PRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí

1

SENZORY TEPLOTY TEPLOTA je jednou z nejdůležitějších veličin ovlivňujících téměř všechny stavy a procesy v přírodě Ke stanovení teploty se využívá závislosti určitých fyzikálních veličin na teplotě (A = f(t))→ teplotu měříme pouze nepřímo. PRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí. Poznámka : Mezinárodní teplotní stupnice ITS 90 (The International Temperature Scale of 1990) stanovuje 17 přesně definovaných bodů. Základní jednotkou termodynamické teploty je stupeň Kelvina (K), který je definován zvolením termodynamické teploty trojného bodu vody na pevně stanovenou hodnotu T = 273,16 K. Současně definuje i teplotu (t) ve stupních Celsia (°C) jako t = T – T0 = T – 273,16.

PAMATUJ ! Pro praxi je důležité:  správné rozhodnutí o výběru teploměru  vhodné zabudování teploměrného senzoru → odstranění nebo potlačení rušivých vlivů na údaj snímače

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ TEPLOTY

SENZORY TEPLOTY (podle styku s měřeným prostředím)

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

DOTYKOVÉ

BEZDOTYKOVÉ

1 / 9

AKTIVNÍ (generátorového typu)

SENZORY TEPLOTY (podle způsobu měření teploty - teplota měřena nepřímo transformací na jinou fyzikální veličinu)

TERMOELEKTRICKÉ ČLÁNKY PASIVNÍ

ODPOROVÉ TERMOELEKTRICKÉ POLOVODIČOVÉ MONOKRYSTALICKÉ

SENZORY TEPLOTY

TERMISTORY DILATAČNÍ

(podle fyzikálního principu)

OPTICKÉ RADIAČNÍ CHEMICKÉ MAGNETICKÉ

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

2 / 9

2

DOTYKOVÉ SENZORY TEPLOTY

2.1.1

ODPOROVÉ SENZORY Senzory s odporovým čidlem patří mezi nejrozšířenější prostředky pro měření teploty. VÝHODY: stabilita, přesnost, tvar signálu. ROZDĚLENÍ ODPOROVÝCH ČIDEL TEPLOTY

KOVOVÁ

ODPOROVÁ ČIDLA (podle druhu odporového materiálu)

(platina, měď, nikl)

POLOVODIČOVÁ MONOKRYSTALICKÁ

KŘEMÍKOVÉ TERMISTORY

PRINCIP ČIPRINCIP ČINNOSTI  Odporové čidlo využívá závislost odporu materiálu na teplotě.  Elektrickým signálem odporového čidla je úbytek napětí, který vznikne na teplotně závislém odporu čidla průchodem měřicího proudu.  Nejčastěji se k jejich výrobě používají čisté kovové materiály (platina, nikl, měď) s kladným teplotním součinitelem odporu KONSTRUKCE ODPOROVÉHO ČIDLA Drátková  čidlo senzoru tvořeno spirálovitě stočeným tenkým platinovým drátkem (průměr 0,05 mm), který je zataven do keramického nebo skleněného tělíska  v jiném uspořádání je drátek navinut na slídové či pertinaxové podložce  jmenovitá hodnota odporu při 0 °C činí 100  VÝHODY: časově velmi stálé NEVÝHODY: nepříznivé dynamické vlastnosti (velká tepelná kapacita)

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

3 / 9

Vrstvová  Na povrch nosné keramické je nanesena (sítotiskem, napařováním, naprašováním přes masku ve vakuu) vrstva odporového materiálu destičky.  Nastavení základního odporu se provádí vypalováním odporové dráhy laserem.

Ochrana drátového spoje skleněným povlakem Připojovací dráty Připojovací podložky Ochranná skleněná vrstva Tenká vrstva platiny Keramika

Odporové čidlo platinové

Polovodičová  Nejrozšířenějším polovodičovým čidlem jsou TERMISTORY.

TERMISTORY NTC (Negative Temperature Coeffitient)

Charakteristika:

 odpor termistoru klesá se stoupající teplotou součinitel odporu)

 Rozsah teplot pro použití cca -50°C až +300°C,  Zatížitelnost 0,2 až 5 W,

Tvary a schematická značka termistorů NTC a) diskový tvar b) šroubující tvar c) Schématická značka

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

4 / 9

(negativní

Konstrukce:  Diskový tvar – hodnota označena pomocí barevného značení, např. kroužky  Šroubovací – hodnota odporu natištěna  Hodnoty odporu uvedeny pro teplotu +25°C Použití:  např. kontrola teploty vody v pračce

TERMISTORY PTC (Positive Temperature Coefficient)

Charakteristrika:

 odpor rezistoru PTC vzrůstá se stoupající teplotou (kladný součinitel odporu)

 rozsah teplot pro požití +30°C až +220°C,

Tvar a schematická značka termistoru PTC Konstrukce:  vetšinou provedení s vývody k pájení Použití:  k omezení proudu – ochrana spotřebiče před přetížením. Princip funkce:  proud IL stoupá nad mezní hodnotu → značné zahřátí termistoru PTC  hodnota odporu termistoru stoupá → dochází k omezení proudu ← spotřebič R1 chráněn před přetížením.

Termistor PTC omezující proud

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

5 / 9

2.1.2

TERMOELEKTRICKÉ SENZORY Termoelektrické senzory jsou založeny na Seebeckovu jevu - převod tepelné energie na elektrickou. PRINCIP ČINNOSTI  Funkce termoelektrického čidla (termočlánku) je založena na vzniku termoelektrického napětí ve styku dvou různých kovů, resp. polovodičů, jejichž konce jsou umístěny v prostředích s různými teplotami kovů.

KONSTRUKCE  Čidla senzoru jsou vložena do pouzdra a jejich provedení závisí na typu měření: Neizolovaný, otevřený spoj

pro měření teploty statického nebo proudícího plynu → je vyžadovaná rychlá odezva

Izolovaný spoj

pro měření teploty v korozivním prostředí s požadavkem na elektrickou izolaci a odstínění od kovového pouzdra.

Zemněný spoj

pro měření teploty statického nebo proudícího plynu nebo kapaliny a pro aplikace při vysokém tlaku, kontakt je svařen s ochranným pouzdrem.

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

6 / 9

PŘEHLED TECHNICKÝCH TEPLOMĚRŮ Skupina teploměrů

Typ teploměrů

Dilatační teploměry

Elektrické teploměry

Teplotní rozsah

Fyzikální princip

[°C]

Plynový

změna tlaku

-5

+500

Tenzní

změna tenze par

-40

+400

kapalinový

změna objemu

-200

+750

kovový

délková roztažnost

0

+900

Termoelektrické

termoelektrické jev

200

+1 700

změna elektrického odporu

-250

+1 000

diodové

změna prahového napětí

-200

+400

teploměrná těliska

bod táni

+100

+1 300

teploměrné barvy

změna barvy

+20

+1 000

kapalné krystaly

změna orientace

odporové kovové odporové polovodičové

Speciální teploměry

Bezdotykové teploměry širokopásmové pyrometry

0

zachyceni veškerého teplotního zá- - 40 řeni

monochromatické pyrometry zachyceni úzkého svazku záření

+300 +5 000

+100

+3 000

poměrové pyrometry

srovnáni dvou svazků teplotního zá- +700 řeni o různých vlnových délkách

+2 000

termovize

snímání teplotního obrazu tělesa

+1 200

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

-30

7 / 9

3

BEZDOTYKOVÉ SENZORY (PYROMETRY) PRINCIP ČINNOSTI  Bezdotykové senzory teploty měří povrchovou teplotu tělesa na základě vysílaného elektromagnetického záření tělesem.  Přijímací detektor (čidlo) přijímá záření ve vlnové délce od 0,4 µm do 25 µm. Jedná so o rozsah teplot od -40°C do +10 000°C. Podle použitého principu interakce fotonů senzory dělíme na: TERMOELEKTRICKÉ

TEPELNÉ

BEZDOTYKOVÉ SENZORY

BOLOMETRICKÉ

PYROELEKTRICKÉ

(podle použitého principu interakce fotonů)

PIN DIODY

KVANTOVÉ QWIP DETEKTORY

Pro bezdotykové senzory teploty se používá název PYROMETRY → rozdělují se na:

ÚHRNNÉ

MONOCHROMATICKÉ

měří celý rozsah tepelného záření

spektrálně selektivní pyrometr

PYROMETRY POMĚROVÉ

poměr dvou září při dvou vlnových délkách

S OPTICKÝMI VLÁKNY v infračervené oblasti

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

8 / 9

Dalším typem bezdotykového senzoru teploty je termovizní systém, který rozdělujeme na:

TERMOVIZNÍ SYSTÉMY

4

S OPTICKOMECHANICKÝM ROZKLADEM

S MATICOVÝM DETEKTOREM

INDIKÁTORY TEPLOTY Jsou to prvky, které slouží k přibližnému stanovení teploty těles. Indikátor změní svůj vzhled, barvu nebo tvar na základě změny kritické teploty. Indikátory rozlišujeme:  vratné po zchladnutí mají původní barvu  nevratné POUŽITÍ Keramické žároměrky Teploměrové kapaliny

PRI-Mn-S-12_senzory_teploty

indikátor ve tvaru trojbokého jehlanu, tyčinky nebo kroužku, určeny pro vysoké teploty. nevratné indikátory, nanáší se štětcem (vytvoří se značka), určeny ke kontrole teploty u elektronických součástek → po dosažení kritické teploty se značka rozteče.

9 / 9