UKADY I METODY POMIARU TEMPERATURY I CINIENIA POMIARU

UKŁADY I METODY POMIARU TEMPERATURY I CIŚNIENIA

POMIARU TEMPERATURY W zależności od interakcji pomiędzy obiektem, którego temperatura jest mierzona a czujnikiem pomiarowym można wyróżnić: -pomiar kontaktowy -pomiar bezkontaktowy

Metody pomiaru temperatury poprzez: • odkształcenie bimetalu • wytworzenie napięcia elektrycznego na styku dwóch metali w różnych temperaturach • zmiana rezystancji elementu • zmiana objętości cieczy, gazu, lub długości ciała stałego • zmiana barwy • analizę promieniowania podczerwonego, cieplnego i elektromagnetycznego

Przyrządy do pomiaru temperatury

KONTAKTOWE METODY POMIARU TEMPERATURY

Termometr rezystancyjne budowane są z: Charakterystyka R(T) dla miedzi niklu i platyny

Układ pomiarowy z termometrem rezystancyjnym E - ogniwo, G - galwanometr, R 1, R 2 - oporniki stałe, R 3 - opornik zmienny, Rt - czujnik pomiarowy.

Termometry półprzewodnikowe - termistor Termistory dzielimy na: • NTC (Negativ Temperature Coefficient) – rezystancja R(T) maleje ze wzrostem temperatury. Termistory NTC najczęściej wykonuje się z materiałów wieloskładnikowych zawierających głównie tlenki manganu, niklu, kobaltu i miedzi. • PTC (Positive Temperature Coefficient) – rezystancja R(T) rośnie ze wzrostem temperatury. Termistory PTC wytwarza się głównie z tytanianu baru • CTR (Critical Temperature Resistor) półprzewodniki o skoku rezystancji. Termistory CTR wytwarzane są z tlenków wanadu lub tytanu.

Charakterystyki R(T) termistorów NTC, PTC, CTR

Układ pomiarowy z termistorem

Porównanie charakterystyk R(T) termorezystora i termistora NTC

Termometr termoelektryczny (termoelement, termopara) Termoelementy (termopary) wykorzystują zjawisko powstawania różnicy potencjałów elektrycznych w zamkniętym obwodzie, który składa się z dwóch różnych przewodników albo półprzewodników, przy czym spoiny gorąca i zimna muszą być umieszczone w różnych temperaturach (efekt Seebecka).

Zasada działania termopary E - siły termoelektrycznej; C – współczynnik Seebecka (stała termoelementu), [V/K]; TG, TZ – temperatury spoiny gorącej i zimnej [K] lub [°C].

Najpopularniejsze termoelementy

Zależność siły termoelektrycznej [m. V] od temperatury [o. C]

Układ pomiarowy - metoda wychyłowa Rt – rezystancja termoelementu, Rp – rezystancja przewodów łączeniowych, Rv – rezystancja miliwoltomierza

BEZKONTAKTOWE METODY POMIARU TEMPERATURY Pirometr (termometr optyczny) - przyrząd pomiarowy służący do bezdotykowego pomiaru temperatury.

Pirometr fotoelektryczny

UKŁADY I METODY POMIARU CIŚNIENIA

Zakresy ciśnień manometrów Manometrów – przyrząd do pomiaru ciśnienia

Manometr membranowe Manometry membranowe wykorzystują zjawisko uginania cienkiej membrany pod wpływem różnicy ciśnień po obu jej stronach. Najczęściej stosowane są membrany metalowe lub krzemowe. Zakres ciśnień 1 kbar – 1 Mbar Gaz o nieznanym ciśnieniu Uszczelka Membrana Gaz odniesienia Czujnik ugięcia

Manometry membranowy pojemnościowe. Manometr pojemnościowy wykorzystuje zjawisko zmiany pojemności kondensatora płaskiego wraz ze zmianą odległości pomiędzy elektrodami. Zalety: niewrażliwość wskazań na zmiany składu gazu możliwość pracy w agresywnych środowiskach, możliwość uzyskiwania bezwzględnych wartości ciśnienia. Wady: w pomiarze niższych ciśnień jest wrażliwość na zmiany temperatury (brak możliwości wygrzania manometru). Zakres ciśnień 1000 – 10 -5 Mbar elektrody membrana ugięcie membrany

Wzór na pojemność kondensatora płaskiego: C = ε 0εr s/d Gdzie: C – pojemność kondensatora ε 0 – przenikalność elektryczna próżni εr – względna przenikalność elektryczna dielektryka s – powierzchnia okładek kondensatora d – odległość między okładkami

Manometry membranowy piezoelektryczne Manometry piezoelektryczne zawierają piezoelektryczny kryształ, który stanowi membranę lub jest z nią bezpośrednio połączony. Zmiany ciśnienia powodują powstanie naprężeń w krysztale piezoelektrycznym, które są przyczyną pojawienia się różnicy potencjałów. Zakres ciśnień 1000 – 10 -1 mbar Membrana sygnał podstawa kryształ

Manometry termoparowe. Rozgrzane włókno oporowe, przez które przepływa prąd o stałym natężeniu osiąga temperaturę będącą wynikiem równowagi pomiędzy ilością ciepła wytworzonego przez prąd i ilością ciepła oddanego otoczeniu. Efektywność oddawania ciepła do otoczenia zależy od liczby cząsteczek gazu uderzającego we włókno, a zatem od ciśnienia gazu. Temperatura włókna jest wyznaczana przez pomiar napięcia termopary. Zaletą jest łatwa automatyzacja odczytu wskazań. Zakres ciśnień 10 – 10 -3 mbar termopara włókno oporowe Kurt J. Lesker Co. , Vacum Technology Products

Manometry lepkościowe. Pomiar ciśnienia gazu odbywa się na podstawie pomiaru czasu zaniku obrotów stalowej kulki zawieszonej w polu magnetycznym. Na początku pomiaru kulka jest wprawiana w ruch przez cewki napędowe do prędkości około 400 obr/min, następnie napęd jest odłączany i na podstawie tempa zaniku obrotów wyznacza się ciśnienie otaczającego gazu. Zakres ciśnień 1 – 10 -7 mbar T – temperatura (K) M – masa cząsteczkowa gazu σ – współczynnik przekazywania pędu a – opóźnienie kątowe c – stała opisująca parametry kulki p 0 – wskazanie miernika przy zerowym ciśnieniu