Základní pojmy. T = ϑ + 273,15 [K], [ C] Definice teploty:



Podobné dokumenty
MĚŘENÍ TEPLOTY. Přehled technických teploměrů. Teploměry kapalinové. Teploměry tenzní. Rozdělení snímačů teploty: Ukázky aplikace termochromních barev

Základní pojmy. T = ϑ + 273,15 [K], [ C] Termodynamická (Kelvinova) Definice teploty:

SNÍMAČE. - čidla, senzory snímají měří skutečnou hodnotu regulované veličiny (dávají informace o stavu technického zařízení).

Senzory teploty. Evropský sociální fond. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti.

Teorie měření a regulace

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

Senzorika a senzorické soustavy

Manuální, technická a elektrozručnost

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

Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka Automatizace Snímače teploty. Snímače teploty

11/18/2012. Snímače ve VPM. Snímače ve VPM obsah prezentace. Snímače ve VPM. Konstrukce polovodičových měničů

Senzory tepelných veličin

EXPERIMENTÁLNÍ METODY 1.

širokopásmové zachycení veškerého teplotního

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Ladislav Vincenc

Snímače teploty a tepelného množství

Laboratorní úloha č. 4 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ PNEUMATICKÝCH A ODPOROVÝCH TEPLOMĚRŮ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

TEPLOTA Měření tepla a teploty: Rozdíl mezi teplotou a teplem. Teplota je projev hmoty - teplo = druh energie =

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy. Odporové senzory

6. Měření veličin v mechanice tuhých a poddajných látek

TEPLOTA Měření tepla a teploty: Rozdíl mezi teplotou a teplem. Teplota je projev hmoty - teplo = druh energie =

SINEAX V 608 Programovatelný převodník teploty pro 2-vodičové zapojení a RTD a TC vstupy

snímače využívají trvalé nebo pružné deformace měřicích členů

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Smart Temperature Contact and Noncontact Transducers and their Application Inteligentní teplotní kontaktní a bezkontaktní senzory a jejich aplikace

SNÍMAČE TEPLOTY S KABELEM 06.13

Teploty prostorové s převodníkem Snímač teploty s převodníkem

PÁJENÍ. Osnova učiva: Druhy pájek. Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: STT první Jindřich RAYNOCH Název zpracovaného celku: PÁJENÍ A LEPENÍ

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

5. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Senzory síly a tlaku. Evropský sociální fond. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti.

Určování parametrů sušícího prostředí. Hydrotermická úprava dřeva CV 5

T.M.H. Ecosond s.r.o. Váš partner pro:

PROVOZ, DIAGNOSTIKA A ÚDRŽBA STROJŮ

Kroužek elektroniky

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

4. Zpracování signálu ze snímačů

MaRweb.sk. PT-011 až PT-042 Řada programovatelných převodníků. pro odporová a termoelektrická čidla

Verze 2. Měření teploty - 1. Doplněná inovovaná přednáška. Pracoviště: Katedra textilních a jednoúčelových strojů TUL

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory. Úloha č. 5: Měření teploty

VÝROBA TENZOMETRŮ A SNÍMAČŮ

PLÁŠŤOVÝ ODPOROVÝ TEPLOMĚR S HLAVICÍ B

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

MONITOROVÁNÍ PARAMETRŮ PROSTŘEDÍ ENVIRONMENT PARAMETERS MONITORING

7. Kondenzátory. dielektrikum +Q U elektroda. Obr.2-11 Princip deskového kondenzátoru

9. MĚŘENÍ SÍLY TENZOMETRICKÝM MŮSTKEM

Zesilovač. Elektronický obvod zvyšující hodnotu napětí nebo proudu při zachování tvaru jeho průběhu. Princip zesilovače. Realizace zesilovačů

VY_32_INOVACE_AUT-2.N-13-SNIMACE SE ZMENOU ODPORU. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Měření teploty dotykové teplotoměry

e, přičemž R Pro termistor, který máte k dispozici, platí rovnice

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Rychlostní a objemové snímače průtoku tekutin

Ústav fyziky a měřicí techniky Laboratoř chemických vodivostních senzorů

VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE

Měření vodivosti / teploty mycom CLM 121/151

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 3. Měření teplot

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hustopeče, Masarykovo nám. 1

"vinutý program" (tlumivky, odrušovací kondenzátory a filtry), ale i odporové trimry jsou

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta aplikovaných věd

Snímače teploty s kabelem

Návod pro laboratorní úlohu: Závislost citlivosti plynových vodivostních senzorů na teplotě

Ochrana zařízení proti přehřívání

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory. Úloha č. 5: Měření teploty

Výukové texty. pro předmět. Měřící technika (KKS/MT) na téma. Základní charakteristika a demonstrování základních principů měření veličin

Liniový registrační přístroj KS 3930 A KS 3930 B

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Měření teploty, měření vlhkosti vzduchu

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

1 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI TECHNICKÝCH MATERIÁLŮ Vlastnosti kovů a jejich slitin jsou dány především jejich chemickým složením a strukturou.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Teploměry Ochranné trubičky Příslušenství

Základní pojmy. p= [Pa, N, m S. Definice tlaku: Síla působící kolmo na jednotku plochy. diference. tlaková. Přetlak. atmosférický tlak. Podtlak.

JUMO ecotrans ph 03 Mikroprocesorový převodník / spínací zařízení hodnoty ph / redox potenciálu a teploty

Elektrotechnika a elektronika Elektrická výstroj vozidel Test. Ing. Jan Hurtečák

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Návod pro laboratorní úlohu: Komerční senzory plynů a jejich testování

Voltův článek, ampérmetr, voltmetr, ohmmetr

8. TLAKOMĚRY. Úkol měření. Popis přípravků a přístrojů

Vlastnosti a provedení skutečných součástek R, L, C

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

Přístroje na měření teploty SITRANS T Převodníky pro montáž do hlavy snímače SITRANS TH300 dvouvodičové provedení, univerzální, HART

Zapojení teploměrů. Zadání. Schéma zapojení

SONDY VLHKOSTI A SONDY VLHKOSTI a TEPLOTY s frekvenčním výstupem

Hlídač plamene SP 1.4 S

MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

8. TLAKOMĚRY. Úkol měření Dynamické měření tlaku Měření tlaků 0-1 MPa

2.1.2 Jaký náboj projde proudovodičem, klesá-li v něm proud z 18 A na nulu tak, že za každou sekundu klesne hodnota proudu na polovinu?

zkoušečky napětí UNITEST Moskito LED, LCD UNITEST Poltest UNITEST 2000 alpha

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

Měření teploty v budovách

6. MĚŘENÍ PROUDU A NAPĚTÍ

Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název DUM: Teplota Číslo DUM: III/2/FY/2/1/13 Vzdělávací předmět: Fyzika Tematická oblast: Fyzikální veličiny

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ VZDÁLENOSTI A POSUVU

KNIHOVNA STANDARDŮ PRVKŮ MaR

CENÍK 2009 ČÁST PJ 34

Transkript:

Definice teploty: Základní pojmy Fyzikální veličina vyjadřující míru tepelného stavu tělesa Teplotní stupnice Termodynamická (Kelvinova) stupnice je určena dvěma pevnými body: absolutní nula (ustává termický pohyb elementárních částic)- trojný bod vody (rovnovážný stav mezi skupenstvími) - 273,16K základní jednotkou je Kelvin [K] - 273,16-tá část termodynamické teploty trojného bodu vody Mezinárodní teplotní stupnice ITS-90 (International Temperatur Scale) vznik v roce 1927 (Celsiova), postupně upravována (naposledy 1990) definována 17 pevnými body (trojné body, body tání, tuhnutí) Vzájemná souvislost teplotních stupnic T = ϑ + 273,15 [K], [ C] 0 K

Rozdělení snímačů teploty Snímače pro dotykové měření elektrické odporové kovové odporové polovodičové termoelektrické polovodičové s PN přechodem (diodové, tranzistorové) dilatační tlakové speciální Snímače pro bezdotykové měření monochromatické pyrometry pásmové pyrometry radiační pyrometry

Odporové kovové snímače Princip změna elektrického odporu kovů v závislosti na teplotě R R = R 0 α ϑ změna elektrického odporu [ ][ ][ 1 Ω, Ω, K ][, K] α teplotní koeficient odporu (α Pt = 0,0039, α Ni = 0,0062, α Cu = 0,00426 ϑ změna teploty odpor při teplotě ϑ Rϑ = R0( 1+α ϑ) vztah má platnost jen v malém rozsahu teplot pro přesná měření a větší rozsahy platí: R ϑ = R [ 2 3 ( )] 1+α ϑ+β ϑ +γ ϑ ϑ 100 0

Základní vlastnosti Základní parametry R 0 - základní odpor - hodnota R čidla při teplotě 0 C, tj. v bodu tání ledu R 100 - hodnota R čidla při teplotě 100 C, tj. v bodu varu vody R ϑ - hodnota R čidla při teplotě ϑ C W 100 - poměr odporů při 100 a 0 C W 100 = R 100 / R 0 α - teplotní součinitel odporu odporového materiálu čidla α = (R 100 - R 0 )/ 100 R 0 Materiál čidla platina nikl měď Vlastnosti čidel Materiál Čidla Základní odpor R 0 [ Ω ] Poměr odporů W 100 Měřicí rozsah [ C] Pt 100 1,3850-200 až 850 Ni 100 1,6180-60 až 180 (250) Cu 100 1,4260-200 až 200

Provedení odporových čidel Čidla vinutá spirálově stočený odporový drátek 0,01 až 0,05mm vinutí je uloženo v kapilárách válcových keramických nosných tělísek navinuto na povrchu tělísek a přeskleno keramickým smaltem vyrábí se s odporem R 0 = 100 a 500Ω Čidla vrstvová vinutí nahrazeno odporovou vrstvou z Pt, Ni nanesenou na nosné destičce (substrátu) z korundové keramiky tlustovrstvá technologie nanášení Pt vrstvy ve formě pasty na substrát sítotiskem tepelná stabilizace vrstvy laserové nastavení požadované hodnoty R 0 rozřezání na jednotlivá čidla a připevnění vývodů tenkovrstvá technologie Pt vrstva se nanáší naprašováním nebo napařováním ve vakuu široký sortiment hodnot R 0 = 100/200/500/1000/2000,...Ω vyrábí se také pro technologii SMT

Přesnost kovových snímačů teploty Třídy tolerance kovové odporové snímače se vyrábějí ve dvou třídách: třída A (u Pt pro rozsah -200 až 650 C) třída B (u Pt pro rozsah -200 až 800 C) toleranční pole se obvykle udává grafem Teplotní závislost odporu matematický výraz tabulka grafické vyjádření 1

Polovodičové odporové snímače Princip Změna odporu je způsobena teplotní závislostí koncentrace nosičů náboje Rozdělení termistory negastory (termistor NTC - Negative Temperatur Coefficient) posistory (termistor PTC - Positive Temperatur Coefficient) monokrystalické Si snímače Porovnání charakteristik

záporný teplotní koeficient Negastory výroba práškovou technologií ze směsi oxidů kovů (Fe 2 O 3 +TiO 2, MnO+CoO..), případně karbidů (SiC) teplotní rozsah : -50 až 200 C, speciální typy -250 až 1000 C závislost odporu na teplotě je exponenciální R 1 1 B T T = 1 0 1 R0 e Teplotní koeficient odporu α: R α= R = B 2 0 T T R 1 odpor termistoru při teplotě T 1 R 0 odpor termistoru při referenční teplotě T 0 (obvykle 298,15 K, tj. 25 C) rozsah 1Ω - 1MΩ B[K] teplotní konstanta ; 1500K<B<7000K

Vlastnosti a použití negastorů teplotní koeficient záporný a o řád vyšší než u kovů α = -0,03 až -0,06 K -1 vhodné pro měření malých změn teploty malé rozměry (perličkový termistor) bodové měření malá časová konstanta nelineární závislost odporu na teplotě menší časová stálost poškození při přehřátí použití pro méně náročné aplikace např. dvoustavová regulace

Pozistory kladný teplotní součinitel odporu odpor zpočátku mírně klesá od referenční (spínací) teploty ϑ J prudce (o 3 řády) narůstá [obr] pro vysoké teploty opět klesá vyrábí se z polykrystalické feroelektrické keramiky (BaTiO 3 ) závislost odporu na teplotě (v oblasti nárůstu R) A ϑ R= R J e R J odpor při referenční teplotě ϑ J A materiálová konstanta (0,16K -1 ) ϑ teplota referenční teplota (dle chem. složení 60 až 180 C) ϑ J použití měření v úzkém rozsahu teplot dvoustavové snímače (signalizace překročení přípustné teploty)

Polovodičové monokrystalické snímače Princip kuželový rozptyl nosičů proudu rozptyl nosičů je úměrný jejich pohyblivosti pohyblivost nosičů je úměrná teplotě Struktura snímače Náhradní schéma R 1 R 2 materiál - nevlastní polovodič N (Si) dva sériově řazené kontakty kov-polovodič - nezávislost na směru proudu zpětný kontakt na spodní straně spojuje vnitřní odpory R 1 a R 2

Teplotní závislost odporu Závislost odporu na rozměrech snímače za předpokladu, že: d<<d a d<<h (viz struktura) platí: ρ R = d průměr kontaktu ρ měrný odpor d Závislost odporu na teplotě přibližně platí: R = R 0 + k(ϑ -ϑ 0 ) 2 Odpor nezávisí na vnějších rozměrech snímače teplotní rozsah: -50 až 150 C jmenovité hodnoty R 25 1; 2 kω α (řádově) 10-2 K -1 příklad KTY10

Měřicí obvody odporových snímačů Požadavky kladené na vyhodnocovací obvody minimalizace vlivu proudu snímačem minimalizace vlivu odporu přívodů k senzoru analogová nebo číslicová linearizace Vliv měřicího proudu průchodem proudu dochází k oteplení senzoru chybu lze vyjádřit vztahem: I ϑ= D [W.K -1 ] zatěžovací konstanta - příkon D potřebný k ohřátí senzoru o 1K maximální měřicí proud I dov = R 2 ϑ D R ϑ maximální dovolená chyba R maximální odpor senzoru v daném rozsahu u senzoru Pt100 s max. povolenou chybou 0,1 C - I dov < 1mA u termistorů (R řádově kω - I dov řádově mikroampéry

Můstkové metody měření Dvouvodičové připojení čidla R ϑ R Cu R J čidlo odpor přívodů justační odpor vliv odporu přívodů je kompenzován justačním odporem justační odpor slouží k přesnému doladění rozsahu měření odpory přívodů R cu závisí zpravidla na teplotě - chyba měření kompenzace vlivu teploty na přívodní vodiče- 3 nebo 4 vodičové zapojení

Můstek zapojený v síti OZ příklad zapojení Aktivní můstky zvolíme-li R 1 =R 2 =R, R 3 =R, R 3 =R ϑz Rϑ vyjádříme-li R ϑ = R ϑz + R ϑ UV = A Ust pak platí: 2 Rϑ Z

Čtyřvodičové zapojení s proud. zdrojem eliminace vlivu odporu přívodních vodičů zesilovač s velkým R i eliminace napětí na počátku rozsahu U = I st.r ϑz U V =A.(Ist.Rϑ - U) = A. I st. R ϑ

Provedení odporových kovových snímačů Provedení jímkové, prostorové Měřicí vložky odporových snímačů teploty snímače jsou vybaveny výměnnými měřicími vložkami vložky obsahují jedno, dvě, výjimečně i tři čidla příruba a keramická svorkovnice dvouvodičový převodník do hlavice snímače teploty Měřicí vložky se obvykle vyrábějí ve variantách: konstrukce s (neohebným) stonkem vnitřní vedení je zasunuté v keramické čtyřkapiláře čidlo je volně uloženo v kovové stonkové trubce měřicí vložka se zvýšenou mechanickou odolností odolnější čidlo volný prostor uvnitř stonkových trubek vyplněn keramickým práškem měřicí vložka s vysokou mechanickou odolností odolné čidlo s ohebným stonkem stonek zhotoven ze zvlášť odolného plášťového kabelu

Monokrystalické PN snímače teploty Princip teplotní závislost napětí PN přechodu v propustném směru lze odvodit, že změna napětí U D / T = -(2,0 až 2,5) mv/k teplotní závislost PN diody: Materiál křemík galiumarsenid

Tranzistorové PN senzory princip teplotní závislost přechodu BE v propustném směru vyhodnocovací obvod ze schématu lze odvodit vztah: U V = U BE U st 2R R V 1

Termoelektrické snímače teploty Princip vznik termoelektrického napětí (Seebeckův jev) materiál kovy (různé), polovodiče výpočet napětí pro malý rozdíl teplot: U= 12 (ϑ m - ϑ s ) [mv, mv/k, K] 12 termoelektrický koeficient Kovy Polovodiče řádově 10 1 µv/k více než 100 µv/k Materiál termočlánků páry materiálů jsou ve světě normalizovány termočlánky se značí dle IEC velkými písmeny statické charakteristiky vybraných termočlánků příklad konstrukčního uspořádání

Kompenzace teploty srovnávacího konce Druhy kompenzací kompenzační vedení kompenzační krabice kompenzace termostatem izotermická svorkovnice Kompenzační vedení prodloužení termočlánku umístění srovnávacího konce do prostředí s malými změnami teploty prodlužovací vedení ze stejného materiálu jako termočlánek použití na menší vzdálenosti

Kompenzační krabice do série s termočlánkem umístěn odporový můstek v jedné větvi můstku je teplotně závislý odpor (Cu) výstupní napětí můstku se superponuje k napětí termočlánku

Izotermická svorkovnice ve svorkovnici je umístěn teplotně závislý odpor teplotní kompenzace je řešena softwarově používá se u číslicových měřicích a řídicích systémů

Dilatační snímače teploty Princip změna délky nebo objemu látky v reakci na měřenou teplotu Rozdělení kovové tyčové bimetalové kapalinové

Kovové snímače teploty Tyčový teploměr Princip Délková roztažnost kovové tyčinky (trubičky): l [ 1+ ( ϑ ϑ )] ϑ = l0 α 0 l ϑ délka při měřené teplotě l 0 Provedení: trubice - velký součinitel (mosaz) tyč - malé (invar, křemen) Vlastnosti malá citlivost (převody) měří průměrnou teplotu (po celé délce) Použití jednoduché obvody dvoupoloh. regulace α délka při vztažné teplotě součinitel délkové roztažnosti

Kovové snímače teploty Bimetalový teploměr Princip nestejná teplotní roztažnost dvou různých kovů je tvořen dvěma pásky po celé délce spojenými (naplátování, svaření) výchylka volného konce závisí na teplotě: y 2 l = k ϑ a k součinitel prohnutí bimetalu [K -1 ] l délka [mm] Vlastnosti a tloušťka [mm] citlivost čidla je dána jeho délkou a tloušťkou často se stáčí do spirály nebo do šroubovice použití cca do 400 C

Kapalinové snímače teploty Princip teplotní závislost objemové roztažnosti kapalin V = V 0 1 [ +β( ϑ ϑ )] ϑ 0 V ϑ objem při měřené teplotě V 0 objem při vztažné teplotě β součinitel objemové roztažnosti Provedení jímka s měrnou kapalinou rtuť etylalkohol pentan (-38 až 365 C) (-100 až 60 C) (-190 až 15 C) cejchovaná kapilára kontakty pro automatické vyhodnocení teploty elektrody

Tlakové snímače teploty Princip teplotní závislost změny tlaku měrné látky v uzavřeném prostoru Složení snímače 1 stonek nádobka s měrnou látkou 2 kapilára tenká trubička spojující stonek s vyhodnocovacím zařízením 3 tlakoměrný člen membrána, vlnovec, Bourdonova trubice

Tlakové snímače teploty Náplň stonku kapalinové snímače glycerín (-20 až 290 C), xylen (-40 až 400 C), metylalkohol (-20 až 290 C) kompenzace teploty kapiláry bimetal do vyhodnocovacího zařízení kompenzační kapilára plynové snímače N 2, H 2, CO 2 nevyžadují teplotní kompenzaci parotlačné snímače část stonku je vyplněna těkavou látkou měří se tlak par metylchlorid (-18 až 75 C), etyléter (35 až 190 C), toluen (120 až 300 C) velká citlivost a přesnost

Toleranční třídy odporových teploměrů

Struktura a teplotní závislost termistoru SiC Výroba vysokofrekvenční napařování na substrát Al 2 O 3 Konstanta B dle teploty rozsah 1600 K až 3400 K Základní hodnota R (při 25 C) 10 kω až 1 M Ω

Dvojvodičové převodníky pro Pt100

Jímkové odporové teploměry

Prostorové odporové teploměry

Statické charakteristiky termočlánků

Konstrukční uspořádání termočlánků