektronický zapisovač naměřených hodnot • možnost přenosu dat do PC

USB dataloger paměť 8 000 měření

Mini dataloger  18 mm Vodotěsný dataloger do tlaku 10 bar  36 mm 15 000 měření

Kompaktní dataloger

Interface:

• • • •

• • • •

teplotní senzor elektronické obvody paměť baterie

3_MRT_2016_Teplota

propojení datalogeru s počítačem programování datalogeru čtení zaznamenaných údajů nabíjení akumulátoru datalogeru 51

15

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty


Instalace snímačů teploty Zabudování teploměru do potrubí

Ukázky zabudování snímačů teploty

• zajištění správného přestupu tepla • dokonalý styk s měřeným prostředím

a) snímač teploty v nevýbušném provedení (teplota etanolu v potrubí v lihovaru) b) snímač teploty v nádobě opatřené tepelnou izolací 51


Indikační a registrační teploměry Elektronické bezpapírové obrazovkové zapisovače

Panelové přístroje ukazovací přístroje

s bargrafem

kompaktní regulátory

50

Měření teploty

Použitá a doporučená literatura Kadlec K.: Měření teploty v knize Kadlec K., Kmínek M., Kadlec P. (edit.): Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách. Key Publishing, Ostrava 2015 Kadlec K.: Teoretické základy bezdotykového měření teploty. Automa (2014), č. 2 Kreidl M.: Měření teploty. BEN Praha 2005 Weimert M.: The Enginee’r’s Guide to Industrial Temperature Measurement. Emerson 2013 Minkina W., Dudzik S.: Infrared Thermography. Wiley 2009 Nawrocki W.: Measurement Systems and Sensors. Artech House, INC. 2005 Bezdotykové měření teploty. Zpravodaj pro měření a regulaci č. 1. www.omegaeng.cz/literature/PDF/techinfo_1.pdf (listopad 2011) Altmann W.: Practical Control for Engineers and Technicans. NewnesElsevier 2005 52

3_MRT_2016_Teplota

16

K. Kadlec, 23.2.2016


Měření teploty Měření teploty

Internetové odkazy • • • • • • • • • • • •

www.ahlborn.cz www.cometsystem.cz www2.emersonprocess.com www.endress.com www.flir.com www.jsp.cz www.jumo.cz www.micro-epsilon.cz www.omegaeng.cz www.testo.cz www.thlsystems.cz www.tmvss.cz

53

3_MRT_2016_Teplota

17

K. Kadlec, 23.2.2016

širokopásmové zachycení veškerého teplotního

Recommend Documents