Měřicí a řídicí technika pro 1. roč. magisterského studia FPBT. zachycení veškerého tepl. záření

Měřicí a řídicí technika pro 1. roč. magisterského studia FPBT

Měření teploty

MĚŘENÍ 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 celé řady funkčních principů

Rozdělení snímačů teploty: • snímače dotykové • snímače bezdotykové

1

Přehled technických teploměrů Skupina teploměrů Speciální teploměry

Dilatační teploměry

Elektrické teploměry

Typ teploměru

Teplotní rozsah o [ C]

Fyzikální princip

teploměrná tělíska teploměrné barvy kapalné krystaly

bod tání změna barvy změna orientace

+100 +20 0

+1 300 +1 000 + 300

plynový tenzní kapalinový kovový

změna tlaku změna tenze par změna objemu délková roztažnost

-5 -40 -200 0

+500 +400 +750 +900

termoelektrické

termoelektrické jev

-200

+1 700

odporové kovové změna elektrického odporu odpor. polovodičové

-250

+1 000

diodové

změna prahového napětí

-200

+400

širokopásmové

zachycení veškerého tepl. záření

-40

+5 000

Bezdotykové monochromatické IČ-teploměry

zachycení úzkého svazku záření

+100

+3 000

poměrové

srovnání dvou svazků teplotního záření o různých vlnových délkách

+700

+2 000

termovize

snímání teplotního obrazu tělesa

-30

+1 200

2

Speciální teploměry • teploměrná tělíska – využívá se keramické hmoty s definovaným bodem měknutí – dochází k deformaci teploměrného tělíska ve tvaru šikmého jehlanu

• 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

Použití speciálních teploměrů: – pro měření povrchové teploty těles – k přípravě termochromních tiskových barev např. pro etikety (termocitlivá látka je uzavřena do polymerní mikrokapsule) – pro jednorázové změření teploty – nejsou vhodné jako čidla regulátorů v řídicích obvodech

3-FPBT09-Teplota.doc

1

3

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Ukázky aplikace termochromních barev samolepicí štítky

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

Teploměry tenzní • využívají závislosti tenze par na teplotě, kterou je možno vyjádřit např. Antoineovou rovnicí: Statická charakteristika:

B log p = A − t +C

p

Provedení tenzního teploměru: spojovací kapilára Tv

vlnovec Δl Δt

jímka částečně naplněná kapalinou

Tk T

Používané náplně: propan (-40 až 90) °C ethylether (35 až 190) °C toluen (120 až 300) °C a další . . .

5

Teploměry kapalinové • měření změn objemu při změně teploty:

Vt = V0 (1 + β.t)

• běžně používané jsou skleněné teploměry, nejčastěji plněné rtutí Provedení kapalinového teploměru pro provozní použití: deformační tlakoměr kompenzační kapilára měřicí nádobka ukazovací ústrojí spojovací kapilára Používané náplně: rtuť (-30 až 500) °C, xylen (-40 až 400) °C, methanol (-40 až 150) °C aj. 3-FPBT09-Teplota.doc

2

6

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Dvojkovové senzory teploty • teploměrným čidlem je bimetal (dvojkov) • bimetalický pásek je zhotovený ze dvojice pevně spojených kovových materiálů s rozdílným teplotním součinitelem roztažnosti Provedení bimetalového teploměru pro spínací účely:

spínací kontakt bimetal (dvojkov)

• pro zvýšení citlivosti bývá bimetalový pásek stočen do spirály nebo šroubovice • bimetalových senzorů se nejčastěji využívá pro dvoupolohovou regulaci teploty

7

Elektrické teploměry • termoelektrické snímače teploty • odporové snímače teploty • 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

8

Termoelektrické senzory teploty • termoelektrické senzory 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 a obvodem prochází proud • v zjednodušené formě můžeme závislost termoelektrického napětí na teplotě vyjádřit lineárním vztahem:

E = αABtm + αBAts = αAB(tm - ts) αAB je koeficient závislý na materiálech použitých kovů a platí αAB = - αBA Uvedený vztah platí jen pro úzké rozmezí teplot. Pro přesnější vyjádření se používá vztahu: n n = 2 až 14 podle E = ai Δt i i =0 požadované přesnosti

∑


3

9

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Typy termočlánků Materiál na výrobu termočlánků by měl vykazovat: • co největší a lineární přírůstek termoelektrického napětí s teplotou • stabilitu údaje při dlouhodobém provozu • odolnost proti chemickým a mechanickým vlivům Statické charakteristiky termočlánků:

Páry materiálů pro vytvoření termočlánků jsou normalizovány. typ E J T K R S B

Konstrukční uspořádání termoelektrických snímačů

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

10

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

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

keramická izolace termočlánek

ochranná jímka

11

termočlánkové dráty kovová kapilára

Φ 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 13


4

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Měřicí obvod termočlánku tm

A

měřicí spoj B • dva spojené kovové vodiče A a B navzájem spolu spojené – měřicí spoj – srovnávací spoj • pro správnou funkci snímače je nutné aby teplota t0 srovnávacího spoje byla konstantní, nebo aby vliv termoelektrického napětí tohoto spoje byl kompenzován

ts srovnávací spoj

Měření termoelektrického napětí: • termočlánky jsou zdrojem napětí řádově jednotek až desítek mV • měřicí přístroj se zapojí tak, že se rozpojí srovnávací spoj • měřicí přístroj se zapojí do jedné větve termočlánku

14

Základní zapojení termočlánku: Přímé měření termoelektrického napětí milivoltmetrem: ts tm Rj měřicí spoj

srovnávací spoj

vyrovnávací (justační) odpor

měřicí přístroj

měděné vodiče

vodiče termočlánku

přesný milivoltmetr

měřicí spoj srovnávací spoj (voda s ledem)

vodiče i spoje jsou izolované od vody

15

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 Termostat: měřicí spoj

tm

Elektronická kompenzace: měřicí spoj

t0

tm

t0 elektronické vyhodnocovací obvody

regulace teploty srovnávací spoj v termostatu

topení


měření teploty srovnávacího spoje 5

teplotní čidlo

16

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Měření teploty termoelektrickým senzorem s použitím dvouvodičového převodníku měřicí přístroj (4 až 20) mA

termočlánek

tm

napájecí napětí

t0

srovnávací spoj na svorkách převodníku

převodník (zesilovač) s unifikovaným proudovým výstupem

napájecí zdroj

• velikost napájecího proudu převodníku je funkcí hodnoty měřené veličiny • při počáteční hodnotě teploty je hodnota výstupního signálu 4 mA • s rostoucí teplotou se zvyšuje velikost proudového výstupu až k maximální hodnotě 20 mA • tohoto zapojení se používá při provozním měření teploty 17

Teploměr s číslicovým výstupem A/D převodník

termočlánek

ZES

srovnávací spoj na svorkách převodníku

A/D

zesilovač analogového signálu

číslicový displej

EO

DISP

číslicové elektronické obvody

• teplota srovnávacího spoje se měří polovodičovým senzorem teploty • číslicový elektronický obvod zajišťuje korekci údaje při změnách teploty srovnávacího spoje • číslicové obvody zajišťují rovněž linearizaci statické charakteristiky teploměru

18

Měření teploty vícemístným měřicím systémem termočlánky

izotermická svorkovnice

měřicí blok s multiplexerem

A/D převodník

polovodičový Multiplexer senzor • mnohapolohový přepínač teploty

• zajišťuje sériové zpracování informací z jednotlivých měřicích míst


měřicí systém řízený mikroprocesorem

Mikroprocesor • zajišťuje zpracování signálu z jednotlivých měřicích míst • zajišťuje kompenzaci 19 teploty srovnávacího spoje

6

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Odporové snímače teploty • kovové odporové teploměry • polovodičové odporové teploměry ukázky provedení průmyslových snímačů teploty

21

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

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

α=

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 + α (t - t0 ) + β (t - t0)2]

22

Provedení kovových odporových senzorů • používají se především čisté kovy, jejichž teplotní součinitel má být stálý a pokud možno co největší (platina, nikl, měď) • nejčastěji používaným materiálem je platina – může být vyrobena ve standardně čistém stavu – je fyzikálně a chemicky stálá

Drátkové měřicí odpory • drátkový měřicí odpor (jmenovitá hodnota odporu při 0 °C je 100 Ω) • skleněná nebo keramická izolace skleněný plášť

přívodní vodiče

platinový drátek

dvojitá • drátkové odpory jsou časově velmi stálé keramická kapilára • umisťují se do ochranné jímky • nevýhodou jsou nepříznivé dynamické vlastnosti (velká tepelná kapacita)23 3-FPBT09-Teplota.doc

7

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Plošné měřicí odpory • měřicí odpory vyráběné tenkovrstvou technologií, při níž se platinový odpor 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 Ω, 500 Ω, 1000 Ω, 2000 Ω keramický tmel

přívody

skleněná ochranná vrstva

Pt meandr korundová podložka

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

24

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

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

R = R0 ⋅ e

⎛1 1 B ⎜⎜ − ⎝ T T0

⎞ ⎟⎟ ⎠

přívodní drátky termistor průměr několik desetin mm

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

PTC - termistory (pozistory) • vyrábějí se z polykrystalické feroelektrické keramiky např. BaTiO3 • vykazují kladný teplotní součinitel odporu • v úzkém teplotním rozmezí odpor pozistoru prudce stoupá

25

Porovnání teplotních závislostí odporových senzorů negastor pozistor

kovový teploměr

• polovodičové senzory vykazují vyšší citlivost než kovové • polovodičové senzory mají příznivější dynamické vlastnosti • kovové senzory vykazují vysokou stabilitu, reprodukovatelnost a přesnost 26


8

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Měřicí obvody pro odporové senzory teploty K měření odporu se nejčastěji využívá zapojení do Wheatstoneova můstku, který může pracovat jako: • vyvážený můstek – metoda nulová • nevyvážený můstek - metoda výchylková • Při provozním měření se využívá metoda výchylková. Výchylka měřicího přístroje zapojeného v diagonále můstku je mírou měřeného odporu. • Podle počtu vodičů spojujících měřicí odpor s přístrojem se setkáváme se zapojením dvouvodičovým, třívodičovým a čtyřvodičovým. • Průchodem měřicího proudu odporovým senzorem teploty dochází k chybě měření vlivem oteplení senzoru. 27

Nevyvážený můstek pro odporové senzory teploty Dvouvodičové zapojení Ustab

Rj

• definovaná hodnota odporu vedení Rv = 20 Ω • vliv teploty na odpor spojovacího vedení

Třívodičové zapojení Ustab

vyrovnávací (justační) odpor

Rj

Rj

měřicí odpor

Rt

Rt

• odporem Rj se nastavuje odpor spojovacího vedení

• zapojení kompenzuje vliv teploty na odpor spojovacího vedení 28

Porovnání elektrických teploměrů Termočlánek

Výhody

aktivní snímač jednoduchý levný odolný široký teplotní rozsah příznivé dynamické vlastnosti

Kovový odporový teploměr

vysoká citlivost vysoká stabilita vysoká přesnost rychlá odezva lepší linearita než dvouvodičové měření u termočlánku vysoká úroveň signálu a jeho necitlivost k rušivým vlivům

potřeba stabiliz. obecně nelineární napájecího zdroje nízká úroveň signálu potřeba kompenzace zahřívání procházejícím proudem srovnávacího spoje Nevýhody horší dynamické vlastnosti


Termistor

nelineární omezený teplotní rozsah křehký potřeba stabiliz. napájecíhoho zdroje zahřívání procházejícím proudem

9

29

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Indikační a registrační teploměry Panelové přístroje

Elektronické bezpapírové zapisovače

ukazovací přístroje

s bargrafem

kompaktní regulátory

30

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

Kompaktní dataloger

Interface:

• • • •

• • • •

teplotní senzor elektronické obvody paměť baterie

propojení datalogeru s počítačem programování datalogeru čtení zaznamenaných údajů 31 nabíjení akumulátoru datalogeru

Aplikace teploměru s datalogerem Záznam teploty • při laboratorních experimentech • při skladování • při transportu • při výrobním procesu • konzervárenství, mrazírny, farmaceutické výroby ap.

dataloger

Software • grafické a tabulkové vyhodnocení


10

32

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Inteligentní převodníky teploty Inteligentní převodník (smart transmitter) : ¾ umožňuje připojení různých čidel pro snímání měřené veličiny (termočlánek, odporový teploměr a j.) ¾ zahrnuje elektronické obvody pro zpracování, analýzu a unifikaci signálu ¾ jedná se o přístroj, jehož funkce je řízena mikroprocesorem ¾ umožňuje konfiguraci výstupního signálu ¾ umožňuje komunikaci s PC ¾ konfigurace a funkce převodníku je programovatelná uživatelem

33

Schéma inteligentního převodníku teploty A/D převodník

kompenzace srovnávacího spoje

senzor různé typy termočlánků, odporových teploměrů, další typy snímačů

mikorpočítač • řízení měření • měřicí rozsah • linearizace • tlumení • korekce • inž. jednotky • diagnostika • komunikace

D/A

(4 až 20) mA

převodník

číslicová komunikace programátorský modul

paměť EPROM • rozsahy měření • konfigurace převodníku • korekční faktory • tabulky hodnot

34

Zabudování a propojení teploměrných snímačů Správné umístění snímače do potrubí

Snímač s připojovací hlavicí převodník do připojovací hlavice

převodník s displejem

převodníky pro montáž na lištu

35


11

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Zabudování dotykových teploměrů •

vhodné umístění teplotních snímačů je jedním ze základních předpokladů správného měření teploty

•

u snímače musí být zajištěn dokonalý styk s prostředím, aby docházelo i k dobrému přestupu tepla

•

ztráty tepla vedením se omezí dostatečným ponorem teploměru

•

měření teploty kapalin v nádobách vyžaduje míchání – zvětšení součinitele přestupu tepla – dosažení homogenního teplotního pole

Volba měřicího místa: – snadná montáž, demontáž a údržba teploměru – umístění čidla do teploměrné jímky, která chrání teploměr proti chemickým a mechanickým vlivům – dochází však ke zhoršení dynamických vlastností 36

BEZDOTYKOVÉ TEPLOMĚRY • měření bezdotykovými teploměry je založeno na vyhodnocování tepelného elektromagnetického záření těles

Spektrum záření:

λ [m]

• vlnové délky IČ-záření leží v rozmezí od 0,7μm do 1000 μm • pro bezdotykové měření teploty jsou využívány pouze vlnové délky od 0,7μm do 20 μm • uvedený rozsah záření pokrývá měření teploty od - 40 °C do 10 000 °C • tento rozsah záření spadá částečně do viditelného spektra (0,4 až 0,78) μm a dále do infračerveného spektra • pro detekci IČ-záření nejsou k disposici vhodné detektory pro vlnové délky 37 nad 20 μm

Vyzařování tělesa – Planckův a Wienův zákon

M0λ - spektrální hustota vyzařování černého tělesa

• intenzita vyzařování klesá výrazně s klesající teplotou 38


12

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Vyzařování tělesa – Stefan-Bolzmannův zákon • Stefan-Boltzmannův zákon udává intenzitu vyzařování dokonale černého tělesa H0 [W m-2] pro danou teplotu v celém rozsahu vlnových délek

H0 = σ T 4

σ = 5,67.10-3 [W m-2 K-4]

• skutečné těleso vyzařuje i pohlcuje méně než dokonale černé těleso • poměr energie vyzařované objektem při dané teplotě k energii vyzařované dokonale černým tělesem při téže teplotě se nazývá emisivita ελ • hodnota emisivity ελ je vždy menší než 1 • Stefan-Boltzmannův zákon je důležitý pro spektrálně neselektivní (úhrnné) pyrometry

H0 = ε σ T 4

39

černé těleso

Vyzařování těles: intenzita vyzařování

šedé těleso selektivní zářiče

vlnová délka

Hodnoty emisivity pro vybrané povrchy: těleso černé těleso černý matový lak voda cihly zoxidovaný ocelový plech zoxidovaný hliník lesklý ocelový plech

emisivita 1 0,99 0,95 0,85 0,75 0,55 0,25

Při aplikaci bezdotykových teploměrů pro měření teploty povrchu těles je znalost hodnoty emisivity nezbytná. 40

Rozdělení bezdotykových teploměrů BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY IČ-TEPLOMĚRY (PYROMETRY) SUBJEKTIVNÍ PYROMETRY

ZOBRAZOVACÍ ZAŘÍZENÍ

OBJEKTIVNÍ IČ-TEPLOMĚRY

MONOCHROMATICKÉ spektrálně selektivní, měří ve velmi úzkém vlnovém pásmu

PÁSMOVÉ měří prostřednictvím záření v úzkém pásmu vlnových délek

CELKOVÉHO ZÁŘENÍ vyhodnocují teplotu v celém spektru vlnových délek


13

41

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

IČ-teploměry (pyrometry) celkového záření • vyhodnocují teplotu podle Stefan-Boltzmannova zákona pro šedé těleso:

H = ε.σ.T4

• pracují teoreticky v celém spektru vlnových délek od λ = 0 do λ = ∞ • v praxi dochází ke spektrálnímu omezení vlivem optiky

Blokové schéma IČ-teploměru:

povrch měřeného objektu

optický systém

detektor záření

• zaostření záření na senzor • soustava čoček či zrcadel

• pro detekci se využívá tepelných senzorů

ε

zadává uživatel

elektronické obvody • přesnost měření pyrometrem závisí do značné míry na přesnosti určení emisivity 42

Detektory tepelného záření • Termočlánkové baterie – baterie termočlánků obsahuje několik desítek měřicích spojů na ploše 4 mm2

• Bolometry – načerněné tenkovrstvé odporové senzory teploty srovnávací bolometr

měřicí bolometr

měřicí spoje termočlánků srovnávací spoje termočlánků skutečná velikost senzoru • citlivá část senzoru je načerněna • senzor se umisťuje často do vakuované baňky

• Pyroelektrické senzory – založeny na pyroelektrickém jevu (vyvolání náboje na elektrodách)

43

Kvantové detektory IČ-záření • využívají fyzikálních jevů vznikajících při interakci fotonů dopadajících na strukturu senzoru ¾ fotodioda - vznik fotoelektrického napětí (proudu) - PN-přechod na Si-diodě ¾ fotoodpor - změna elektrické vodivosti (odporu) - fotoodpory na bázi PbS, InSb, PbSe • měří teplotu prostřednictvím záření v úzkém pásmu vlnových délek • šíře pásma vlnových délek je od 10 nm do jednotek μm • pásmo vlnových délek závisí na použité optice a senzoru záření 44


14

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Provedení přenosných IČ-teploměrů zaměřovací systém s laserem nebo dalekohledem

optický systém detektor záření digitální foto pro dokumentaci měření

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

45

Zaměření měřeného objektu • plocha měřeného objektu musí zcela vyplňovat zorné pole IČ-teploměru • tato plocha roste se čtvercem vzdálenosti • nesplnění tohoto požadavku vede k chybným výsledkům měření (měří se průměrná teplota pozorované oblasti, tj. objektu a jeho okolí) • měření je nezávislé na vzdálenosti přístroje od měřeného objektu, pokud obraz objektu kryje obrys přijímače záření • kontrola se provádí vizuálně okulárem nebo podle diagramu na přístroji či pomocí laserového zaměřovače Zorné pole IČ-teploměru: Laserové zaměřování: bodové

kruhové

Velikost objektu a zorné pole: objekt zorné pole chybně

správně

správně

chybně

46

Kalibrace IČ-teploměrů • kalibrace se provádí pomocí černého tělesa • reálné černé těleso má hodnotu emisivity 0,99 > ε > 0,98 Princip černého tělesa:

Provedení černého tělesa: PID regulátor teploty

• zařízení poskytuje stabilní teploty i pod 0 °C • vybavení rozhraním RS 232 umožňuje počítačové řízení při nastavování teploty (automatické testování) • rozsahy teplot u vyráběných zařízení: od -20 °C až přes 1000 °C 47


15

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

Termovize • pro měření rozložení teploty na povrchu těles - snímání teplotních polí

Termovizní systémy: • s rozkladem obrazu: ¾opticko-mechanicky 9obraz se rozloží do řádek a bodů pomocí kmitajícího zrcadla a rotujícího hranolu 9detekce záření kvantovým detektorem (např. InSb)

¾elektronicky

termokamera

9využívá řádkových pyroelektrických senzorů

• s maticovým detektorem

teplotní obraz izolátorů

• viditelný obraz teplotního pole 9je možno sledovat na displeji či obrazovce

• problematické je zadání emisivity

48

Termokamery s maticovým detektorem • moderní termokamery využívají chlazené i nechlazené maticové mikrobolometrické detektory

termokamera

• odporový meandr na bázi oxidů kovů (např. TiO2) • mikrobolometrické senzory lze uspořádat jako řádkové nebo plošné detektory • matice obsahují 320x240 až 640x480 elementů (307 200) FPA – Focal Plane Array • rozměr matice 49x43 mm

50

Použití bezdotykových teploměrů • měření rozložení teplot – na technologickém zařízení – na elektronických obvodech – na povrchu biologických objektů

• měření teplot pohybujících objektů – potravinářské výrobky (pekárny) – rotující objekty, běžící pásy apod.

• měření rychlých změn teploty – bezdotykové teploměry mají velmi příznivé dynamické vlastnosti T90 leží v rozmezí 100 ms až 1 s

• diagnostická a inspekční měření – prevence vzniku poruchových a havarijních stavů (teplotní změny na elektrických obvodech, na tepelných zařízeních ap.) – diagnostika v lékařství (teplotní pole na povrchu těla) 52


16

K. Kadlec, 21.2.2009


Měření teploty

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

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

Nevýhody: • chyba způsobená nejistotou stanovení emisivity měřeného objektu • chyba způsobená prostupností prostředí (absorbce tepelného záření v prostředí mezi měřeným objektem a pyrometrem - sklo, CO2, vodní páry, dým) • chyba způsobená odraženým zářením z okolního prostředí 53

Odkazy na literaturu • • • •

Kreidl M.: Měření teploty. BEN Praha 2005 Lysenko V.: Detektory pro bezdotykové měření teplot. BEN Praha 2005 Bentley J. P.: Measurement Systems. Pearson Education Limited 2005 Dyer S. A.: Survey of Instrumentation and Measurement. WileyInterscience 2001 • Altmann W.: Practical Control for Engineers and Technicans. NewnesElsevier 2005

Internetové odkazy: • • • • • •

www.cometsystem.cz www.tmvss.cz www.endress.com www.omegaeng.cz www.jumo.cz www.testo.cz 54


17

K. Kadlec, 21.2.2009

Měřicí a řídicí technika pro 1. roč. magisterského studia FPBT. zachycení veškerého tepl. záření

Recommend Documents