9. Měření teploty. P. Ripka A3B38SME přednáška 9

Podobné dokumenty
Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm µm C C

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

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teloty

Senzory tepelných veličin

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

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

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

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

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

Měření teploty v budovách

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

Školení CIUR termografie

Senzorika a senzorické soustavy

Bezkontaktní termografie

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Železniční konstrukce II CN 04

Snímače teploty a tepelného množství

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

CW01 - Teorie měření a regulace

Fotoelektrické snímače

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

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

Měření teploty 2 Pracoviště: Katedra textilních a jednoúčelových strojů TUL

Ruční bezdotykový teploměr Více jistoty při měření díky dvoubodovému laseru

širokopásmové zachycení veškerého teplotního

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy. Odporové senzory

A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)

Teorie měření a regulace

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Měření teploty v průmyslových aplikacích

Obrazové snímače a televizní kamery

Obrazové snímače a televizní kamery

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

Polovodičové senzory. Polovodičové materiály Teplotní závislost polovodiče Piezoodporový jev Fotonové jevy Radiační jevy Magnetoelektrické jevy

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

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

13. Další měřicí přístroje, etalony elektrických veličin.

Bezdotykové měření teploty

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

Základy práce s IČT kamerou. Ing. Jan Sova, Centrum termografie

Charakteristiky optoelektronických součástek

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 3. Měření teplot

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

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

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

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

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Charakteristiky optického záření

V da1ším budou popisovány pouze teploměry s převodem na elektrický signál.

Porovnání měření teploty dotykovou a bezdotykovou metodou

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

EXPERIMENTÁLNÍ METODY

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Anemometrie - žhavené senzory

Měřicí řetězec. měřicí zesilovač. převod na napětí a přizpůsobení rozsahu převodníku

MĚŘENÍ RELATIVNÍ VLHKOSTI. - pro měření relativní vlhkosti se používají metody měření

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

BEZDOTYKOVÉ TEPLOMĚRY

4. Zpracování signálu ze snímačů

Zdroje optického záření

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

širokopásmové zachycení veškerého teplotního

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

Optoelektronické senzory. Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

Manuální, technická a elektrozručnost

TERMOGRAFICKÉ MĚŘENÍ LOPATEK ROTAČNÍHO STROJE "FROTOR"

Dioda - ideální. Polovodičové diody. nelineární dvojpól funguje jako jednocestný ventil (propouští proud pouze jedním směrem)

Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. Pedagogická fakulta Katedra fyziky. Přístroje pro měření teplot. Bakalářská práce

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

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

Měřící a senzorová technika

2.3 Elektrický proud v polovodičích

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Fakulta biomedic ınsk eho inˇzen yrstv ı Teoretick a elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhl ıˇr, CSc. L eto 2017

Bezkontaktní me ř ení teploty

5. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Teoretické základy bezdotykového měření

Laserové technologie v praxi II. Cvičeníč.1

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

5. TEPLOTNÍ SENZORY. Teplotní senzory - jednotky. Teplotní senzory - rozdělení. Teplotní senzory - jednotky. podle fyzikálního principu

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

Studium fotoelektrického jevu

1. Úvod, odhad nejistot měření, chyba metody. 2. Přístroje pro měření proudu, napětí a výkonu - přehled; měřicí zesilovače;

Problémové okruhy ke zkoušce A3M38VBM Videometrie a bezkontaktní měření ls 2014 Optické záření- základní vlastnosti optického záření a veličiny a

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Václav Uruba, Ústav termomechaniky AV ČR. Vzduch lze považovat za ideální Všechny ostatní fyzikální veličiny jsou funkcí P a T: T K ms


3. Měření efektivní hodnoty, výkonu a spotřeby energie

Základy elektrotechniky

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Transkript:

9. Měření teploty přednášky A3B38ME enzory a měření zdroje převzatých obrázků: pokud není uvedeno jinak, zdrojem je monografie Haasz, edláček: Elektrická měření a skripta Ripka, Ďaďo, Kreidl, Novák: enzory P. Ripka

enzory teploty -teplota = termodynamická stavová veličina -teplotní stupnice: Kelvinova (trojný bod vody 73,6 K), Celsiova,... I-90 (4 rozsahy) elektrické: odporové kovové (RD) odporové polovodičové: - termistory NC - termistory PC kontaktní - monokrystalické i polovod. s PN přechodem krystalové termolelektrické dilatační a tlakové (kapalinové, plynové,...) senzory teploty: speciální(šumové, akustické, ) bezkontaktní

3

Měřicí obvody - vlastní oteplení = vliv měřícího proudu chyba: RI D D zatěžovací konstanta (teplotní vodivost) Pt 00: pro = 0. o C I dov =ma ermistory: I dov < 0 A voltampérová charakteristika: perličkový negastor pozistor 4

linearizace termistorů podmínka: stabilita charakteristiky seriové zapojení: Číslicová Aktivní analogová Pasivní analogová paralelní zapojení: R s = 0 R R B i B i 5

.3 Monokrystalické PN senzory teploty I D U chockleyova rce: D I UD mu e I D mu ln I teplotní závislost napětí I saturační proud PN v závěrném směru I D - proud PN v propustném směru m rekombinační koeficient U D napětí na PN v propustném směru U teplotní napětí k e elementární náboj U e k Boltzmanova konstanta 6

tranzistorová dioda m = U D I D mu ln I pro I o >> I Ud, I D až 3 mv/k 0,mA,3 V ma,0 V 7

integrovaný PN senzor I I e e e e U U U U BE BE r počet paralelně spojených tranzistorů tvořících e plocha emitor. přechodu e U U U BE BE r předp. I = I U BE U k ln r ln( r) I ER e I R typ. r = 8 R = 358 předp. = AD 590: A/K LM 35Z: 0 mv/k nelinearita cca 0, % AD590 8

AD 630 9

eploměr s tranzistorovou diodou: Odvoďte výstupní napětí v závislosti na teplotě tak, aby U v [mv] t [C] 0

Kompenzační krabice (opakování) napětí na diagonále: du ab R drcu U Z d ( R R ) d Cu

Diodový kompenzační obvod pro termočlánky: duv d du D d R R R mv /K

porovnání termočl. RD NC PN polovod. tepl. rozsah -00..300-00..850-80..50-40..00 citlivost -- - + ++ linearita - + -- + záměnnost + ++ drahé + stárnutí -- - pasivní + samoohřev rychlost ++ + + - odolnost ++ -- + - 3

Další teploměry kleněné teploměry lakové teploměry Plynové aparní teploměry Dvojkovové senzory teploty Krystalové teploměry Akustický teploměr w c c p v R M kde c p, c v jsou měrné tepelné kapacity plynu, R je plynová konstanta a M je molekulová hmotnost plynu 4

.6 Kontaktní neelektrické teploměry tempearture indicating lacquers Reversible emperature Indicating Labels (liquid crystal) Omega 5

Časová konstanta dotykových senzorů dt mcd m t t teplo přivedené do senzoru teplo akumulované v senzoru t m je plocha povrchu senzoru, součinitel přestupu tepla, teplota měřeného prostředí, teplota senzoru, t čas, m hmotnost senzoru, c měrná tepelná kapacita senzoru. t m 0 e U reálného senzoru není tepelná vodivost senzoru = apřechodová charakteristika nebude prvního řádu. mc 6

Základy pyrometrie - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty 0.4 μm... 5 μm - 40 0 C... 0 000 0 C výhody: zanedbatelný vliv měřící techniky na objekt možnost měření rotujících nebo pohybujících se těles možnost měření rychlých teplotních změn lze snímat a zobrazovat celé povrchy těles termovize nevýhody: chyba způsobená nejistotou stanovení emisivity měřeného tělesa chyba způsobená prostupností prostředí chyba způsobená odraženým zářením z okolního prostředí 7

Planckův zákon: M 0 5 e c c M o - spektrální hustota intenzity záření [W/m ] C = 3,74.0-6 Wm - C =,44. 0 - mk tefan-boltzmanův zákon: M 0 M 0 d 0 4 M [W.cm. m ] - - 0 0 4 0 0 0 0-0 -4 3000K 000K 500K 300K 00K 77K W d M 0 M 0 m d = 5,670-8 Wm - K -4 0-6 0-0 0 0 0 viditelné spektrum: 0.4.. 0.78 μm 0 3 [ m] 8

Wienův zákon: 0,c, 3000 K zjednodušený Planckův zák.: M 0 c 5 e C Wienův posunovací zákon: m b s rostoucí klesá a naopak b = konst. = 898 mk 9

zářivost: I φ d d Φ (W)... zářívý výkon (tok) zář: L φ d I φ d d cosφ dd cosφ Lambertův zákon: I I cos φ L cos φ L L φ n φ φ n φ I I n φ n konst. Kirchhoffův zákon: M f (, ) 0

pohltivost p d prostupnost t d p d t d - pohltivost pro danou vln. délku -pohlcený tok -dopadající tok - prostupnost pro danou vln. délku -prostupující tok -dopadající tok!! vztahy jsou pro monochromatické záření - pro danou vlnovou délka!! odrazivost r d r d - odrazivost pro danou vln. délku -odražený tok -dopadající tok emisivita ε M M 0 M intenzita vyzařování zářiče M k intenzitě vyzařování černého tělesa M 0 M M 0 ; M M0

- atmosférická prostupnost 5 o C:

propustnost optiky 00 80 (%) 60 40 křemen 0 0 safír BaF MgF Zne KBr Ge 4 6 8 0 4 6 8 0 i 300K 77K ( m) 3

Pyrometrie = bezkontaktní měření teloty termočlánkové baterie senzory infračerveného záření Bolometry pyroelektrické detektory polovodičové (kvantové) detektory hlavní problémy: emisivita: neznámá závislá na vlnové délce závislá na teplotě závislost na úhlu k měřenému povrchu pohltivost prostředí 4

Okolní vlivy na přesnost IR teploměru 5

. termočlánková baterie - konstruována jako tenké kovové pásky nebo i technologií - často umístěna ve vakuové baňce parametr pro výběr materiálu: Z typ 8 až 500 o Ca víc typ 7-8 m 6

. Bolometry - užívají principu odporových senzorů teploty - tenké vrstvy oxidů (např. MnO, MgO, NiO, ) nanesené na nevodivé tenké podložce Mikrobolometrická matice v uspořádání FPA Uspořádání matice FPA detail elementu IR záření mikromůstek CMO matice FPA 7

Mikrobolometrický element matice odporové čidlo CD 00.PP i membrána kontakt upevnění mezera, substrát obvodové vymezení selekce elementu odporový senzor teploty spojen se substrátem jen tenkými přívody 8

3. Pyroelektrické detektory pyroelektrický jev = změna spontánní polarizace P při změně teploty materiály: G, PZ, LiaO 3, PVDF pyroelektrický koeficient: p P pyroelektrický čip se zesilovačem C du P dq a o o r( ) a a p( ) d ( ) r d p( ) d U Q C transparentní elektroda nutná rotující clona elektroda pyroelektrikum 9

kompenzovaný integrovaný pyroelektrický senzor: optický filtr 30

4. Kvantové (fotoelektrické) detektory Relativní citlivost (detektivita) infračervených detektorů 3

Pyrometry úhrnné pyrometry jednopásmové dvoupásmové. Úhrnné radiační pyrometry - vyhodnocení teploty podle tefan-boltzmanova zákona: skutečná teplota 0 černá teplota = teplota černého zářiče M intenzita záření M 4 0 M0d 0 = 5,670-8 Wm - K -4 -pyrometry jsou výrobcem cejchovány podle černého tělesa -tepelné záření se na senzor zaostřuje soustavou čoček nebo zrcadlem 3

4 4 ( 0 A) p ( A) ( ) 0 A 4 p A d 0,5 d - emisivita p prostupnost atmosféry OP prostupnost optiky Z tok ze zářiče PO tok z pouzdra detektoru 33

O530L O5 000 Kč přesnost: ±% ze čtení, 6 000 Kč rozsah: -8 až 538 C, optika Přesnost: ±% ze čtení, 0:, rozsah: -8 až 540 C, optika 0: 34 bodové laserové zaměřování

. Jednopásmové pyrometry -typ polovodič. senzor + interferenční filtr -monochromatické pyrometry existují jen teoreticky ( ef, ef ) c c c o 5 o o 5 e c e c c o o ln( ) d c d = m = 000 K c =,44.0 - mk 35

Jasový pyrometr (typ jednopásmového pyrometru) 0 ln( ) c - c 0 - skutečná teplota měřeného předmětu [K] - teplota naměřená pyrometrem[k] je vlnová délka [m] - konstanta, c - emisivita,44.0 - spektrální propustnost - spektrální pohltivost - [m.k] 36

Určení emisivity :. z tabulek. kalibrací nekovové materiály 0,85-0,9 neoxidované kovy 0,5-0, Al, Au, Ag 0,0-0,04 u kovů, i, keramiky 37

3. Dvoupásmové pyrometry P P c c c o c o e c e c e c e c L L 5 5 5 5 z Planck. zákona platí pro poměr záření: ln c P 04 38 A3B38ME přednáška 9

termovize echnické parametry: eplotní rozlišení: 0, při 30 C Rozsah zaostřování: 0,4 m až nekonečno Detektor Pbe: chlazený termometrický Frekvence snímání: 5 Hz Výstup video: R 70 Rozměry: 98 0 8,3 mm Hmotnost:,5 kg Pracovní teplota: -0 C až + 50 C Rázy / Vibrace: 5 g / g Rozlišení hledáčku: 400 řádků Hmotnost 0,85 kg Příkon 7 W AGEMA 0 39

Long Range hermal Imager 40

Vláknooptická sonda - IR snadné umístění na těžko dostupná místa možnost zaostření do nevýbušných prostředí do teplot 300 C (bez chlazení) cena (000 $) fixní ostření 4