DMS*T

1. DMS*T Diagnostika a měření na textilních strojíchSnímače teploty 5. Přednáška Ing. Miroslav Novák, Ph.D. Katedra elektrotechniky Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technická Univerzita v Liberci • ( +420 48 535 3626 e-* miroslav.novak@tul.cz

2. Obsah Snímače teploty odporové kovové odporové polovodičové PN senzory termočlánky dilatační senzory další principy měření teploty Bezdotyková měření (infračervené teploměry) Ideální přechodný jev v případě teplotního skoku. Grafické určení časové konstanty. TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

3. Měření teploty • Teplota je termodynamická stavová veličina (jde o střední hodnotu kinetické energie molekul látky – teplený kmitavý pohyb) • Teplotní stupnice: • Kelvinova (trojný bod vody 273,16 K) • Celsiova • Mezinárodní ITS 90 (4 rozsahy) TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

4. Teplotní rovnováha • Po kontaktu teploměru s měřenou látkou dochází k postupnému vyrovnávání teplot(teploměr je ochlazován nebo ohříván)=> po určitém čase dojde k vyrovnání teplot => hovoříme o teplotní rovnováze => teprve v tento okamžik ukazuje teploměr teplotu měřené látky • Teplotní odpor mezi měřenou látkou a teploměrem (kvalita, velikost, tepelná vodivost vzájemné plochy) • Tepelná kapacita teploměru C = m.c • Přenos tepla do okolí (během měření se může měnit teplota měřené látky, teploměr může být ochlazován do okolí) • V případech, kdy se teplota měřené látky dynamicky mění => reakce teploměru je zpožděná • Prostředí které měříme je zpravidla teplotně nehomogenní – mluvíme o teplotním poli • Rozměry látky • Promíchávání plynného nebo kapalného prostředí • Uspořádání (tepelná vodivost dotýkajících se předmětů) TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

5. Umístění teploměru Díky rozložení teplotního pole velmi záleží na umístění a úpravě okolí měření (tepelná izolace) • Pozice vzhledem k proudu • Hloubka (vzdálenost od stěny) • Tloušťka stěn jímky • Izolace potrubí Čidla teploměrů umisťujeme do jímek – ochrana TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

6. Rozdělení snímačů teploty • Kontaktní • Dilatační • Kapalinové, plynové, parní, bimetalové • Elektrické • Odporové kovové (RTD) • Odporové polovodičové • Temistory NTC • Termistory PTC • Monokrystalické Si • Polovodičové s PN přechodem • Krystalové • Termoelektrické • Speciální • Akustické, šumové, magnetické, teploměrné barvy • Bezkontaktní • Tepelné • kvantové TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

7. plyn Plynové teploměry • Využívají stavové rovnice ideálního plynu • Měření teploty je převedeno na měření tlaku • Touto rcí je definována termodynamická teplota (Kelvinova) • Při teplotě absolutní nuly je tlak plynu nulový  kinetická energie atomů/molekul plynu je nulová  ustává teplený pohyb částic TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

8. Kapalinové dilatační teploměry • Využívá roztažnosti kapalin s teplotou • Používá se Hg, líh, … • Rozdílná roztažnost Hg a skla teploměru • Rozsah podle náplně • rtuť –39 až 360 °C ±0.02 °C • Alkohol –110 až 50 °C • Pentan –200 až 20 °C • Toluen –70 až 100 °C • Přesnost 2 až 0,2 °C • Skleněné teploměry jsou křehké • Nemají elektrický výstup = nevhodné pro automatizaci • Hg – nebezpečný odpad, jedovaté TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

9. Kovové odporové teploměry • Využívají závislosti odporu kovů na teplotě • Používají se čisté kovy • Vliv odporu přívodů se eliminuje čtyřvodičovou nebo třívodičovou metodou zapojení • Pt100, Pt500, Pt1000 TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

10. Odporové polovodičové • Termistory NTC (negastory a < 0) Výroba práškovou technologií ze směsy oxidů • Termistory PTC (pozistory a > 0) Vyrábějí se z polykrystalické feroelektrické keramiky (např. BaTiO3) Odpor se stoupající T mírně klesá – pak nad Curiovou teplotou prudce narůstá Použití jako dvoustavové senzory – překročení přípustné T TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

11. Termoelektriké = termočlánky • Založeno na Seebekově jevu – na spoji dvou různých kovů vzniká el. napětí úměrné teplotě – difuze elektronů na rozhraní dvou materiálů Pozor! Termočlánkem by neměl téct proud Jinak se uplatní parazitní jevy: Peltierův, Thomsonův TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

12. Termočlánky v praxi • Problémem je generování termoelektrického napětí jakýmkoli spojem dvou různých kovů – vždy jsou spoje minimálně dva – termočlánek pak měří rozdíl teplot mezi studeným a teplým koncem! • V podstatě vždy musíme zajistit nebo měřit teplotu druhého (srovnávacího) spoje! • Umístění do nádoby s ledovou tříští – nepraktické • Termostatování • Měření teploty jiným principem (RTD) • Možnost použití prodlužovacího vedení • Spoj může být • Svařen • Spájen • Zakroucen TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

13. Pyrometry – bezkontaktní měření teploty • Každé těleso vydává záření jehož úměrné jeho teplotě – vyzařování absolutně černého tělesa – Plancův vyzařovací zákon • Stefan-Boltzmannův zákon • Klíčovou vlastností je emisivita materiálů • Bohužel komplikováno dalšími optickými vlivy – úhel vyzařování, odrazivost, průhlednost, pohltivost = absorbce záření (vzduchem, optikou) TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

14. Grafické určování časové konstanty TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.

15. Příště Kapacitní snímače kapacita deskového kondenzátoru měření kapacity výpočet citlivosti kapacitního snímače pro velmi malé změny polohy. Proximitní snímače princip použití (jazýčkový zátav, indukční, kapacitní, ultrazvukové, optické). TUL, FM-KEL, DMS*T, přednáška 5.