1 SENZORY TEPLOTY TEPLOTA je jednou z nejdůležitějších veličin ovlivňujících téměř všechny stavy a procesy v přírodě Ke stanovení teploty se využívá závislosti určitých fyzikálních veličin na teplotě (A = f(t)) teplotu měříme pouze nepřímo. PRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí. Poznámka : Mezinárodní teplotní stupnice ITS 90 (The International Temperature Scale of 1990) stanovuje 17 přesně definovaných bodů. Základní jednotkou termodynamické teploty je stupeň Kelvina (K), který je definován zvolením termodynamické teploty trojného bodu vody na pevně stanovenou hodnotu T = 273,16 K. Současně definuje i teplotu (t) ve stupních Celsia ( C) jako t = T T 0 = T 273,16. PAMATUJ! Pro praxi je důležité: správné rozhodnutí o výběru teploměru vhodné zabudování teploměrného senzoru odstranění nebo potlačení rušivých vlivů na údaj snímače ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ TEPLOTY SENZORY TEPLOTY (podle styku s měřeným prostředím) DOTYKOVÉ BEZDOTYKOVÉ PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 1 / 9
AKTIVNÍ SENZORY TEPLOTY (podle způsobu měření teploty - teplota měřena nepřímo transformací na jinou fyzikální veličinu) (generátorového typu) TERMOELEKTRICKÉ ČLÁNKY PASIVNÍ ODPOROVÉ TERMOELEKTRICKÉ POLOVODIČOVÉ MONOKRYSTALICKÉ SENZORY TEPLOTY (podle fyzikálního principu) TERMISTORY DILATAČNÍ OPTICKÉ RADIAČNÍ CHEMICKÉ MAGNETICKÉ PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 2 / 9
2 DOTYKOVÉ SENZORY TEPLOTY 2.1.1 ODPOROVÉ SENZORY Senzory s odporovým čidlem patří mezi nejrozšířenější prostředky pro měření teploty. VÝHODY: stabilita, přesnost, tvar signálu. ROZDĚLENÍ ODPOROVÝCH ČIDEL TEPLOTY ODPOROVÁ ČIDLA (podle druhu odporového materiálu) KOVOVÁ (platina, měď, nikl) POLOVODIČOVÁ MONOKRYSTALICKÁ KŘEMÍKOVÉ TERMISTORY PRINCIP ČIPRINCIP ČINNOSTI Odporové čidlo využívá závislost odporu materiálu na teplotě. Elektrickým signálem odporového čidla je úbytek napětí, který vznikne na teplotně závislém odporu čidla průchodem měřicího proudu. Nejčastěji se k jejich výrobě používají čisté kovové materiály (platina, nikl, měď) s kladným teplotním součinitelem odporu KONSTRUKCE ODPOROVÉHO ČIDLA Drátková čidlo senzoru tvořeno spirálovitě stočeným tenkým platinovým drátkem (průměr 0,05 mm), který je zataven do keramického nebo skleněného tělíska v jiném uspořádání je drátek navinut na slídové či pertinaxové podložce jmenovitá hodnota odporu při 0 C činí 100 VÝHODY: časově velmi stálé NEVÝHODY: nepříznivé dynamické vlastnosti (velká tepelná kapacita) PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 3 / 9
Vrstvová Na povrch nosné keramické je nanesena (sítotiskem, napařováním, naprašováním přes masku ve vakuu) vrstva odporového materiálu destičky. Nastavení základního odporu se provádí vypalováním odporové dráhy laserem. Ochrana drátového spoje skleněným povlakem Připojovací dráty Připojovací podložky Ochranná skleněná vrstva Tenká vrstva platiny Keramika Odporové čidlo platinové Polovodičová Nejrozšířenějším polovodičovým čidlem jsou TERMISTORY. TERMISTORY NTC (Negative Temperature Coeffitient) Charakteristika: odpor termistoru klesá se stoupající teplotou (negativní součinitel odporu) Rozsah teplot pro použití cca -50 C až +300 C, Zatížitelnost 0,2 až 5 W, Tvary a schematická značka termistorů NTC a) diskový tvar b) šroubující tvar c) Schématická značka PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 4 / 9
Konstrukce: Diskový tvar hodnota označena pomocí barevného značení, např. kroužky Šroubovací hodnota odporu natištěna Hodnoty odporu uvedeny pro teplotu +25 C Použití: např. kontrola teploty vody v pračce TERMISTORY PTC (Positive Temperature Coefficient) Charakteristrika: odpor rezistoru PTC vzrůstá se stoupající teplotou (kladný součinitel odporu) rozsah teplot pro požití +30 C až +220 C, Tvar a schematická značka termistoru PTC Konstrukce: vetšinou provedení s vývody k pájení Použití: k omezení proudu ochrana spotřebiče před přetížením. Princip funkce: proud I L stoupá nad mezní hodnotu značné zahřátí termistoru PTC hodnota odporu termistoru stoupá dochází k omezení proudu spotřebič R 1 chráněn před přetížením. Termistor PTC omezující proud PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 5 / 9
2.1.2 TERMOELEKTRICKÉ SENZORY Termoelektrické senzory jsou založeny na Seebeckovu jevu - převod tepelné energie na elektrickou. PRINCIP ČINNOSTI Funkce termoelektrického čidla (termočlánku) je založena na vzniku termoelektrického napětí ve styku dvou různých kovů, resp. polovodičů, jejichž konce jsou umístěny v prostředích s různými teplotami kovů. KONSTRUKCE Čidla senzoru jsou vložena do pouzdra a jejich provedení závisí na typu měření: Neizolovaný, otevřený spoj pro měření teploty statického nebo proudícího plynu je vyžadovaná rychlá odezva Izolovaný spoj pro měření teploty v korozivním prostředí s požadavkem na elektrickou izolaci a odstínění od kovového pouzdra. Zemněný spoj pro měření teploty statického nebo proudícího plynu nebo kapaliny a pro aplikace při vysokém tlaku, kontakt je svařen s ochranným pouzdrem. PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 6 / 9
PŘEHLED TECHNICKÝCH TEPLOMĚRŮ Skupina teploměrů Typ teploměrů Fyzikální princip Teplotní rozsah [ C] Dilatační teploměry Plynový změna tlaku -5 +500 Tenzní změna tenze par -40 +400 kapalinový změna objemu -200 +750 kovový délková roztažnost 0 +900 Elektrické teploměry Termoelektrické termoelektrické jev 200 +1 700 odporové kovové odporové polovodičové změna elektrického odporu -250 +1 000 diodové změna prahového napětí -200 +400 Speciální teploměry teploměrná těliska bod táni +100 +1 300 teploměrné barvy změna barvy +20 +1 000 kapalné krystaly Bezdotykové teploměry širokopásmové pyrometry monochromatické pyrometry změna orientace zachyceni veškerého teplotního zářeni zachyceni úzkého svazku záření 0 +300-40 +5 000 +100 +3 000 poměrové pyrometry termovize srovnáni dvou svazků teplotního zářeni o různých vlnových délkách snímání teplotního obrazu tělesa +700 +2 000-30 +1 200 PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 7 / 9
3 BEZDOTYKOVÉ SENZORY (PYROMETRY) PRINCIP ČINNOSTI Bezdotykové senzory teploty měří povrchovou teplotu tělesa na základě vysílaného elektromagnetického záření tělesem. Přijímací detektor (čidlo) přijímá záření ve vlnové délce od 0,4 µm do 25 µm. Jedná so o rozsah teplot od -40 C do +10 000 C. Podle použitého principu interakce fotonů senzory dělíme na: TERMOELEKTRICKÉ TEPELNÉ BOLOMETRICKÉ BEZDOTYKOVÉ SENZORY (podle použitého principu interakce fotonů) PYROELEKTRICKÉ PIN DIODY KVANTOVÉ QWIP DETEKTORY Pro bezdotykové senzory teploty se používá název PYROMETRY rozdělují se na: ÚHRNNÉ měří celý rozsah tepelného záření PYROMETRY MONOCHROMATICKÉ POMĚROVÉ spektrálně selektivní pyrometr poměr dvou září při dvou vlnových délkách S OPTICKÝMI VLÁKNY v infračervené oblasti PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 8 / 9
Dalším typem bezdotykového senzoru teploty je termovizní systém, který rozdělujeme na: TERMOVIZNÍ SYSTÉMY S OPTICKO- MECHANICKÝM ROZKLADEM S MATICOVÝM DETEKTOREM 4 INDIKÁTORY TEPLOTY Jsou to prvky, které slouží k přibližnému stanovení teploty těles. Indikátor změní svůj vzhled, barvu nebo tvar na základě změny kritické teploty. Indikátory rozlišujeme: vratné po zchladnutí mají původní barvu nevratné POUŽITÍ Keramické žároměrky Teploměrové kapaliny indikátor ve tvaru trojbokého jehlanu, tyčinky nebo kroužku, určeny pro vysoké teploty. nevratné indikátory, nanáší se štětcem (vytvoří se značka), určeny ke kontrole teploty u elektronických součástek po dosažení kritické teploty se značka rozteče. PRI-Mn-S-12_senzory_teploty 9 / 9