Teorie měření a regulace

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Teorie měření a regulace měření teploty - 2

17.SP-t.2. ZS – 2015/2016

© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Další pokračování o

měření teploty a tepla …………

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota

Termistory (krystalické) V posledních cca 20 letech se jako čidlo velmi často používá polovodič (polykrystal, nebo čistý krystal Si nebo Ge), který má výhodu v tom, že součástí měrného čipu může být zároveň obvod první úpravy signálu. Základní rozdělení tohoto druhu snímačů: polykrystalické – termistory monokrystalické – klasický polovodič s p-n nebo n-p přechodem.

© VR - ZS 2015/2016



Termistory

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Termistory (krystalické) Dělí se na: negastory (zkratka NTC), se zápornou závislostí odporu na teplotě pozistory (PTC), s kladnou závislostí odporu na teplotě Teplotní součinitel odporu termistorů je pětkrát až padesátkrát větší než u kovových odporových snímačů. - R0 od 10–1 do 106 Ω. Používají se především k měření nízkých a středních teplot - +4,2 až 600 K (–269,8 až +327 °C), horní hranice je zatím 1 000 °C. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termistory NTC (negastory) Tento typ snímače využívá fyzikální závislost materiálu, z něhož je vyroben, kdy odpor v závislosti na teplotě klesá. Mají záporný teplotní koeficient – pro nižší teploty strmější. Průběh statické charakteristiky je vždy nelineárním průběhem funkce odporu na teplotě. Jeho čidlo je podle typu a způsobu zapojení vstupního obvodu navazujícího přístroje, víceméně ovlivňováno proudem jím procházejícím. Materiály na bázi kysličníků: Fe2O3, TiO2, CuO, MnO, NiO, CoO a BaO. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termistory NTC (negastory) NTC termistory se běžně používají pro měření teplot v teplotním rozsahu -50 až 150 °C. Kromě přímého měření teploty mohou být termistory použity i pro měření jiných fyzikálních veličin např.: měření rychlosti průtoku kapalin a plynů potrubím teplotní kompenzace součástek v elektronických obvodech termostat požární hlásič.

© VR - ZS 2015/2016



Termistory NTC (negistory)

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Termistory PTC (posistory) Má opačnou vlastnost – odpor v závislosti na teplotě stoupá. Obvykle pro vyšší teploty strměji (pro nízké teploty někdy i trochu klesá – je silně nelineární) - mají kladný teplotní koeficient. Stejně tak má nelineární statickou charakteristiku průběhu funkce odporu na teplotě. I jeho čidlo je, podle typu a způsobu zapojení, ovlivňováno proudem jím procházejícím. Obvyklým konstrukčním materiálem je polykrystalický kysličník BaTiO2.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Tlustovrstvé termistory Jsou to velice levné a spolehlivé prvky pro dotyková měření teplot v průmyslu (v technologiích, v automobilech, v telekomunikacích aj.), ale i v lékařských aplikacích (!) Mají dostatečnou celkovou robustnost, malé rozměry, vysokou, mechanickou, chemickou odolnost a tepelnou přetížitelnost. Nevynikají vysokou přesností, ale pro běžné (nelaboratorní) aplikace je dostačující (1 % běžně). Jsou velmi rychlé – dotyk je celou plochou čidla a miniaturní konstrukce zpožďuje přenos tepla jen minimálně. © VR - ZS 2009/2010


T- MaR

(3.13)


Termistory PTC (posistory) Teplotní závislost odporu termistoru a termodynamická teplota termistoru T je dána vztahem BT BT 1 T   R  Ae T   R  BT  1  R  1   ln   ln    R25  T25  BT  R25  T25 kde R je odpor termistoru A je konstanta závislá na geometrickém tvaru termistoru a materiálu nebo je to odpor při referenční teplotě BT je materiálová konstanta, která závisí na teplotě T T je termodynamická teplota termistoru. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Tlustovrstvé odporové teploměry (RTD) Jsou charakterizovány rozměrově „tenkou dlouhou“ a různě tvarovanou linkou ze speciální pasty. Existují provedení NTC i PTC. Běžnější jsou NTC s teplotním součinitelem α = -3(7) * 10-3 K-1. Mají velmi dobrou linearitou.

© VR - ZS 2009/2010


T- MaR


Monokrastalické polovodičové termistory Pro měření teplot v rozsahu –160 až +150 °C a čidla z arzenidu galia pro rozsah –270 až +270 °C, u SiC do +450 °C. Vyrábějí se z germania (Ge), křemíku (Si) a arzenidu galia (GaAs). S přechodem PN (diody, tranzistory) se používají v rozmezí teplot 1 až 400 K - výhodou polovodičové diody (tranzistoru v diodovém zapojení) je lineární závislost výstupního napětí přechodu na teplotě - v pásmu 1 až 30 K je citlivost čidla –55 mV/K, mezi 30 až 400 K je –2,75 mV/K - křemíková čidla se vyznačují malým šumem, jsou ale citlivější na vnější magnetické pole. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Tlustovrstvé termistory Jsou to velice levné a spolehlivé prvky pro dotyková měření teplot v průmyslu (v technologiích, v automobilech, v telekomunikacích aj.), ale i v lékařských aplikacích (!) Mají dostatečnou celkovou robustnost, malé rozměry, vysokou, mechanickou, chemickou odolnost a tepelnou přetížitelnost. Nevynikají vysokou přesností, ale pro běžné (nelaboratorní) aplikace je dostačující (1 % běžně). Jsou velmi rychlé – dotyk je celou plochou čidla a miniaturní konstrukce zpožďuje přenos tepla jen minimálně. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Tlustovrstvé odporové teploměry (RTD) Jsou charakterizovány rozměrově „tenkou dlouhou“ a různě tvarovanou linkou ze speciální pasty. Existují provedení NTC i PTC. Běžnější jsou NTC s teplotním součinitelem α = -3(7) * 10-3 K-1. Mají velmi dobrou linearitou.

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR



Odpor R [Ω]

Srovnání teplotní závislosti termistoru, Pt čidla a Ni čidla 5000 NTC termistor 20 Ω 4500 Pt1000 4000 Ni1000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 260 290 320 350 380 410 440 470 500 Teplota T [K] © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termoelektrické snímače V 18. stol. A. Volta objevil, že při dotyku dvou různých kovů mezi nimi vzniká kontaktní napětí, přičemž zjistil, že jeho velikost závisí na druhu kovů a také na teplotě - přesněji Seebeckův jev 1821. Termoelektrické snímače pracují na principu vzniku termoelektrického napětí v místě (bodě) spojení (svaru) dvou vhodných materiálů – obvykle kovů – s rozdílným termoelektrickým potenciálem. Spojení je perličkový svár zaručujícího minimální fyzické rozměry takto vzniklého čidla - při dotykovém měření vyšších teplot představují v podstatě jediné řešení použitelné v praxi. Vlastnostmi kovů je dán pracovní rozsah teplot. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termoelektrické snímače Materiál na výrobu termočlánků by měl vykazovat: • co největší přírůstek termoelektrického napětí s teplotou • maximálně (přirozeně) lineární přírůstek termoelektrického napětí s teplotou • stabilitu údaje při dlouhodobém provozu • stabilitu pro opakovatelnost měření • odolnost proti chemickým a mechanickým vlivům. Páry materiálů pro vytvoření termočlánků jsou normalizovány. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termoelektrické snímače Na styku dvou různých kovů s různou výstupní prací vzniká rozdíl potenciálů E úměrný teplotě tohoto místa a použitým materiálům. Při uzavření obvodu bude výstupní termoelektrické napětí U úměrné rozdílu teploty obou míst E º U = f[α (ϑ1 – ϑ2)] kde ϑ1 … je teplota měřicího spoje, ϑ2 … teplota srovnávacího spoje (vztažná teplota, ČSN IEC 584), α Seebeckův koeficient použitých materiálů. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termoelektrické snímače Jestliže teplota měřicího spoje bude různá od teploty t0 srovnávacího spoje, vzniká termoelektrické napětí a obvodem prochází elektrický proud. Dále uvedený první vztah platí jen pro úzké rozmezí teplot.

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota Ve zjednodušené formě můžeme závislost termoelektrického napětí na teplotě vyjádřit lineárním vztahem:

E = αAB * tm + αBA * t0 = αAB * ( tm - t0 ) αAB je koeficient závislý na materiálech použitých kovů a platí: αAB = - αBA. Pro přesnější vyjádření se používá vztahu: E = Σ ai * Δt´ …. pro i = 0 až n (2 až 14 podle

požadované přesnosti)

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota Zapojení měřicího obvodu s termočlánkem Dva spojené kovové vodiče A a B navzájem spolu spojené (vždy musí být obě spojení) jako – srovnávací spoj = jedna z možností umístění měřicího přístroje (nedoporučuje se – lepší je zapojit přístroj do jedné z obou větví) – měřicí spoj = čidlo.

Pro správnou funkci snímače je nutné aby teplota t0 srovnávacího spoje byla konstantní (nejlépe nulová), nebo aby vliv termoelektrického napětí tohoto spoje byl kompenzován. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Termoelektrické snímače Materiál na výrobu termočlánků by měl vykazovat: • co největší přírůstek termoelektrického napětí s teplotou • maximálně (přirozeně) lineární přírůstek termoelektrického napětí s teplotou • stabilitu údaje při dlouhodobém provozu • stabilitu pro opakovatelnost měření • odolnost proti chemickým a mechanickým vlivům. Páry materiálů pro vytvoření termočlánků jsou normalizovány.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Požadavky na měřicí obvody: • minimalizace vlivu kolísání teploty srovnávacího spoje • minimalizace vlivu odporu přívodů k senzoru • potlačení rušivých signálů

Potlačení vlivu teploty srovnávacího spoje: umístěním srovnávacího spoje do tepelně odisolovaného termostatu (speciální box, termoska, apod.) – t0 v praxi: – v laboratoři při 0 °C – u provozních aplikací při 50 °C © VR - ZS 2015/2016


Měření fyzikálních veličin – teplota Zapojení měřicího obvodu s termočlánkem

Pro správnou funkci snímače je nutné aby teplota t0 srovnávacího spoje byla konstantní (0°C pro laboratorní měření a 50°C pro průmyslová měření), nebo aby vliv termoelektrického napětí tohoto spoje byl vykompenzován.

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota Zapojení měřicího obvodu s termočlánkem

Kompenzační bod je na vstupní izotermické svorkovnici zesilovače © VR - ZS 2015/2016

nízko šumo vý zesilo vač, přípa dně filtry

A/D

převo dník

elektroni cké obvody mikropo čítač

displej

Mikropočítač • řízení měření a sběru měřicích údajů • měřicí rozsahy • linearizace čidla • filtry a tlumení • korekce • inženýrské výpočty, převody, úpravy jednotek • diagnostika • komunikace.


Měření fyzikálních veličin – teplota Měřicích přístroje v obvodech s termočlánkem

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota termočlánek s jedním spojem označovaným jako měřicí spoj kompenzační (prodlužovací) vedení je tvořeno z jiných kovů než termočlánek srovnávací spoje leží v místě připojení srovnávacího vedení příp. přímo měřicího přístroje ke kompenzačnímu vedení, jejich teplota je udržována na konstantní normované hodnotě (obvykle 0°C nebo 50°C)

spojovací vedení z mědi (Cu), spoje vodičů musí mít stejnou teplotu, aby se neměnilo termoel. napětí a nevznikla chyba měřicí přístroj – milivoltmetr je připojen ke kompenzačnímu vedení buď přes spojovací vedení nebo přímo

© VR - ZS 2015/2016

: Termočlánek s jedním spojem


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota zajištěním konstantní teploty srovnávacího spoje použitím Dewarovy nádoby, ve které je teplota srovnávacích spojů udržována na konstantní hodnotě 0°C za pomoci směsi vody a ledu - používá se pro laboratorní měření teplot

Termočlánek s Dewarovou nádobou

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota vložením srovnávacích spojů do termostatu společně s odporovým vinutím, které ohřívá spoje termočlánku, udržení teploty srovnávacích spojů na konstantní teplotě 50°C je zajištěno zapínání

ohřevu bimetalicky ovládaným kontaktem - používá se i pro průmyslová měření teplot

© VR - ZS 2015/2016

: Termočlánek s Dewarovou nádobou


Měření fyzikálních veličin – teplota spoj obou kovů - drátky průměrů od 0,5 do 3,5 mm spojené mechanicky, svářením nebo pájením - spoj musí splňovat čistotu, pevnost, dokonalý kontakt obou drátků a další + oba drátky je zapotřebí vzájemně el. izolovat. kovový plášť - měď, bronz nebo Monelův kov – povrch se chromuje nebo nikluje - odolné do 500 °C – ocel - vydrží do 700 °C - legovaná ocel - vydrží do 1200 °C © VR - ZS 2015/2016

Konstrukce termočlánku

T- MaR


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota Termočlánky - podle použitých kovů a maximální teploty. Typ B 0 - 1700 °C Typ C 0 - 2300 °C Typ D 0 - 2300 °C Typ E -200 - 950 °C, chromel-konstantan Typ G 0 - 2300 °C Typ J 0 - 750 °C, 52,3 μV/°C, železo-konstantan Typ K -200 - 1250 °C, 40,8 μV/°C, chromel-alumel (Cr-Al)

© VR - ZS 2015/2016


Měření fyzikálních veličin – teplota Termočlánky - podle použitých kovů a maximální teploty. Typ N -270 - 1300 °C Typ R 0 - 1450 °C, platinarhodium-platina Typ S 0 - 1400 °C, 6,3 μV/°C Typ E -250 - 350 °C Typ T -200 - 450 °C, měď-konstantan

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota Typ termočlánku

Složení

Teplotní rozsah [°C]

Průměrná hodnota termoelektrického koeficientu α [mV/°C]

T J K E N R S B G C

měď – konstantan (Cu – CuNi) železo – konstantan (Fe – CuNi) chromel – alumel (NiCr – NiAl) chromel – konstantan (NiCr – CuNi) nickrosil – nisil (NiCrSi – NiSiMg) PtRh13 – Pt PtRh10 – Pt PtRh30 – PtRh6 W – WRh WRh5 – WRh26

-200 až 300 20 až 700 0 až 1100 0 až 800 0 až 1100 0 až 1600 0 až 1550 100 až 1000 20 až 2320 50 až 1820

0,0460 0,0563 0,0413 0,0745 0,0357 0,0100 0,0090 0,0050 0,0140 0,0170

© VR - ZS 2015/2016

Typy termoelektrických článků

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota 0,06

typ K typ J

Termoelektrické napětí [V]

0,05

typ N typ R

0,04

typ B typ E

0,03

0,02

0,01

0 0

500

1000

1500

2000

2500

Teplota t [°C]

© VR - ZS 2015/2016

Závislost termoelektrického napětí jednotlivých termočlánků na teplotě


Měření fyzikálních veličin – teplota Některé typy termočlánků – T, J, K, S

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Tlustovrstvé termočlánky Jsou charakterizovány dvěma vrstvami z různých speciálních past (obvykle jedna je vodivá a druhá odporová). Používají se pro rozsah teplot od -50 až do + 650 oC a mají přesnost měření ± 1 (10) oC. Jejich teplotní citlivost je od 10 až do (cca) 20 μV/oK.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Tlustovrstvé termočlánky Jsou charakterizovány dvěma vrstvami z různých speciálních past (obvykle jedna je vodivá a druhá odporová). Používají se pro rozsah teplot od -50 až do + 650 oC a mají přesnost měření ± 1 (10) oC. Jejich teplotní citlivost je od 10 až do (cca) 20 μV/oK.

© VR - ZS 2015/2016



Termoelektrické snímače základní charakteristiky

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Termoelektrické snímače Vliv teploty na nejistotu termoelektrických čidel

© VR - ZS 2015/2016



Termoelektrické snímače

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR



Termoelektrické snímače konstrukční řešení

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Průmyslové provedení snímačů výhodou je malá tepelná kapacita

termočlánek isolační rukojeť

připojovací vývod © VR - ZS 2015/2016

kovová kapilára - niklová nebo nerezová trubička Ø 0,5 mm vyplněná práškovým MgO nebo Al2O3



Termoelektrické snímače konstrukční řešení

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR



Bezkontaktní měření teploty

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR



© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Emisivní / radiační snímače – pyrometry Principem je snímání záření tělesa, které každé těleso vyzařuje do chladnějšího okolního prostoru v určitém frekvenčním spektru. Celková energie, kterou těleso vyzařuje jednotkovou plochou za jednotku času, se nazývá celkovou zářivostí. Čidlem je tzv. Bolometr – teplotně emisivní prvek.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Bezkontaktní měření teploty Bezdotykové měření teplot je založeno na skutečnosti, že povrch každého tělesa, jehož teplota je vyšší než 0 K tj. -273,15°C, vyzařuje = emituje do svého okolí elektromagnetické záření = tepelné záření, protože je spojeno s tepelným pohybem částic tělesa s použitím zákonů záření (Wienův zákon, Stefan – Boltzmannův zákon ...) určí jeho povrchová teplota - emise záření závisí na teplotě tělesa a na vlastnostech povrchu tělesa (materiálu tělesa). viz speciální přednáška …… © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Bezkontaktní měření teploty Základem snímače je Bolometrický detektor záření - tvořen odporovým čidlem, jehož odpor je závislý na teplotě - elektromagnetické záření emitované tělesem, jehož teplotu chceme určit, dopadá přes vstupní okénko (plní funkci filtru tj. musí odstínit záření, které předpokládáme, že není emitováno měřeným předmětem) na odporové čidlo, které je pokryto černým lakem pro zajištění lepší absorpce - např. při nízkých teplotách se neemituje viditelné záření a vhodný filtr ho odstíní a propustí pouze IR záření. viz speciální přednáška …… © VR - ZS 2015/2016

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota mikrobolometry – jedná se o desítky až tisíce bolometrů uspořádaných do matice, někdy označované jako bolometrické pole - element je tvořen odporovou vrstvou z oxidu vanadu, na které dochází k absorpci IR záření a je od křemíkového substrátu tepelně izolována pomocí mikromůstku, izolantem je vzduch

© VR - ZS 2015/2016

viz speciální přednáška ……



© VR - ZS 2015/2016

T- MaR



© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Optické vláknové snímače Optické vláknové snímače (OVS) patří do třetí generace snímačů, jejichž vznik spadá – současně s prvními v praxi použitelnými optickými vlákny – zhruba do konce šedesátých a začátku sedmdesátých let minulého století - jejich nástup byl velmi razantní, nicméně od té doby zájem o ně poklesl, dnes opět renesance. Ačkoliv neexistuje fyzikální veličina, kterou by nebylo možné těmito snímači měřit, nerozšířily se tak, jak se z počátku předpokládalo hlavními příčinami byla ekonomická stránka a také určitý konzervatismus uživatelů měřicí a regulační techniky. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota Optické vláknové snímače Využívají odlišných fyzikálních principů a konstrukcí, takže mají zejména velká citlivost, odolnost proti vnějšímu rušení (včetně optického záření), velký izolační odpor („galvanické“ oddělení), jiskrová bezpečnost (do 7 mW), rychlá odezva a velká šířka frekvenčního pásma, malá energetická náročnost, velká pevnost v tahu, mechanická pružnost a velký dynamický rozsah, odolnost proti působení agresivního prostředí, použitelnost v obtížně přístupných místech (bez přímé viditelnosti), technologická a obvodová kompatibilita, lepší utajitelnost a malé rozměry (mikromechanické systémy). © VR - ZS 2015/2016


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – teplota Optické vláknové snímače Vláknové optické snímače lze využít jako snímače rotace, zrychleni, elektrickeho pole a magnetického pole, teploty, tlaku, vlhkosti, viskozity, chemických a biochemických vlastnosti.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Optické vláknové snímače Využívají vlastnosti optických vláken při přenosu záření diody GeAs. Jsou založeny na dvou principech: • změna teploty ovlivňuje absorpci a mění přenášené spektrum • změna teploty ovlivňuje úbytek intenzity fluorescence.

Optické vláknové snímače teploty jsou výhodné zejména pro provozní měření.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Optické vláknové snímače Zdrojem optického záření je nejčastěji luminiscenční dioda (nekoherentní zdroj) nebo laserová dioda (koherentní zdroj) - je charakterizován zejména vlnovou délkou l, šířkou pásma Dl, optickým výkonem, stabilitou a druhem provozu (kontinuální nebo pulzní). Snímačem optického záření je obvykle fotodioda, dioda PIN nebo lavinová dioda (podle požadované citlivosti, odstupu signál-šum, zisku a způsobu dalšího zpracování signálu).

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Optické vláknové snímače Teplota působící na optické vlákno vyvolává změny jeho optických vlastností. Nejčastěji jsou optické vláknové snímače založeny na generátorovém principu (v bodovém nebo rozprostřeném provedení), na spektrálně závislé absorpci (emisi) a fluorescenci, dilataci, doznívání fluorescence v čase, na závislosti indexu lomu, dvojlomu a rozptylu záření, popř. na dalších principech.

© VR - ZS 2009/2010


Měření fyzikálních veličin – teplota Optické vláknové snímače Čidlo se změnou vzájemné vazby světlovodů

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Teploměry využívající optické vlákno Optické vlákno je dielektrický vlnovod, nejčastěji vyrobený z různých druhů skla nebo plastu, ve kterém se šíří elektromagnetické vlny ve směru podélné osy vlákna - nejčastěji se jedná o světlo popřípadě infračervené záření. Optické vlákno je vyrobeno ze dvou materiálů, které se od sebe liší hodnotou indexu lomu - kruhové jádro s indexem lomu nj, které je obklopeno válcovým pláštěm s indexem lomu np. Obal slouží k ochraně a zpevnění jádra - celé optické vlákno je obaleno primární ochranou. © VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Teploměry využívající optické vlákno Základem každého fluorescenčního optovláknového snímače je sonda z fluorescenčního materiálu – např. krystal LiSrAlF6:Cr3+. Zdroj záření - laserová dioda – světlo červené barvy (λ = 670 nm). Vybuzené světlo je vedeno optickým vláknem přes jednoduchý skleněný filtr - propustí pouze světlo určitého intervalu vlnových délek – je to dělič světla. Filtrem oddělené excitované světlo je vedeno na fotodetektor, kde je změřena doba poklesu intenzity fluorescence, úměrná teplotě.

© VR - ZS 2015/2016



Teploměry využívající optické vlákno Základem každého fluorescenčního optovláknového

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Teploměry využívající optické vlákno Senzory využívající deformaci vlákna jsou založeny na jeho deformaci, což se projeví vznikem mikroohybů podél vlákna - dosáhnou-li mikroohyby kritického poloměru, dojde k porušení podmínek šíření světla tj. porušení podmínek pro vznik totálního odrazu na rozhraní jádro – plášť.

© VR - ZS 2015/2016


T- MaR


Optické vláknové snímače – bodové provedení Syntetický monokrystalický safír funguje jako černé těleso, které je v kontaktu s médiem jehož teplota se měří - zářivá energie je přenášena přes optické filtry na fotodetektor - přenos probíhá buď přímo optickým vláknem, nebo častěji oddělovacím safírovým vláknem Výstupní elektrický signál je úměrný měřené teplotě v rozsahu 500 až 2 000 °C a dosáhnout citlivosti v řádu 10–3 K (při teplotě 1 000 °C) - je dlouhodobě stabilní (10–6 /h), odolávají prudkým změnám teploty, korozi atd. - přesnost je podstatně lepší než u termočlánků (v Kanadě je používán v metrologii jako standard). Technologický proces výroby snímače je náročný. © VR - ZS 2015/2016



Základní uspořádání reflexního snímače teploty

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


T- MaR


Měření odběru tepla Regulace otopných soustav se používá dlouhou řadu let. Jejím cílem je zabezpečit dodržení požadované teploty v daném (regulací ovlivněném) prostoru a to i při extrémních okolních podmínkách a vlivech. Návrh regulace musí zajistit rovnováhu mezi dodávaným teplem (spotřebovanou energií na jeho vznik a případně dopravu k místu spotřeby) a tepelnými ztrátami daného prostoru. To v praxi znamená zajistit optimální teplotu vyhřívacího média (obvykle teplé vody). © VR - ZS 2015/2016

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota Te

Túkž

Ti Túk čerpadlo

regulátor

Tk

radiátor

(servo)pohon směšovací ventil

kotel © VR - ZS 2015/2016

Trv

servopohon

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota útlum Tukž

požadovan á teplota otopné vody Tukž

teplota vratné vody Trv

skutečná teplota otopné vody Tuž Trv

posuv systém ekvitermických křivek

křivka

+ -

Tuž kotel

Tr

radiátor

Te

© VR - ZS 2015/2016

Ti

místnost

střední teplota vody Tr v radiátoru

Tuk

venkovní teplota Te

skutečná teplota Ti v místnosti

teplota otopné vody Tuk

Ti

Te

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota υ1

PP

υ2

VP

K2

y1 -

X

+)

y1 - y2

K1 y2

© VR - ZS 2015/2016

y3

K3

+) K * INT( y dt ) │0 , T

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – teplota měřicí a vyhodnocovací zařízení množství tepla v páře

datová linka pro dálkový odečet napájení 230 V

tlak

parní zdroj tepla

topný objekt průtokoměr zpětného kondenzátu

teplota – Pt100

měřicí a vyhodnocovací zařízení množství tepla v páře – pomocí entalpie páry

datová linka pro dálkový odečet napájení 230 V

tlak

parní zdroj tepla

topný objekt teplota – Pt100 měřicí a vyhodnocovací zařízení množství tepla ve vodě

datová linka pro dálkový odečet napájení 230 V měř. teploty – Pt100 zdroj tepla

měř. teploty – Pt100 uzavřený topný systém

© VR - ZS 2015/2016

průtokoměr topný objekt







TEPLOTA - je mírou termální energie obsažené v jakémkoliv objektu TEPLOTA - lze ji měřit u kteréhokoliv existujícího objektu - existuje velké množství měřicích metod a prostředků TEPLOTA - její hodnoty jsou definovány teplotní

stupnicí 

TEPLOTA - v podstatě vyjadřuje kterým směrem teče tepelný tok vyrovnávající teplotu mezi dvěma (více) objekty

© VR - ZS 2015/2016

Existují tři základní typy přenosu tepla: - vedení (kondukce) - proudění (konvence) - záření (radiace)  Všechno teplo musí být přeneseno (šířeno) jedním z těchto tří způsobů  Obvykle to však je kombinace dvou či všech tří způsobů přenosu tepla 

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

… a to by bylo k informačnímu přehledu

o teplotě a teple (skoro) vše

7.2..... © VR - ZS 2015/2016

Témata

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR

Teorie měření a regulace

Recommend Documents