širokopásmové zachycení veškerého teplotního

Měření technologických veličin Měření tlaku Měření průtoku a proteklého množství Měření hladiny Měření koncentračních veličin 1 MĚŘENÍ TEPLOTY teplota je jednou z nejdůležitějších veličin ovlivňujících téměř všechny stavy a procesy v přírodě při měření teploty se měří obecně jiná veličina A, která je na teplotě závislá podle určitého vztahu A = f (t), který lze číselně vyjádřit k měření teploty se využívá celé řady funkčních principů Rozdělení snímačů teploty: snímače dotykové snímače bezdotykové 2 Přehled technických teploměrů Skupina Typ teploměru Princip měření Teplotní rozsah ( C) plynový změna tlaku -5 +500 Dilatační tenzní změna tenze par -40+400 teploměry kapalinový změna objemu -200+750 kovový délková roztažnost 0 +900 termoelektrické termoelektrický jev -200+1 700 odporové kovové změna elektrického odporu -250+1 000 Elektrické odporové teploměry změna elektrického odporu -200+400 polovodičové diodové změna prahového napětí -200+400 teploměrná tělíska bod tání +100+1 300 Speciální teploměrné barvy změna barvy +40+1 350 teploměry optovláknové změna amplitudy či fáze při šíření senzory nebo odrazu světla -80+400 širokopásmové zachycení veškerého teplotního pyrometry záření -40+6 000 Bezdotykové teploměry úzkopásmové zachycení úzkého svazku pyrometry teplotního záření -40+3 000 poměrové srovnání dvou svazků teplotního pyrometry záření +700+2 000 termovize snímání teplotního obrazu tělesa 3-40+2 000 2-MRT_2011-Teplota.docx 1 K. Kadlec, 19.2.2011

Speciální teploměry teploměrné barvy na bázi kapalných krystalů (termochromní kapalné krystaly) kapalné krystaly cholesterického typu, u nichž dochází k vratným změnám orientace se změnou teploty na bázi organických molekulárních komplexů dochází ke změně barvy při tzv. teplotě zvratu příprava termochromních tiskových barev např. pro etikety (termocitlivá látka je uzavřena do mikrokapsule) optovláknové senzory teploty využívají změnu šíření světla optickým vláknem nebo odrazu světla na konci vlákna v závislosti na změně teploty pro aplikace, kde tradiční teploměry nelze použít (např. měření teploty v mikrovlnných troubách) 4 Ukázky aplikace termochromních barev samolepicí štítky nevratná změna barvy při překročení mezní teploty vratná změna barvy při překročení mezní teploty využití na etiketách některých výrobků (např. lahvové pivo) 6 Teploměry tenzní využívají závislost tenze par na teplotě, kterou je možno vyjádřit např. Antoineovou rovnicí: Statická charakteristika: B log p = A - t + C Provedení tenzního teploměru: spojovací kapilára p vlnovec T v T k T Dt Dl jímka částečně naplněná kapalinou Používané náplně: propan (-40 až 90) C ethylether (35 až 190) C toluen (120 až 300) C a další... 7 2-MRT_2011-Teplota.docx 2 K. Kadlec, 19.2.2011

Teploměry kapalinové měření změn objemu při změně teploty: V t = V 0 (1 +.t) běžně používané jsou skleněné teploměry, nejčastěji plněné rtutí Provedení kapalinového teploměru pro provozní použití: deformační tlakoměr kompenzační kapilára měřicí nádobka ukazovací ústrojí spojovací kapilára Používané náplně: rtuť (-30 až 500) C, xylen (-40 až 400) C, methanol (-40 až 150) C aj. 8 Dvojkovové senzory teploty využívá se tepelné roztažnosti kovových materiálů teploměrným čidlem je bimetal (dvojkov) bimetalový pásek je zhotovený ze dvojice pevně spojených kovových materiálů s rozdílným teplotním součinitelem roztažnosti při změně teploty se bimetalový pásek deformuje Provedení bimetalového teploměru pro spínací účely: bimetal (dvojkov) spínací kontakt při změně teploty se pásek prohne a sepne kontakt pro zvýšení citlivosti bývá pásek stočen do spirály nebo šroubovice bimetalové senzory se často používají pro dvoupolohovou regulaci teploty 9 Elektrické teploměry termoelektrické snímače teploty odporové snímače teploty transformují teplotu na elektrický signál (napětí, proud, odpor) nejčastěji používané typy senzorů pro provozní měření teploty pro čidla regulátorů při automatickém řízení teploty pro moderní přenosné teploměry 10 2-MRT_2011-Teplota.docx 3 K. Kadlec, 19.2.2011

Termoelektrické senzory teploty termoelektrické senzory jsou založeny na Seebeckovu jevu (převod tepelné energie na elektrickou) termoelektrický článek - dva vodiče z různých kovových materiálů, které jsou na obou koncích spolu vodivě spojeny jestliže teplota t m měřicího spoje bude různá od teploty t s srovnávacího spoje, vzniká termoelektrické napětí a obvodem prochází proud v zjednodušené formě můžeme závislost termoelektrického napětí na teplotě vyjádřit lineárním vztahem: E = AB t m + BA t s = AB (t m - t s ) AB je koeficient závislý na materiálech použitých kovů a platí AB = - BA Uvedený vztah platí jen pro úzké rozmezí teplot. Pro přesnější vyjádření se používá vztahu: n i E = a i Dt n = 2 až 14 podle i =0 požadované přesnosti 11 Typy termočlánků Materiál na výrobu termočlánků by měl vykazovat: stabilitu údaje při dlouhodobém provozu odolnost proti chemickým a mechanickým vlivům co největší a lineární přírůstek termoelektrického napětí s teplotou Statické charakteristiky termočlánků: Páry materiálů pro vytvoření termočlánků jsou normalizovány. typ E J T K R S B materiál NiCr-CuNi Fe-CuNi Cu-CuNi NiCr-NiAl PtRh13-Pt PtRh10 Pt PtRh30-PtRh6 12 Konstrukční uspořádání termoelektrických snímačů Termoelektrický snímač s ochrannou jímkou snímač pro provozní aplikace připojovací hlavice se svorkovnicí Termoelektrický článek je umístěn v ochranné armatuře zabraňuje jeho mechanickému poškození chrání před nepříznivými fyzikálními a chemickými vlivy zhoršuje však jeho dynamické vlastnosti keramická izolace termočlánek ochranná jímka 13 2-MRT_2011-Teplota.docx 4 K. Kadlec, 19.2.2011

Plášťový termočlánek Termočlánkové dráty jsou uloženy v niklové nebo nerezové trubičce vyplněné práškovým MgO nebo Al 2 O 3 termočlánkové dráty kovová kapilára Přednosti plášťových termočlánků: snadné tvarové přizpůsobení možnost měření na těžko přístupných místech malá tepelná kapacita velmi dobrý přestup tepla příznivé dynamické vlastnosti termočlánek 0,5 mm rukojeť keramický prášek kovová kapilára 15 Měřicí obvod termočlánku měřicí spoj t m Měření termoelektrického napětí: měřicí přístroj se zapojí tak, že se rozpojí srovnávací spoj měřicí přístroj se zapojí do jedné větve termočlánku t s srovnávací spoj vodiče termočlánku Pro správnou funkci snímače je nutné aby teplota t s srovnávacího spoje byla konstantní, nebo aby vliv termoelektrického napětí tohoto spoje byl kompenzován. měděné vodiče přesný milivoltmetr měřicí spoj srovnávací spoj (voda s ledem) vodiče i spoje jsou izolované od vody 16 Základní zapojení termočlánku: Přímé měření termoelektrického napětí milivoltmetrem: t m t s R j měřicí spoj srovnávací spoj vyrovnávací (justační) odpor měřicí přístroj Faktory ovlivňující výsledek měření: vliv velikosti vnitřního odporu měřicího přístroje vliv odporu spojovacího vedení vliv kolísání teploty srovnávacího spoje prodloužení termočlánku do místa srovnávacího spoje pomocí vyrovnávacího (prodlužovacího, kompenzačního) vedení 17 2-MRT_2011-Teplota.docx 5 K. Kadlec, 19.2.2011

Potlačení vlivu teploty srovnávacího spoje umístěním srovnávacího spoje do termostatu v laboratoři při 0 C u provozních aplikací při 50 C analogovými kompenzačními obvody (kompenzační krabice) u číslicových měřicích systémů číslicovou korekcí měřicí spoj t m Termostat: t s srovnávací spoj v termostatu regulace teploty topení Elektronická kompenzace: měřicí spoj t m t s měření teploty srovnávacího spoje elektronické vyhodnocovací obvody teplotní čidlo 18 termoelektrickým senzorem s použitím dvouvodičového převodníku měřicí přístroj (4 až 20) ma termočlánek t m napájecí t s napětí srovnávací spoj na svorkách převodníku převodník (zesilovač) s unifikovaným proudovým výstupem napájecí zdroj velikost napájecího proudu převodníku je funkcí hodnoty měřené veličiny při počáteční hodnotě teploty je hodnota výstupního signálu 4 ma s rostoucí teplotou se zvyšuje velikost proudového výstupu až k maximální hodnotě 20 ma tohoto zapojení se používá při provozním měření teploty 19 Teploměr s číslicovým výstupem zesilovač analogového termočlánek signálu A/D převodník číslicový displej ZES A/D _ EO _ DISP t s srovnávací spoj na svorkách převodníku automatická kompenzace t s číslicové elektronické obvody teplota srovnávacího spoje se měří polovodičovým senzorem teploty číslicový elektronický obvod zajišťuje korekci údaje při změnách teploty srovnávacího spoje číslicové obvody zajišťují rovněž linearizaci statické charakteristiky teploměru 20 2-MRT_2011-Teplota.docx 6 K. Kadlec, 19.2.2011

vícemístným měřicím systémem termočlánky izotermická svorkovnice polovodičový senzor teploty měřicí blok s multiplexerem A/D převodník Multiplexer mnohapolohový přepínač zajišťuje sériové zpracování informací z jednotlivých měřicích míst měřicí systém řízený mikroprocesorem Mikroprocesor zajišťuje zpracování signálu z jednotlivých měřicích míst zajišťuje kompenzaci teploty srovnávacího spoje21 Odporové snímače teploty kovové odporové teploměry polovodičové odporové teploměry ukázky provedení průmyslových snímačů teploty 22 Kovové odporové teploměry elektrický odpor kovových vodičů vzrůstá s teplotou pro menší teplotní rozsah (Dt < 100 C) lze použít lineární vztah: R = R 0 [1 + (t - t 0 )] kde je teplotní součinitel odporu, jehož střední hodnota je: R100 - R0 = 100R 0 dalším základním parametrem odporových snímačů je poměr odporů čidla při teplotě 100 C a při 0 C R100 W 100 = R 0 pro širší teplotní rozmezí použijeme polynom vyššího stupně např.: R = R 0 [1 + (t - t 0 ) + (t - t 0 ) 2 ] 23 2-MRT_2011-Teplota.docx 7 K. Kadlec, 19.2.2011

Provedení kovových odporových senzorů používají se především čisté kovy, jejichž teplotní součinitel má být stálý a pokud možno co největší (platina, nikl, měď) nejčastěji používaným materiálem je platina může být vyrobena ve standardně čistém stavu je fyzikálně a chemicky stálá Drátkové měřicí odpory drátkový měřicí odpor (jmenovitá hodnota odporu při 0 C je 100 ) skleněná nebo keramická izolace skleněný plášť přívodní vodiče platinový drátek dvojitá drátkové odpory jsou časově velmi stálé keramická kapilára umisťují se do ochranné jímky nevýhodou jsou nepříznivé dynamické vlastnosti (velká tepelná kapacita) 24 Plošné měřicí odpory měřicí odpory vyráběné tenkovrstvou technologií, při níž se platinový odpor vytvoří fotolitografickou technikou ve formě jednoduchého meandru na ploché korundové destičce jmenovitý odpor čidla se nastaví pomocí laseru plošné měřicí odpory se vyrábí se jmenovitou hodnotou 100, 500, 1000, 2000 keramický tmel skleněná ochranná vrstva přívody Pt meandr korundová podložka perspektivní senzory vyráběné moderní technologií vyšší hodnota jmenovitého odporu příznivé dynamické vlastnosti 25 Polovodičové odporové teploměry využívá se závislosti odporu polovodičů na teplotě v praxi se využívá několika typů polovodičových senzorů teploty: NTC - termistory (negastory) vyráběny práškovou technologií z oxidů kovů (Fe 2 O 3, TiO 2, CuO, MnO, NiO, CoO, BaO aj.) vylisované senzory (nejčastěji ve tvaru perličky) se zpevňují slinováním za vysoké teploty vykazují záporný teplotní součinitel odporu závislost odporu na teplotě je nelineární a odpor s teplotou klesá: R 1 1 B - T T0 = R 0 e PTC - termistory (pozistory) přívodní drátky termistor průměr několik desetin mm R, R 0 - odpory termistoru při teplotách T a T 0 B - veličina úměrná aktivační energii vyrábějí se z polykrystalické feroelektrické keramiky např. BaTiO 3 vykazují kladný teplotní součinitel odporu v úzkém teplotním rozmezí odpor pozistoru prudce stoupá 26 2-MRT_2011-Teplota.docx 8 K. Kadlec, 19.2.2011

Porovnání teplotních závislostí odporových senzorů negastor pozistor kovový teploměr polovodičové senzory vykazují vyšší citlivost než kovové polovodičové senzory mají příznivější dynamické vlastnosti kovové senzory mají vysokou stabilitu, reprodukovatelnost a přesnost 27 Měřicí obvody pro odporové senzory teploty K měření odporu se nejčastěji využívá zapojení do Wheatstoneova můstku, který může pracovat jako: vyvážený můstek metoda nulová nevyvážený můstek - metoda výchylková Při nulové metodě se nastavuje rovnováha změnou odporu druhé větve můstku. Mírou odporu je pak změna polohy jezdce potenciometru. Vyvažování je buď manuální nebo automatické. U nevyváženého můstku mírou měřeného odporu je výchylka měřicího přístroje zapojeného v diagonále můstku. Při provozním měření se nejčastěji využívá metoda výchylková, a podle počtu vodičů spojujících měřicí odpor s přístrojem se setkáváme se zapojením dvouvodičovým, třívodičovým a čtyřvodičovým. 28 Nevyvážený můstek pro odporové senzory teploty měřicí odpor Dvouvodičové zapojení: projevuje se vliv teploty na odpor spojovacího vedení odpor vedení Třívodičové zapojení: zapojení kompenzuje vliv teploty na odpor spojovacího vedení 28 2-MRT_2011-Teplota.docx 9 K. Kadlec, 19.2.2011

Porovnání elektrických teploměrů Termočlánek Kovový odporový teploměr Termistor Výhody aktivní snímač jednoduchý levný odolný široký teplotní rozsah příznivé dynamické vlastnosti vysoká stabilita vysoká přesnost lepší linearita než u termočlánku vysoká úroveň signálu a jeho necitlivost k rušivým vlivům vysoká citlivost rychlá odezva dvouvodičové měření Nevýhody obecně nelineární nízká úroveň signálu potřeba kompenzace srovnávacího spoje potřeba stabiliz. napájecího zdroje zahřívání procházejícím proudem horší dynamické vlastnosti nelineární omezený teplotní rozsah křehký potřeba stabiliz. napájecíhoho zdroje zahřívání procházejícím proudem 30 Indikační a registrační teploměry Panelové přístroje ukazovací přístroje Elektronické bezpapírové zapisovače s bargrafem kompaktní regulátory 31 Teploměry s datalogerem Dataloger zařízení umožňující ukládání naměřených dat do paměti a následné čtení zaznamenaných údajů elektronický zapisovač naměřených hodnot možnost přenosu dat do PC Kompaktní dataloger teplotní senzor elektronické obvody paměť baterie Interface: propojení datalogeru s počítačem programování datalogeru čtení zaznamenaných údajů nabíjení akumulátoru datalogeru 32 2-MRT_2011-Teplota.docx 10 K. Kadlec, 19.2.2011

Aplikace teploměru s datalogerem Záznam teploty při laboratorních experimentech při skladování při transportu při výrobním procesu konzervárenství, mrazírny, farmaceutické výroby ap. dataloger Software grafické a tabulkové vyhodnocení 33 Inteligentní převodníky teploty Inteligentní převodník (smart transmitter) : umožňuje připojení různých čidel pro snímání měřené veličiny (termočlánek, odporový teploměr a j.) zahrnuje elektronické obvody pro zpracování, analýzu a unifikaci signálu jedná se o přístroj, jehož funkce je řízena mikroprocesorem umožňuje konfiguraci výstupního signálu umožňuje komunikaci s PC konfigurace a funkce převodníku je programovatelná uživatelem 34 Schéma inteligentního převodníku teploty senzor A/D převodník kompenzace srovnávacího spoje různé typy termočlánků, odporových teploměrů, další typy snímačů mikorpočítač řízení měření měřicí rozsah linearizace tlumení korekce inž. jednotky diagnostika komunikace paměť EPROM rozsahy měření konfigurace převodníku korekční faktory tabulky hodnot D/A převodník číslicová komunikace (4 až 20) ma programátorský modul 35 2-MRT_2011-Teplota.docx 11 K. Kadlec, 19.2.2011

Zabudování dotykových teploměrů vhodné umístění teplotních snímačů je jedním ze základních předpokladů správného měření teploty u snímače musí být zajištěn dokonalý styk s prostředím, aby docházelo i k dobrému přestupu tepla ztráty tepla vedením se omezí dostatečným ponorem teploměru měření teploty kapalin v nádobách vyžaduje míchání zvětšení součinitele přestupu tepla dosažení homogenního teplotního pole Volba měřicího místa: snadná montáž, demontáž a údržba teploměru umístění čidla do teploměrné jímky, která chrání teploměr proti chemickým a mechanickým vlivům dochází však ke zhoršení dynamických vlastností 36 Zabudování a propojení teploměrných snímačů Správné umístění snímače do potrubí Snímač s připojovací hlavicí převodník do připojovací hlavice převodníky pro montáž na lištu převodník s displejem 37 BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY všechny objekty, jejichž teplota je vyšší než absolutní nula vyzařují elektromagnetické záření v určité části spektra záření je optickým systémem soustředěno na detektor, jehož elektrický signál je zpracován v elektronických obvodech a výstupem je údaj na displeji nebo termogram na monitoru vyhodnocovacího zařízení využívá se zejména vyzařování infračerveného záření 38 2-MRT_2011-Teplota.docx 12 K. Kadlec, 19.2.2011

Spektrum záření odpovídá měření teploty od - 40 C do 10 000 C 39 Vyzařování černého tělesa část tepelné energie látek se neustále přeměňuje v energii, vysílanou ve formě elektromagnetického záření černé těleso je idealizovaný objekt, který při dané teplotě vyzáří nejvyšší možné množství energie, a také naopak pohltí veškerou energii, která na něj dopadá intenzita vyzařování M (W m -2 ) je dána vztahem d Φ M = ds - zářivý tok (W), S - plocha povrchu zdroje záření (m 2 ) intenzita vyzařování má integrální charakter a skládá se z příspěvků při jednotlivých vlnových délkách M = 0 M d M - spektrální hustota intenzity vyzařování (W m -3 ) - vlnová délka (m) 40 Vyzařování tělesa Planckův a Wienův zákon M 0 - spektrální hustota vyzařování černého tělesa celková intenzita vyzařování je vyjádřena plochou pod křivkou pro danou teplotu intenzita vyzařování výrazně klesá s klesající teplotou 41 2-MRT_2011-Teplota.docx 13 K. Kadlec, 19.2.2011

Vyzařování tělesa Stefan-Bolzmannův zákon integrací vztahu podle Planckova zákona přes všechny vlnové délky dostaneme Stefan-Boltzmannův zákon H 0 = T 4 = 5,67.10-3 [W m -2 K -4 ] skutečné těleso vyzařuje i pohlcuje méně než ideální černé těleso poměr energie vyzařované objektem při dané teplotě k energii vyzařované černým tělesem při téže teplotě se nazývá emisivita hodnota emisivity skutečného tělesa je vždy menší než 1 selektivní zářiče tělesa, která mají pro různou vlnovou délku různou emisivitu šedá tělesa emisivitu šedého tělesa můžeme považovat za konstantní v dosti širokém rozsahu vlnových délek H 0 = T 4 Stefan-Boltzmannův zákon je důležitý pro širokopásmové pyrometry 42 Emisivita měřeného objektu Hodnoty emisivity pro vybrané povrchy: těleso emisivita černé těleso 1 černý matový lak 0,99 voda 0,95 cihly 0,85 zoxidovaný ocelový plech 0,75 zoxidovaný hliník 0,55 lesklý ocelový plech 0,25 Stanovení hodnoty emisivity povrchu objektu: Při aplikaci bezdotykových teploměrů pro měření teploty povrchu těles je znalost hodnoty emisivity nezbytná. vyhledáním ve vhodné tabulce s využitím měření teploty povrchu dotykovým teploměrem změří se teplota dotykovým teploměrem a při měření IČ-teploměrem se nastaví emisivita na takovou hodnotu, aby bezdotykový teploměr ukázal stejnou hodnotu, která byla naměřena dotykově úpravou části povrchu objektu na známou emisivitu např. speciálním lakem nebo nálepkou se známou emisivitou 42 Emisivita, pohltivost, odrazivost, propustnost ve stavu tepelné rovnováhy nedochází k ohřívání ani ochlazování energie, která se vyzařuje, musí být rovna energii pohlcované emisivita se rovná pohltivosti, T =, T podle Kirchhoffova zákona platí černé těleso maximálně vyzařuje i maximálně pohlcuje záření při teplotě tělesa větší než teplota okolí převažuje vyzařování energie nad jejím pohlcováním a obráceně pohltivost (absorbance) - poměr pohlceného a dopadajícího záření odrazivost (reflektance) - poměr odraženého a dopadajícího záření propustnost (transmitance) - poměr prostupujícího a dopadajícího součet všech tří faktorů je vždy roven jedné: + + = 1,0 analogický vztah platí i pro emisivitu: + + = 1,0 44 2-MRT_2011-Teplota.docx 14 K. Kadlec, 19.2.2011

Rozdělení bezdotykových teploměrů BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY PYROMETRY (IČ-TEPLOMĚRY) ZOBRAZOVACÍ ZAŘÍZENÍ SUBJEKTIVNÍ OBJEKTIVNÍ Širokopásmové (úhrnné) vyhodnocují teplotu v širokém spektru vlnových délek Úzkopásmové (pásmové) měří prostřednictvím záření v úzkém rozmezí vlnových délek Poměrové měří na základě poměru intenzit při dvou vlnových délkách 44 Uspořádání bezdotykového teploměru povrch měřeného objektu zaostření záření na senzor soustava čoček či zrcadel pro detekci se využívají různé senzory přesnost měření závisí do značné míry na přesnosti určení emisivity 46 Detektory tepelného záření Termočlánkové baterie baterie termočlánků obsahuje několik desítek měřicích spojů na ploše 4 mm 2 Bolometry načerněné tenkovrstvé odporové senzory teploty měřicí bolometr srovnávací bolometr měřicí spoje termočlánků srovnávací spoje termočlánků skutečná velikost senzoru citlivá část senzoru je načerněna senzor se umisťuje často do vakuované baňky Pyroelektrické senzory založeny na pyroelektrickém jevu (vyvolání náboje na elektrodách) 47 2-MRT_2011-Teplota.docx 15 K. Kadlec, 19.2.2011

Kvantové detektory IČ-záření využívají fyzikálních jevů vznikajících při interakci fotonů dopadajících na strukturu senzoru fotodioda - vznik fotoelektrického napětí (proudu) - PN-přechod na Si-diodě fotoodpor - změna elektrické vodivosti (odporu) - fotoodpory na bázi PbS, InSb, PbSe fototranzistor, fotonka, fotočlánek měří teplotu prostřednictvím záření v úzkém pásmu vlnových délek šíře pásma vlnových délek je od 10 nm do jednotek m pásmo vlnových délek závisí na použité optice a senzoru záření 48 Širokopásmové (úhrnné) pyrometry vyhodnocují teplotu podle Stefan-Boltzmannova zákona pro šedé těleso pracují s vlnovými délkami od (0,4 až 2,5) m až do 20 m k detekci se využívají tepelné senzory (baterie termočlánků, bolometry) Úzkopásmové (pásmové) pyrometry pásmo vlnových délek je dáno spektrální citlivostí kvantového senzoru záření, spektrální propustností optiky, optického filtru a spektrální propustností atmosféry k detekci se využívají kvantové senzory záření (fotonky, fotočlánky, fotodiody, fototranzistory a fotoodpory), v poslední době i mikrobolometry šíře pásma vlnových délek bývá od desítek nm do jednotek m a souvisí s požadovaným účelem měření krátké vlnové délky se používají k měření vysokých teplot nad 500 ºC dlouhé vlnové délky se používají pro měření nízkých teplot již od -40 ºC pásmový pyrometr pracující s IČ-zářením se označuje jako IČ-teploměr 48 Provedení přenosných IČ-teploměrů s laserovým zaměřováním s digitálním fotoaparátem FLUKE optický systém detektor záření vstupní okénko IČ-teploměru bývá chráněno tenkou polyetylenovou folií, která propouští IČ-záření elektronické obvody jsou řízené P měřicí rozsah -20 C až 1500 C OMEGA s UZ měřením vzdálenosti digitální foto pro dokumentaci měření OPTRIS LS s dvojitou optikou 50 2-MRT_2011-Teplota.docx 16 K. Kadlec, 19.2.2011

Zaměření měřeného objektu plocha měřeného objektu musí zcela vyplňovat zorné pole IČ-teploměru tato plocha roste se čtvercem vzdálenosti nesplnění tohoto požadavku vede k chybným výsledkům měření (měří se průměrná teplota pozorované oblasti, tj. objektu a jeho okolí) měření je nezávislé na vzdálenosti přístroje od měřeného objektu, pokud obraz objektu kryje obrys přijímače záření kontrola se provádí vizuálně okulárem nebo podle diagramu na přístroji či pomocí laserového zaměřovače Zorné pole IČ-teploměru: Laserové zaměřování: bodové kruhové Velikost objektu a zorné pole: objekt chybně zorné pole správně správně chybně 51 Kalibrace IČ-teploměrů kalibrace se provádí pomocí černého tělesa reálné černé těleso má hodnotu emisivity 0,99 > > 0,98 Princip černého tělesa: Provedení černého tělesa: PID regulátor teploty zařízení poskytuje stabilní teploty i pod 0 C vybavení rozhraním RS 232 umožňuje počítačové řízení při nastavování teploty (automatické testování) rozsahy teplot u vyráběných zařízení: od -20 C až přes 1000 C 52 Stanovení hodnoty emisivity povrchu objektu vyhledáním ve vhodné tabulce např. Kreidl M.:. BEN Praha 2005 s využitím měření teploty povrchu dotykovým teploměrem změří se teplota dotykovým teploměrem při měření IČ-teploměrem se nastaví emisivita na takovou hodnotu, aby bezdotykový teploměr ukázal stejnou hodnotu, která byla naměřena dotykově nastavená emisivita odpovídá emisivitě objektu úpravou části povrchu objektu na známou emisivitu např. začernění speciálním lakem se známou emisivitou, nebo nalepením nálepky se známou emisivitou změření teploty bezdotykovým teploměrem jednak v oblasti s definovanou emisivitou a jednak na povrchu objektu 53 2-MRT_2011-Teplota.docx 17 K. Kadlec, 19.2.2011

Termokamery a termografie snímání teplotních polí měření rozložení teploty na povrchu těles Termokamery: moderní termokamery používají maticový mikrobolometrický detektor mikrobolometrické senzory na bázi oxidů kovů (např. TiO 2 ) uspořádání do matice (FPA Focal Plane Array) matice obsahují až 320x240 příp. 640x480 elementů (307 200) výstupem je termogram - viditelný obraz v určité barevné škále na displeji či obrazovce PC - radiometrické termokamery počítají teplotu jednotlivých bodů - stupnice přiřazení barvy a teploty termokamera FLIR teplotní obraz izolátorů 52 Termografické měření měřený objekt atmosféra záření objektu odražené záření záření atmosféry termokamera okolí - emisivita objektu - propustnost atmosféry M - intenzita vyzařování T - teplota obj. - objekt atm. - atmosféra refl. - odraz Termokamera (IČ-teploměr) snímá: záření objektu odražené záření z okolí na povrch objektu Je třeba dále uvažovat: zeslabení záření atmosférou vyzařování atmosféry 53 Použití bezdotykových teploměrů Aplikace: termografie termodiagnostika kontrola procesů speciální aplikace měření teploty na chladiči měření rozložení teplot na povrchu objektů na technologickém zařízení na elektronických obvodech na povrchu biologických objektů diagnostická a inspekční měření prevence vzniku poruchových stavů diagnostika v lékařství měření teplot pohybujících se objektů teplota potravinářských výrobků (pekárny) teplota rotujících objektů, běžících pásů měření rychlých změn teploty měření na elektrických rozvodech 54 2-MRT_2011-Teplota.docx 18 K. Kadlec, 19.2.2011

Přednosti a nedostatky bezdotykového měření teploty Výhody: zanedbatelný vliv měřicího zařízení na měřený objekt možnost měření rotujících a pohybujících se těles možnost měření rychlých teplotních změn možnost snímání rozložení teplot na celém povrchu objektu (termovize) Nevýhody: chyba způsobená nejistotou stanovení emisivity měřeného objektu chyba způsobená prostupností prostředí (absorbce tepelného záření v prostředí mezi měřeným objektem a pyrometrem - sklo, CO 2, vodní páry, dým) chyba způsobená odraženým zářením z okolního prostředí 62 Odkazy na literaturu Kreidl M.:. BEN Praha 2005 Lysenko V.: Detektory pro bezdotykové měření teplot. BEN Praha 2005 Bentley J. P.: Measurement Systems. Pearson Education Limited 2005 Dyer S. A.: Survey of Instrumentation and Measurement. Wiley- Interscience 2001 Altmann W.: Practical Control for Engineers and Technicans. Newnes- Elsevier 2005 Internetové odkazy: www.cometsystem.cz www.tmvss.cz www.endress.com www.omegaeng.cz www.jumo.cz www.testo.cz 63 2-MRT_2011-Teplota.docx 19 K. Kadlec, 19.2.2011