układy i metody Pomiaru temperatury i ciśnienia

UKŁADY I METODY POMIARU TEMPERATURY I CIŚNIENIA

W zależności od interakcji pomiędzy obiektem, którego temperatura jest mierzona a czujnikiem pomiarowym można wyróżnić:

-pomiar kontaktowy

-pomiar bezkontaktowy

POMIARU TEMPERATURY

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, R1,R2 - oporniki stałe, R3 - 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 [mV] od temperatury [oC]

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 manometrówManometrów – przyrząd do pomiaru

ciśnienia

Manometry membranowe wykorzystują zjawisko uginania cienkiej membrany pod wpływem różnicy ciśnień po obu jej stronach. Najczęściej stosowane są membrany metalowe lub krzemowe.

Zakres ciśnień 1kbar –1 Mbar

Membrana Czujnik

ugięcia

Gaz o nieznanym ciśnieniu

Uszczelka

Gaz odniesienia

Manometr membranowe

elektrody

membranaugięciemembrany

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

Manometry membranowy pojemnościowe.

Wzór na pojemność kondensatora płaskiego:

C = ε0εr s/dGdzie:C – pojemność kondensatoraε0 – przenikalność elektryczna próżniεr – względna przenikalność elektryczna dielektrykas – powierzchnia okładek kondensatorad – odległość między okładkami

1

2

R

RCC x

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 ciśnień1000 – 10-1 mbar

Membrana

sygnał

podstawa

kryształ

Manometry membranowy piezoelektryczne

termoparawłókno oporowe

Kurt J. Lesker Co., Vacum Technology Products

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 ciśnień10 –10-3 mbar

Manometry termoparowe.

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 ciśnień1 –10-7 mbar

0pM

Tacp

T – temperatura (K)M – masa cząsteczkowa gazuσ – współczynnik przekazywania pędua – opóźnienie kątowec – stała opisująca parametry kulki p0 – wskazanie miernika przy zerowym ciśnieniu

Manometry lepkościowe.