SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

Transkript

1 SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY Kontaktní snímače teploty Bezkontaktní snímače teploty

2 10.1. KONTAKTNÍ SNÍMAČE TEPLOTY Experimentální metody přednáška 10 snímač je připevněn na měřený objekt termočlánky odporové snímače termistory polovodičové snímače

3 TERMOČLÁNKY Termoelektrický jev (Seebeckův jev) 1821 německý fyzik Thomas Johann Seebeck přeměna teplotního gradientu přímo na elektrické napětí řádověµv na C studený konec kov 1 termoelektrický koeficient α 1 elektrické napětí teplota t 1 teplota t kov 2 termoelektrický koeficient α 2 2 zjednodušeně platí U = α 1 (t 1 -t 2 )-α 2 (t 1 -t 2 ) pro větší rozsah teplot závislost není lineární každé spojení dvou vodičů z různých materiálů vytvoří termočlánek výsledné napětí je úměrné nikoliv teplotě ale rozdílu teplot na koncích vodičů

4 TERMOČLÁNKY v praxi se používá několik osvědčených kombinací materiálů jednotlivé kombinace - typy se označují se písmeny každý typ je vhodný pro jiný rozsah teplot snaha o maximálně lineární průběh v daném rozsahu

5 TERMOČLÁNKY barevné značení

6 TERMOČLÁNKY parazitní termočlánek A-C kov A neznámá teplota okolí nesprávná zapojení!!!!!!!! kov B Připojovací vedení =kov C měření napětí parazitní termočlánek B-C místo měření teploty termočlánek A-B parazitní termočlánek A-C neznámá teplota okolí kov A kov B měření napětí uvnitř přístroje vodiče = kov C místo měření teploty termočlánek A-B parazitní termočlánek B-C

7 TERMOČLÁNKY kov A historie kov C kov B kov A měření napětí místo měření teploty termočlánek A-B termočlánek A-B na přesně definované teplotě voda + tající led 0 C shodný parazitní termočlánek A-C v každé větvi parazitní term. napětí se vzájemně odečte kov A kov B současnéřešení kompenzace studeného konce měření napětí místo měření teploty termočlánek A-B elektronický obvod měří teplotu v místě parazitních termočlánků upravuje napětí tak, aby eliminoval vliv parazitních trmočlánků kompenzátor buď pro konkrétní typ termočlánku univerzální programovatelný je třeba nastavit typ připojeného termočlánku

8 TERMOČLÁNKY mnoho různých provedení od holé dráty až po zapouzdřené sondy výběr typu dle rozsahu teplot lze dosáhnout i velmi miniaturních rozměrů snímače detaily např. na

9 TERMOČLÁNKY celé vedení i konektory musí být z materiálů termočlánku důležitý materiál izolace vodičů může ovlivnit použitelnost teplotní rozsah detaily např. na

10 TERMOČLÁNKY vždy je nutno řešit zapojení studeného konce dnes nejčastěji elektronický kompenzátor zároveň může být integrován i zesilovač, linearizace charakteristiky typ kompenzátoru musí odpovídat typu termočlánku detaily např. na

11 ODPOROVÉ SNÍMAČE využívají závislost odporu na teplotě R = R 0 (1 + α t) kde R 0 je odpor při 0 C α je teplotní součinitel t je rozdíl skutečné teploty od 0 C pro větší rozsahy teplot platí složitější nelineární závislost lze využít různých materiálů (nikl, měď) ale prakticky výhradně se používá platina dlouhodobá stabilnost, odolonost proti vlivům prostředí ovlivňujících odpor záleží na čistotě použité platiny jedny z nejpřesnějších snímačů teploty

12 ODPOROVÉ SNÍMAČE praktické provedení platinový drátek navinutý na keramické nebo skleněné tělísko typická používaná hodnota odporu při 0 C je 100Ω tyto snímače se běžně označují jako PT100 někdy i jiná hodnota odporu ( 50, 200, 500, 1000 a 2000Ω)

13 ODPOROVÉ SNÍMAČE mnoho různých typů provedení detaily např. na

14 ODPOROVÉ SNÍMAČE zapojení dvouvodičové třívodičové čtyřvodičové kompenzace odporu přívodního vedení detaily např. na PT 100 zesilovač různé provedeníčidel PT100 (2,3,4 vodiče) různé provedení odpovídajícívh zesilovačů záleží na požadované přesnosti

15 ODPOROVÉ SNÍMAČE široká nabídka zesilovačů možná linearizace charakteristiky detaily např. na eventuelně lze použít jakýkoliv obvod schopný vyhodnotit změnu odporu (můstek) potřeba minimalizovat proud snímačem možná chyba ohřátím snímače protékajícím proudem

16 TERMISTORY vyrobeny práškovou technologií ze směsi oxidů kovů změna odporu s teplotou může být kladná (pozistor) i záporná (negastor) velmi nelineární závislost omezený teplotní rozsah cca -50 C až 150 C velice příznivá cena R teplota

17 Experimentální metody přednáška TERMISTORY různá praktická provedení detaily např. na zapojení: obdobné jako u PT100 vyhodnocení změny odporu (můstek) nutno počítat s nelinearitou speciální (jednoúčelové) přístroje - linearizace

18 POLOVODIČOVÉ SNÍMAČE Experimentální metody přednáška 10 využívají teplotní závislosti voltampérové charakteristiky P-N přechodu lehce nelineární průběh z hlediska zapojení se jeví jako teplotně závislý odpor omezený teplotní rozsah cca -50 C až 150 C velmi příznivá cena

19 POLOVODIČOVÉ SNÍMAČE Experimentální metody přednáška 10 praktické provedení součástka využívá spíše jako měřicíčidlo jednoúčelových přístrojů lze i zabudovat do sondy

20 10.2. BEZKONTAKTNÍ SNÍMAČE TEPLOTY Experimentální metody přednáška 10 snímá se bezdotykově infračervené vyzařování měřeného objektu princip měření bodové snímače plošné snímače -termokamery

21 PRINCIP BEZKONTAKTNÍHO SNÍMAČE TEPLOTY měří infračervené záření vyzářené sledovaným objektem důležitá kriteria zorný úhel (velikost sledovaného objektu a vzdálenost) emisivita povrchu sledovaného objektu vliv okolního prostředí (odražené záření jiných zdrojů, pohltivost atmosféry) emisivita = poměr vyzářené energie konkrétního povrchu při dané teplotě k energii vyzářené ideálněčerným tělesem při shodné teplotě čím lesklejší objekt, tím nižší emisivita obtížné (nemožné) měření touto metodou

22 BODOVÉ BEZKONTAKTNÍ SNÍMAČE TEPLOTY měří povrchovou teplotu v jednom bodě běžný rozsah od cca 20 C až do 1600 C běžná odezva v řádech desítek milisekund (specielní provedení i jednotky ms) lze použít pro pevné i kapalné látky vzdálenost čidla od povrchu a průměr měřeného bodu: pevně dané nastavitelné pomocí optiky praktické provedení čidla pro pevné zabudování většinou integrovaná elektronika, standardní výstup 0-10V nebo 4-20mA ruční přístroje často s laserovým zaměřovačem pro snadné určení měřeného místa display pro zobrazení hodnoty, možnost uložení dat, přenosu do PC,

23 BODOVÉ BEZKONTAKTNÍ SNÍMAČE TEPLOTY detaily např. na

24 PLOŠNÉ SNÍMAČE TEPLOTY -TERMOKAMERY měří povrchovou teplotu v ploše běžný rozsah od cca -20 C až do 1000 C snímková frekvence stovky Hz široká škála rozlišení (320x240, 640x480 bodů, ) přenos dat do PC pomocí USB, software pro vizualizaci a zpracování vzdálenost čidla od povrchu a rozměr měřené plochy: většinou nastavitelné pomocí optiky praktické provedení kamera pro pevné zabudování + PC pro vizualizaci ruční přístroje integrovaný display pro zobrazení možnost uložení dat, přenosu do PC,

25 PLOŠNÉ SNÍMAČE TEPLOTY -TERMOKAMERY kamera pro pevné zabudování + PC pro vizualizaci detaily např. na

26 PLOŠNÉ SNÍMAČE TEPLOTY -TERMOKAMERY přenosný ruční přístroj detekce provozních stavů měření úniků tepla