1 / 67

Pomiary temperatury

Pomiary temperatury. Miara teoretyczna (termodynamiczna). Międzynarodowa Skala temp. (ITS-90). oznaczenie jednostka. T K. oznaczenie jednostka. t °C. Pomiar temperatury - miary. t (°C) = T (K) - 273,15. Punkty stałe:. - potrójny punkt równowagi stanu. - punkty krzepniecia.

whitney-duran
Download Presentation

Pomiary temperatury

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Pomiary temperatury

  2. Miara teoretyczna (termodynamiczna) Międzynarodowa Skala temp. (ITS-90) oznaczenie jednostka T K oznaczenie jednostka t °C Pomiar temperatury - miary t (°C) = T (K) - 273,15

  3. Punkty stałe: - potrójny punkt równowagi stanu - punkty krzepniecia - punkt topnienia (galu) Zależności aproksymujące : - wielomianowa funkcja stosunku rezystancji czujnika w określonej temperaturze do rezystancji w temperaturze punktu potrójnego wody ITS‘90 Zawiera: a) definicje punktów stałych (17) b) zależności aproksymujące

  4. ITS‘90 Zakres temp: Sposób pomiaru: a) 0,65 K - 5,0 K Ciśnienie par helu b) 3,0 K - 24,5561 K Termometr gazowy c) 13,8033 K - 961,78 °C Stosunek R(T)/R(0) d) powyżej 961,78 °C Termometr radiacyjny 13,8033 K - punkt potrójny wodoru 24,5561 K - punkt potrójny neonu 961,78 °C - punkt krzepniecia srebra

  5. 2) zmiana właściwości elektrycznych ciał 3)pomiar energii promieniowania Zasady pomiaru temperatury 1) rozszerzalność cieplna ciał stałych, cieczy lub gazów

  6. Czujniki temperatury zwyjściem elektrycznym • rezystancyjne, • termoelektryczne • jonowe, • kontaktowe, • ultradzwiękowe, • piezoelektryczne, ...

  7. metalowe półprzewodnikowe termistory monokryst. KTY PTC RTD NTC SPRT Rezystancyjne czujniki temperatury

  8. Zmiana rezystancji w zależnościod temperatury Współczynnik temperaturowy rezystancji  Temometry rezystancyjne Zasada działania: Podstawowa stała materiałowa:

  9. Np. Dla platyny: Europa  =0,385 USA =0,392 Współczynnik temperaturowyrezystancji  Względny przyrost rezystancji przy zmianie temperatury o 1K (lub o 1 C) w zakresie 0 C do 100 C

  10. Dla temperatur w zakresie od0 C do 100 C Rt = R0 (1 +t) Dla wyższych wartości temperatur Rt = R0 (1 +At +Bt2) Dla temperatur ujemnych Rt = R0 [1 +Ct + D t 2 + E(t - 100) t 3] Analityczne wyrażenie rezystancji od temperatury

  11. Właściwości termometrów metalowych Materiał : platyna (Pt100) Ni, (Cu) Zakres pomiarowy: platyna: (- 220 do 850)C nikiel : ( - 50 do 150) C Rezystancja nominalna: 100 , (50  dla Cu) Średnica drutu:  (20 do 100) m Materiał karkasu: szkło, ceramika Wykonanie: • uzwojenie zalane, • uzwojenie swobodne

  12. Wymagania dotyczące termometrów rezystancyjnych 1) współczynik temperaturowy rezystancji wysoki i stały, 2) nominalna rezystancja (w temperaturze odniesienia) o wartości dogodnej do pomiarów, 3) prąd zasilania o małej wartości (samonagrzewanie), 4) mała rezystancja przewodów doprowadzających, 5) linearyzacja analogowa lub numeryczna.

  13. Termometry rezystancyjne metalowe

  14. Właściwości termometrów metalowych Materiał : Ni, (Cu) platyna(Pt100) (Pt 1000) (Pt 500) Zakres pomiarowy: platyna: (- 220 do 850)C nikiel : ( - 50 do 150) C Niepewność czujnika związana z jego klasą wg IEC 751 PN-EN-60751

  15. Układ mostkowy Rm =R0+R W warunkach równowagi R3 R0.R2 = R1. R3 Uwy = 0 Przy R1 = R2 = R3 = R0 i braku równowagi spowodowanym wystąpieniem różnicy R oraz zasilaniu napięciowym Uwy R1 R2 Przy zasilaniu prądowym Uz , Iz

  16. Wpływ rezystancji przewodów doprowadzajacych Połączenie: 1) dwuprzewodowe 2) trójprzewodowe 3) czteroprzewodowe W układach przemysłowych czujnik platynowy w połączeniu trójprzewodowym jast rozwiązaniem tradycyjnym, zastępowanym obecnie przez układ czteroprzewodowy współpracujący ze specjalizowanym przetwornikiem pomiarowym o wyjściu standardowym.

  17. Połączenie czteroprzewodowe Przewodami 1, 4 płynie prąd ze źródła Ikonst Przewodami 2, 3 zbiera się spadek napiecia najdokładniejsze

  18. Termometry rezystancyjne metalowe Przetworniki programowalne Przetworniki głowicowe

  19. Termometry rezystancyjne metalowe Głowice termometrów

  20. Przykład wykonania przetwornika temperatury Przetwornik 3244MV z systemem komunikacyjnym fieldbus Parametry: • czujniki temperatury (RTD lub termoelement) • pomiar temperatur lub różnic temperatury • przedział niepewności ± 0,1 C • zasilanie dla RTD: 2-, 3- lub 4-przewodowe • wyjście fieldbus, • 2x PID • 18-bit A/D

  21. NTC R25 t  = - B/T2 25 Współczynnik temperaturowy rezystancji termistorów  R B - Stała materiałowa, 2000 do 4000 K

  22. termistory (NTC) Wartość rezystancji maleje ze wzrostem temperatury Material: spieki tlenków Ni, Mg, Ti, Cu, Fe Zakres (-80 do 250) C Wykonanie: • czujniki powierzchniowe, • sondy zanurzeniowe Prąd pomiarowy 150 A Rezyst. w 25 C (0,1 do 200) k Materiał zabezp. szkło, ceramika Właściwości termometrów półprzewodnikowych są 5 do 50 razy czulsze od termometrów metalowych

  23. Termometry KTY Styki poli -Si o średnicy ok. 20 m Izolacja SiO2 Obszary domieszkowane typu n Krzem Metalizacja strony spodniej ok. 0.5 mm  - rezystywność, =ok. 7  cm D - średnica styku

  24. ID ID1 ID2 U ΔU Czujnik diodowy ID

  25. Charakterystyki termorezystorów KTY Pt

  26. Powstawanie siły termoelektrycznej przy istnieniu gradientu temperatury wzdłuż przewodnika złącze zimne złącze ciepłe Termometria termoelektryczna Zasada działania: Mat A Mat A Mat B Mat B Ute =  T

  27. Właściwości termometrów termoelektrycznych Termopary „szlachetne“ S: PtRh10 - Pt R: PtRh13 - Pt B: PtRh30 - Pt Typ i materiał: S i R -50 C - 1600 C dorywczo 1760 C STE -0,23 - 21 mV, B +100 C - 1600 C dorywczo 1800 C STE do 13,8 mV Zakresy pomiarowe: Termopara wysokotemperaturowa Materiał • WRe5- WRe26 Zakres pomiarowy: 0-2400 (2700)C, STE 40,7 mV

  28. Właściwości termometrów termoelektrycznych Materiał: T: + miedź (Cu) — konstantan (Cu+Ni), J: + żelazo (Fe) — konstantan (Cu+Ni), K: + chromel (Ni+Cr) —alumel (Ni+Al) N: + (Ni + Cr + Si) — (Ni+ Si) Zakresy pomiarowe: T: (-270 do 400) C, J: (-210 do 12O0) C, K: (-270 do 1250) C, N: (-270 do 1300) C STE: (-6 do 20) mV, STE: (-8,1 do 69,5) mV, STE: (-6,5 do 50,6) mV, STE: (-4,3 do 47,5) mV Wykonanie • czujniki zanurzeniowe • czujniki temperatury powierzchni Średnica drutu:  (0,4 do 4) mm

  29. Wykonania termometrów termoelektrycznych

  30. Wykonania termometrów termoelektrycznych

  31. Wykonania termometrów termoelektrycznych

  32. Jo Qwnik Jt dQmagaz = dQwnik 1 K(s) = mcwdJt= aS(Jo –Jt)dt mcw dJt(t) 1 + sT + Jt(t) =Jo(t) aS dt mcw T = aS Dynamika termometrów Qwnik = aS(J0 - Jt) dQwnik = aS(Jo –Jt)dt Qmagaz Qmagaz =mcw(Jt – Jo) dQmagaz =mcwdJt

  33. 1+sT3 K3(s) = 1 (1 + sT1) (1 + sT2) K2(s) = (1 + sT1) (1 + sT2) Dynamika termometrów

  34. Dynamika termometrów 1 3 2 t

  35. TERMOMETRIA RADIACYJNA i TERMOWIZJA

  36. Widmo elektromagnetyczne Podział widma elektromagnetycznego ze względu na długość fali

  37. Rozkład widmowy promieniowania ciała czarnego

  38. Prawo przesunięć Wiena T lmax=2898 [Kmm]

  39. Prawo Stefana-Boltzmanna E=T4[W]  = stała Stefana –Boltzmanna = 5,67 x 10-12 W/m2K4

  40. Ciało nieczarne (szare) E=e ··T4[W] e = współczynnik emisyjności ciała szarego

  41. Podstawowe elementy składowe termometru radiacyjnego Czujnik temperaturydetektora Optyka lustrzana M U μP Promieniowanie A/C X RS 232 podczerwone S Układ elektroniczny Przesłona wirująca Chłodziarka Peltiera Czujnik radiacyjny

  42. Detektory promieniowania • pojedyncze (termometry) • matryce detektorów (kamery) • bolometryczne • termoelektryczne • piroelektryczne • kwantowe

  43. Metal A (antymon) Masywny blok krzemu odprowadzajacy ciepło Metal B (bismut) Zimne końce na grubej ramce krzemowej Warstwa poczerniona Membrana 0.7 – 1 m A Gorące końce na cienkiej membranie krzemowej B C D Czujnik temperatury zimnych końców Izolacja z SiO2 Stos termoelektryczny

  44. Czułość detektorów fotonowych Porównanie czułości detektorów promieniowania

  45. Charakterystyki statyczne Detektorów promieniowania termometru radiacyjnego

  46. Detektor niechłodzony Pojedynczy piksel matrycy

  47. Przetwarzanie sygnału Schemat blokowy

  48. Detektor kwantowy QWIP Piksel matrycy QWIP o wymiarach 30 x 30 mm

  49. Termometry radiacyjne • krótkofalowe (3-5 mm) pracujące w pierwszym oknie atmosferycznym • długofalowe (8-14 mm) pracujące w drugim oknie atmosferycznym • chłodzone sprężonym argonem • chłodzone ciekłym azotem • chłodzone systemem Stirlinga (hel) • nie chłodzone

  50. Technika pomiarów • wpływ atmosfery • wpływ temperatury otoczenia na wskazania kamery termowizyjnej • pomiar kamerą krótkofalową oraz długofalową niepewność spowodowana brakiem możliwości uśredniania wyników pomiarów, a tym samym redukcji szumu detektora, związana z wymaganiami dotyczącymi szybkości pomiaru w kamerach

More Related