T = ϑ + 273,15
[K], [°C] [°C] [°
Vz#jemn# Vz#jemn # # souvislost teplotn&ch teplotn ch stupnic
vznik v roce 1927 (Celsiova), postupn$ upravov+na (naposledy 1990) definov+na 17 pevn&mi body (trojn/ body, body t+n), tuhnut))
Mezin#rodn&& teplotn& teplotn& stupnice ITS-90 (International Temperatur Scale)
z+kladn) jednotkou je Kelvin [K] - 273,16-t+ !+st termodynamick/ teploty trojn/ho bodu vody
absolutn) nula (ust+v+ termick& pohyb element+rn)ch !+stic)0K trojn& bod vody (rovnov+-n& stav mezi skupenstv)mi) 273,16K
stupnice je ur!ena dv$ma pevn&mi body:
Definice teploty: Fyzik#ln&& veli(ina veli(ina vyjad*uj&c&& m&ru m&ru tepeln,ho ho stavu t.lesa t Teplotn&& stupnice Termodynamick# (Kelvinova)
Z&kladn pojmy
monochromatick/ pyrometry p+smov/ pyrometry radia!n) pyrometry
Sn&ma(e pro bezdotykov, m.*en&
dilata!n) tlakov/ speci+ln)
odporov/ kovov/ odporov/ polovodi!ov/ termoelektrick/ polovodi!ov/ s PN p0echodem (diodov/, tranzistorov/)
elektrick/
Sn&ma(e pro dotykov, m.*en&
Rozd(len sn ma#* teploty tep
[W], [W], [K -1 ], [K ]
]
R J = R 0 1 + a × DJ + b × DJ2 + g × DJ3 × (J - 100 )
[
vztah m+ platnost jen v mal/m rozsahu teplot pro p0esn+ m$0en) a v$t2) rozsahy plat):
R J = R 0 (1 + a × DJ)
DR zm$na elektrick/ho odporu a teplotn) koeficient odporu (aPt = 0,0039, aNi = 0,0062, aCu = 0,00426 DJ zm$na teploty odpor p*i teplot. ϑ
DR = R 0 × a × DJ
zm.na elektrick,ho odporu kov/ v z#vislosti na teplot.
Princip
Odporov- kovov- sn ma#e
platina nikl m$7
Materi#l (idla
W100 - pom$r odpor4 p0i 100 a 0°C W100 = R100 / R0 a - teplotn) sou!initel odporu odporov/ho materi+lu !idla α = (R100 - R0 )/ 100 R0
R0 - z+kladn) odpor - hodnota R !idla p0i teplot$ 0 ° C, tj. v bodu t+n) ledu R100 - hodnota R !idla p0i teplot$ 100° C, tj. v bodu varu vody RJ - hodnota R !idla p0i teplot$ J° C
Z#kladn& parametry
100 100
Ni Cu
1,4260
1,6180
-200 a- 200
-60 a- 180 (250)
-200 a- 850
100
Pt
1,3850
[ ° C]
M.*ic& rozsah
Materi#l Z#kladn& Pom.r odpor odpor/ 2idla R 0 [ Ω ] W 100
Vlastnosti !idel
Z&kladn vlas vlastnosti
Pt vrstva se nan+2) napra2ov+n)m nebo napa0ov+n)m ve vakuu 2irok& sortiment hodnot R0 = 100/200/500/1000/2000,...W vyr+b) se tak/ pro technologii SMT
tenkovrstv+ technologie
nan+2en) Pt vrstvy ve form$ pasty na substr+t s)totiskem tepeln+ stabilizace vrstvy laserov/ nastaven) po-adovan/ hodnoty R0 roz0ez+n) na jednotliv+ !idla a p0ipevn$n) v&vod4
vinut) nahrazeno odporovou vrstvou z Pt, Ni nanesenou na nosn/ desti!ce (substr+tu) z korundov/ keramiky tlustovrstv+ technologie
2idla vrstvov#
ulo-eno v kapil+r+ch v+lcov&ch keramick&ch nosn&ch t$l)sek navinuto na povrchu t$l)sek a p0eskleno keramick&m smaltem vyr+b) se s odporem R0 = 100 a 500W
spir+lov$ sto!en& odporov& dr+tek Æ 0,01 a- 0,05mm vinut) je
2idla vinut#
Proveden odporov.ch #idel
matematick& v&raz tabulka grafick/ vyj+d0en)
Teplotn& z#vislost odporu
1
kovov/ odporov/ sn)ma!e se vyr+b$j) ve dvou t0)d+ch: t0)da A (u Pt pro rozsah -200 a- 650 °C) t0)da B (u Pt pro rozsah -200 a- 800 °C) toleran!n) pole se obvykle ud+v+ grafem
T*&dy tolerance
P0esnost kovov.ch sn ma#* te teploty
Porovn#n& charakteristik
termistory negastory (termistor NTC - Negative Temperatur Coefficient) posistory (termistor PTC - Positive Temperatur Coefficient) monokrystalick/ Si sn)ma!e
Rozd.len&
Zm$na odporu je zp4sobena teplotn) z+vislost) koncentrace nosi!4 n+boje
Princip
Polovodi#ov- odporov- sn ma#e
DR B =- 2 a= R 0 × DT T
Teplotn) koeficient odporu a:
R1 = R 0
æ 1 1 ö B×ç - ÷ çT T ÷ ×e è 1 0 ø B[K]
R1 R0
odpor termistoru p0i teplot$ T1 odpor termistoru p0i referen!n) teplot$ T0 (obvykle 298,15 K, tj. 25 °C) rozsah 1W - 1MW teplotn) 9konstanta: ; 1500K
z+porn& teplotn) koeficient v&roba pr+2kovou technologi) ze sm$si oxid4 kov4 (Fe2O3+TiO2, MnO+CoO 8..), p0)padn$ karbid4 (SiC) teplotn) rozsah : -50 a- 200 °C, speci+ln) typy -250 a- 1000 °C z+vislost odporu na teplot$ je exponenci+ln)
Negastory
nap0. dvoustavov+ regulace
neline#rn& z#vislost odporu na teplot. men6& (asov# st#lost po6kozen& p*i p*eh*#t& pou8it& pro m,n. n#ro(n, aplikace
bodov/ m$0en) mal+ !asov+ konstanta
vhodn, pro m.*en& mal4ch zm.n teploty mal, rozm.ry (perli(kov4 termistor)
a = -0,03 a- -0,06 K-1
teplotn& koeficient z#porn4 a o *#d vy66& ne8 u kov/
Vlastnosti osti a pou pou2it negastor*
RJ A J JJ
odpor p0i referen!n) teplot$ JJ materi+lov+ konstanta (0,16K-1) teplota referen!n) teplota (dle chem. slo-en) 60 a- 180°C)
m$0en) v ;zk/m rozsahu teplot dvoustavov/ sn)ma!e (signalizace p0ekro!en) p0)pustn/ teploty)
pou8it&
R = R J × e A×J
vyr#b& se z polykrystalick, feroelektrick, keramiky (BaTiO3) z#vislost odporu na teplot. (v oblasti n#r/stu R)
odpor zpo!+tku m)rn$ kles+ od referen!n) (sp)nac)) teploty JJ prudce (o 3 0+dy) nar4st+ [obr] pro vysok/ teploty op$t kles+
kladn4 teplotn& sou(initel odporu
Pozistory
R1
R2
N#hradn& sch,ma
materi+l - nevlastn) polovodi! N (Si) dva s/riov$ 0azen/ kontakty kov-polovodi! - nez+vislost na sm$ru proudu zp$tn& kontakt na spodn) stran$ spojuje vnit0n) odpory R1 a R2
Struktura sn&ma(e
rozptyl nosi!4 je ;m$rn& jejich pohyblivosti pohyblivost nosi!4 je ;m$rn+ teplot$
Princip ku8elov4 rozptyl nosi(/ proudu
Polovodi#ov- monokrystalick- sn ma#e
r d
d pr4m$r kontaktu r m$rn& odpor
p0ibli-n$ plat):
Odpor nez#vis& na vn.j6&ch rozm.rech sn&ma(e
teplotn& rozsah: -50 a8 150 :C jmenovit, hodnoty R25 1; 2 kΩ α (*#dov.) 10-2 K-1 p*&klad KTY10
R = R0 + k(J - J0)2
Z#vislost odporu na teplot.
R=
za p0edpokladu, -e: d<
Z#vislost odporu na rozm.rech sn&ma(e
Teplotn z&vislost odporu
DJ R
u senzoru Pt100 s max. povolenou chybou 0,1
Idov =
DJ × D R
zat$-ovac) konstanta - p0)kon pot0ebn& k oh0+t) senzoru o 1K
maxim+ln) dovolen+ chyba maxim+ln) odpor senzoru v dan/m rozsahu
D [W.K-1]
maxim+ln) m$0ic) proud
R × I2 DJ = D
pr4chodem proudu doch+z) k oteplen) senzoru chybu lze vyj+d0it vztahem:
Vliv m.*ic&ho proudu
minimalizace vlivu proudu sn)ma!em minimalizace vlivu odporu p0)vod4 k senzoru analogov+ nebo !)slicov+ linearizace
Po8adavky kladen, na vyhodnocovac& obvody
M(0ic obvody odporov odporov.ch sn ma#*
RJ RCu RJ
vliv odporu p0)vod4 je kompenzov+n justa!n)m odporem justa!n) odpor slou-) k p0esn/mu dolad$n) rozsahu m$0en) odpory p0)vod4 Rcu z+vis) zpravidla na teplot$ - chyba m$0en) kompenzace vlivu teploty na p0)vodn) vodi!e- 3 nebo 4 vodi!ov/ zapojen)
Dvouvodi(ov, p*ipojen& (idla
M*stkov- metody m(0en m
!idlo odpor p0)vod4 justa!n) odpor
zvol)me-li R1=R2=R, R3=R, R3=RJZ vyj+d0)me-li RJ= RJZ +DRJ pak plat):
p0)klad zapojen)
M/stek zapojen4 v s&ti OZ
=R ϑ U V = A × U st × 2 × R ϑZ
Aktivn m*stky
UV=A.(Ist.Rϑ - U) = A. Ist. ∆Rϑ
eliminace vlivu odporu p*&vodn&ch vodi(/ zesilova( s velk4m Ri eliminace nap.t& na po(#tku rozsahu U = Ist.RϑZ
4ty0vodi#ov4ty0vodi 0 #ov- zapojen s proud. zdrojem zdro
odoln/ !idlo s ohebn&m stonkem stonek zhotoven ze zvl+2> odoln/ho pl+2>ov/ho kabelu
m$0ic) vlo-ka s vysokou mechanickou odolnost)
odoln$j2) !idlo voln& prostor uvnit0 stonkov&ch trubek vypln$n keramick&m pr+2kem
m$0ic) vlo-ka se zv&2enou mechanickou odolnost)
vnit0n) veden) je zasunut/ v keramick/ !ty0kapil+0e !idlo je voln$ ulo-eno v kovov/ stonkov/ trubce
M.*ic& vlo8ky se obvykle vyr#b.j& ve variant#ch: konstrukce s (neohebn&m) stonkem
M.*ic& vlo8ky odporov4ch sn&ma(/ teploty sn)ma!e jsou vybaveny v&m$nn&mi m$0ic)mi vlo-kami vlo-ky obsahuj) jedno, dv$, v&jime!n$ i t0i !idla p0)ruba a keramick+ svorkovnice dvouvodi!ov& p0evodn)k do hlavice sn)ma!e teploty
Proveden& j&mkov,, prostorov,
Proveden odporov.ch kovov.ch sn ma#*
k0em)k galiumarsenid
Materi#l
teplotn) z+vislost nap$t) PN p0echodu v propustn/m sm$ru lze odvodit, -e zm$na nap$t) DUD/ DT = -(2,0 a- 2,5) mV/K teplotn) z+vislost PN diody:
Princip
Monokrystalick- PN sn ma#e e teploty
UV = -UBE - Ust
2R V R1
ze sch/matu lze odvodit vztah:
vyhodnocovac& obvod
teplotn) z+vislost p0echodu BE v propustn/m sm$ru
princip
Tranzistorov- PN senzory se
0+dov$ 101 mV/K v)ce ne- 100 mV/K
p+ry materi+l4 jsou ve sv$t$ normalizov+ny termo!l+nky se zna!) dle IEC velk&mi p)smeny statick/ charakteristiky vybran&ch termo!l+nk4 p0)klad konstruk!n)ho uspo0+d+n)
Materi#l termo(l#nk/
Kovy Polovodi!e
µ12 termoelektrick& koeficient
U=∝12 (ϑm - ϑs) [mV, mV/K, K]
vznik termoelektrick/ho nap$t) (Seebeck4v jev) materi+l kovy (r4zn/), polovodi!e v&po!et nap$t) pro mal& rozd)l teplot:
Princip
Termoelektrick- sn ma#e e teploty
prodlou-en) termo!l+nku um)st$n) srovn+vac)ho konce do prost0ed) s mal&mi zm$nami teploty prodlu-ovac) veden) ze stejn/ho materi+lu jako termo!l+nek pou-it) na men2) vzd+lenosti
kompenza(n& veden& kompenza(n& krabice kompenzace termostatem izotermick# svorkovnice Kompenza(n& veden&
Druhy kompenzac&
Kompenzace e teploty srovn&vac srovn ho konce
do s/rie s termo!l+nkem um)st$n odporov& m4stek v jedn/ v$tvi m4stku je teplotn$ z+visl& odpor (Cu) v&stupn) nap$t) m4stku se superponuje k nap$t) termo!l+nku
Kompenza#n kra krabice
ve svorkovnici je um)st$n teplotn$ z+visl& odpor teplotn) kompenzace je 0e2ena softwarov$ pou-)v+ se u !)slicov&ch m$0ic)ch a 0)dic)ch syst/m4
Izotermick& svork svorkovnice
kapalinov/
ty!ov/ bimetalov/
kovov/
Rozd.len&
zm$na d/lky nebo objemu l+tky v reakci na m$0enou teplotu
Princip
Dilata#n sn ma#e e teploty
lJ l0 a
d/lka p0i m$0en/ teplot$ d/lka p0i vzta-n/ teplot$ sou!initel d/lkov/ rozta-nosti
Proveden&: trubice - velk& sou!initel µ (mosaz) ty! - mal/ µ (invar, k0emen) Vlastnosti mal+ citlivost (p0evody) m$0) pr4m$rnou teplotu (po cel/ d/lce) Pou8it& jednoduch/ obvody dvoupoloh. regulace
l J = l 0 × [1 + ?(J - J0 )]
Princip D/lkov+ rozta-nost kovov/ ty!inky (trubi!ky):
Ty(ov4 teplom.r
Kovov- sn ma#e e teploty tep
citlivost !idla je d+na jeho d/lkou a tlou2>kou !asto se st+!) do spir+ly nebo do 2roubovice pou-it) cca do 400 °C
Vlastnosti
k l a
sou!initel prohnut) bimetalu [K-1] d/lka [mm] tlou2>ka [mm]
l2 y = k × × ;J a
nestejn+ teplotn) rozta-nost dvou r4zn&ch kov4 je tvo0en dv$ma p+sky po cel/ d/lce spojen&mi (napl+tov+n), sva0en)) v&chylka voln/ho konce z+vis) na teplot$:
Princip
Bimetalov4 teplom.r
Kovov- sn ma#e e teploty tep
(-38 a- 365 °C) (-100 a- 60 °C) (-190 a- 15 °C)
VJ V0 b
elektrody
objem p0i m$0en/ teplot$ objem p0i vzta-n/ teplot$ sou!initel objemov/ rozta-nosti
cejchovan+ kapil+ra kontakty pro automatick/ vyhodnocen) teploty
rtu> etylalkohol pentan
j)mka s m$rnou kapalinou
Proveden&
VJ = V0 × [1 + b(J - J0 )]
teplotn) z+vislost objemov/ rozta-nosti kapalin
Princip
Kapalinov- sn ma#e e teploty tep
membr+na, vlnovec, Bourdonova trubice
3 tlakom$rn& !len
tenk+ trubi!ka spojuj)c) stonek s vyhodnocovac)m za0)zen)m
2 kapil+ra
n+dobka s m$rnou l+tkou
1 stonek
Slo8en& sn&ma(e
teplotn) z+vislost zm$ny tlaku m$rn/ l+tky v uzav0en/m prostoru
Princip
Tlakov- sn ma#e e teploty
!+st stonku je vypln$na t$kavou l+tkou m$0) se tlak par metylchlorid (-18 a- 75 °C), etyl/ter (35 a- 190 °C), toluen (120 a- 300 °C) velk+ citlivost a p0esnost
parotla(n, sn&ma(e
N2, H2, CO2 nevy-aduj) teplotn) kompenzaci
@ bimetal do vyhodnocovac)ho za0)zen) @ kompenza!n) kapil+ra plynov, sn&ma(e
glycer)n (-20 a- 290 °C), xylen (-40 a- 400 °C), metylalkohol (-20 a- 290 °C) kompenzace teploty kapil+ry
kapalinov, sn&ma(e
N#pl< stonku
Tlakov- sn ma#e e teploty
