Univerzitet u Zenici

Mašinski fakultet

Katedra za automatizaciju i metrologiju

Seminarski rad iz mjerne tehnike

Mjerenje temperature

Student: Mentor:

Eldin Mulahalilović doc.dr. Samir Lemeš

SADRŽAJ

Uvod..........................................................................................2 Defimicija temperature..............................................................3 Mjerne jedinice temperature......................................................4 Historija mjernih uređaja...........................................................5 Mjerni instrumenti.....................................................................6 Vrste termometara.....................................................................7 Petvarači za mjerenje temperature.............................................8 Kontaktno mjerenje temperature .............................................14 Beskontaktno mjerenje temperature..........................................20 Posebni termometri....................................................................22 Greške dodirnih termometara i metode korekcije......................26 Kontrola i kalibriranje termometara...........................................28

1

UVOD

Osim u svakodnevnom životu, temperatura igra važnu ulogu u skoro svim prirodnim naukama. Mnoge fizičke osobine materije, od agregatnog stanja preko gustine,rastvorljivosti, napona pare, električne provodljivosti do indeksa prelamanja zavise od temperature.Slično, od temeperature zavisi kojom će se brzinom odvijati neka hemijska reakcija u složenom sistemu, i koje će reakcije da se odigraju.

Ključne riječi : temperatura, termometar,. ..

2

1 DEFINICIJA TEMPERATURE

Pojam temperature može se definirati na više načina. Osjećamo kada je neko tijelo toplije ili hladnije od našeg tijela, a uočavamo i fizikalne promjene koje pri tome nastaju. Na temelju toga definirane su iskustvene temperaturne ljestvice kao što su Celzijeva i Fahrenheitova koje se i danas koriste u većini primjena. Za njih je svojstveno postojanje negativnih vrijednosti temperatura, jer je ishodište ljestvice utvrđeno proizvoljno. U fizici, a posebno termodinamici, temperatura se definira tako da je ishodište temperaturne ljestvice utvrđeno na temelju fizikalnih načela (apsolutna nula). Tako definirana temperatura se formalno naziva apsolutna temperatura ili termodinamička temperatura.

U okviru kinetičke teorija plinova apsolutna se temperatura definira pri razmatranju monoatomnog idealnog plina. U takvom plinu, koji se nalazi u termodinamičkoj ravnoteži, srednja kinetička energija <Ek> čestica u sustavu centra mase ne ovisi o vrsti plina i iznosi:

(1.1)

gdje je Boltzmannova konstanta, a T je apsolutna temperatura. Ovaj izraz odnosi se sustav sa tri prostorne dimenzije (tri stupnja slobode), pa je srednja kinetička energija za svaki pojedini smjer:

(1.2)

Dakle, ovako definirana temperatura je mjera za srednju energiju mnoštva čestica koje se nalaze u termodinamičkoj ravnoteži i ne može poprimiti negativne vrijednosti. Gore navedeni izraz ima općenitije značenje i naziva se teorem ekviparticije energije.[1]

3

2 MJERNE JEDINICE TEMPERATURE

Postoji više mjernih jedinica za temperaturu. U Europi temperaturu mjerimo u Celzijevim stupnjevima(°C), a u SAD-u su uvriježeni Fahrenheitovi stupnjevi (°F). Jedinica SI za termodinamičku temperaturu je kelvin (K), dok se u SAD-u još koristi i Rankineov stupanj.

Formule za pretvaranje brojevnih vrijednosti uobičajenih temperaturnih ljestvica:

K = °C + 273,15 (2.1)

°C = 5/9 · (°F - 32) (2.2)

°F = °C/0,55 + 32 ili preciznije :°F = °C/(5/9) + 32 [2]

Tablica 1- koja prikazuje neke često korištene temperature s vrijednostima izraženim na raznim temperaturnim ljestvicama:

Opis Kelvinova CelzijevaFahrenheitova

Rankineova Delisleova Newtonova Réaumurova Rømerova

Apsolutna nula 0 -273,15 -459,67 0 559,725 -90,14 -218,52 -135,90

Fahrenheitova mješavina leda i soli

255,37 -17,78 0 459,67 176,67 -5,87 -14,22 -1,83

Talište leda/ledište vode (pri normalnom

273,15 0 32 491,67 150 0 0 7,5

4

tlaku)

Temperatura ljudskoga tijela

310,15 37 98,6 558,27 94,5 12,21 29,6 26,925

Vrelište vode 373,15 100 212 671,67 0 33 80 60

Talište titanija 1941 1668 3034 3494 -2352 550 1334 883

3 HISTORIJA MJERNIH UREĐAJA

Prvi uređaj za mjerenje temperature je 1597. godine napravio GalileoGalilei (1564-1642),kojim je mogao ustanoviti manju ili veću zagrijanost zraka.Francuski fizičar Guillaume Amonton (1663-1705) je 1703. godine usavršioi napravio zračni termometar i uveo termodinamsku skalu.Njemački fizičar iz Gdanjska Danijel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) je1715. godine napravio živin termometar i predložio temperaturnu skalu kod koje je temperatura topljenja leda +32°F, a temperatura kljčanja vode+212°F.Francuski fizičar Reomir je 1736. godine predložio temperaturnu skalu kod koje je temperatura topljenja leda 0°R, a temperatura ključanja vode na temperaturi 80°R.Švedski astronom iz Uppsale Anders Celzijus (1701-1744) je 1740. Godine predložio skalu kod koje je temperatura topljenja leda 0°C, a temperatura ključanja vode 100°C. U anglosaksonskom mjernom sistemu koristi se i Rankinova skala.Temperaturni interval kod ove skale je 1K=1,8°Ra, trojna tačka vode je na temperaturi 491, 69°Ra.Međunarodni komitet za mjerenje i težine preporučio je u SI-sistemu dvije skale: apsolutnu termodinamsku temperaturnu skalu, koju je 1851. Godine predložio britanski naučnik William Thopson lord Kelvin (1824-1907)poznata kao Kelvinova skala, i praktičnu skalu od sto stepeni, poznatu kao Celzijusova skala.Mjerenje temperature u objema skalama može se vršiti u objema skalam a može se vršiti u kelvinima [°K] ili u celzijusima [°C] u zavisnosti od prihvaćenog položaja nule na mjernoj skali.Od 1954. godine Međunarodni komitet je preporučio da referentno stanjena Kelvinovoj temperaturnoj skali bude 273,16° K, gdje sve tri faze vode(čvrsto - tečno - parno) koegzistiraju u ravnoteži na pritisku 1 atm.Takvo stanje je nazvano trojno stanje ili trojna tačka.Voda se ledi na temperaturi 273,15 K i pritisku 1 atm, što odgovara 0°C na Celzijusovoj skali..[2]

5

4 MJERNI INSTRUMENTI

Mjerni instrumenti za mjerenje temperature nazivaju se termometri.Mjerenje temperature u praksi se izvodi raznim vrstama termometara, u zavisnosti o kojoj se temperaturi radi i da li je primjenjena laboratoriska,industriska ili za neku drugu svrhu.

Kod termometra ulazna veličina je temperatura, sa čijom promjenom nastaju promjene na termometrima, koje se koriste pri odredivanju temperature.

Termometar (grč. θέρμη "toplo" + μετρέω "mjerim") je uređaj koji mjeri temperaturu ili temperaturn i gradijent, koristeći razne principe.

Termometar ima dva važna dijela:

senzor (osjetilo), na kojem zbiva neka fizikalna promjena vezana s promjenom temperature;

konverziju fizikalne promjene u čitljivu vrijednost (npr. skala na živinom termometru).

Termometri se dijele na dvije skupine po poznavanju procesa koji stoji iza fizikalne promjene:

Primarni termometri koriste svojstvo tvari koje je toliko dobro poznato da se temperatura može točno izračunati bez nepoznatih vrijednosti, npr. na bazi jednadžbe stanja plina.

Sekundarni termometri su prikladniji za korištenje i češće se koriste, a uglavnom su i osjetljiviji. Kod njih poznavanje procesa nije dovoljno, termometar je potrebno kalibrirati prema primarnom termometru.[1]

6

5 PODJELA TERMOMETARA

Prema konstruktivnoj izvedbi termometre možemo podjeliti na:

stakleni termometar štapni termometar bimetalni termometar opružni termometar otpornički termometar električni termonaponski termometar radijaciski pirometar

Prema nacinu rada razlikujemo:

kontaktne termometre beskontaktne termometre termommetri sa posebnim mjernim postupcima

Podjela termometara po signalu mjerenja:

električni mehanički [3]

7

6 PRETVARAČI ZA MJERENJE TEMPERATURE

KONTAKTNI (vođenje topline)

otpornički elementi termistori termopar poluvodički pn-spoj

BESKONTAKTNI (toplinsko zračenje)

infracrveni termometar piroelektrički termometar [4]

6.1 DILATACISKI PRETVARAČI TEMPERATURE

Ovi se pretvarači razvrstani u nekoliko skupina prema tvari koja mijenja zapreminu. Zavisnost zapremine(V ) od promjene temperature (∆T ) odrđuje se eksperimentalno za svaku tvar zasebno, pa se zatim traži matematički izraz koji najbolje opisuje tu zavisnost. 

6.2 OTPORNIČKI PRETVARAČI TEMPERATURE

Pretvarači što imaju kao osjetilo metalni (kovinski) ili poluvodički otpornik zovu se otpornički pretvarači. Zavisnost otpora od promjene temperature određuje se eksperimentalno, a zatim se iskaže imatematički. Ta se zavisnost može iskazati izrazom: R=Ro[1+ α ∆T+β∆T+µ∆T] [6.1]

8

Za vecinu metala ta se zavisnost može iskazati izrazom: R=Ro[1+ α ∆T] [6.2]

gdje su: R – je otpor na mjerenoj temperaturi (T); Ro– otpor na referentnoj temperaturi (To); ΔT = T – T0; α (β,µ) –temperaturni koeficijent električnog otpora kovine.

Metalna otpornička osjetila izvode se namatanjem žice ili naparivanjem tankog sloja kovine na izolator.Materijali za žice otporničkih osjetila temperature su: platina, nikal, volfram i bakar. Slojna otpornička osjetila izvode se obično naparivanjem platine na keramički izolator. Otporničko osjetilo se uglavnom sastoji od:

ticalo(uložak) zaštitna izolacija pretvornika zaštitna cijev priključnestezaljke poklopac glave izvodna cijev

Uložak osjetila se sastoji od:

temperaturno ovisni otpornik izolacija keramička cijev priključnestezaljke serijski otpor

Platinska žična otpornička osjetila

Upotrebljavaju se za precizna mjerenja u području od -183°C do +630°C, dok im je praktična primjena u području od -265°C do 1050°C. U području od -183°C do+630°C platinsko se osjetilo koristi i kao baždarno osjetilo.

Nikalna žična otpornička osjetila

Upotrebljavaju se za mjerenja upodručju od -183°C do +630°C. Jeftinija su i imaju veliku primjenu uindustriji i aerotehnici.

Bakarna žična otpornička osjetila

Temperature imaju linearnu karakteristiku, ali zbog malog otpora bakra izvedbe su im saneprikladno dugom žicom. Upotrebljavaju se u područ ju od -195°C do +260°C.

Volframova žična otpornička osjetila

9

Temperature skupa su i upotrebljavaju se kada je potrebno obuhvatit iširoko mjerno područje. Mjerno im je područje od -268°C do +1100°C .

6.3 POLUVODIČKA OTPORNIČKA OSJETILA Od poluvodičkih otporničkih osjetila temperature najviše se primjenjuju termistori. Izrađuju se od smjesa sulfida ili oksida kovina kao što su magnezij, nikal, bakar, željezo i uran. Glavne značajke su im veliki otpor, veliki negativni temperaturni koeficijent otpora. Izvode se u obliku ploča, kuglica, štapica ili zrna. Mjerno područje termistora su od -75°C do 250°C, ali postoje i posebne izvedbe za mjerenje vrlo niskih temperatura do 250°C.Za mjerna osjetila u području vrlo niskih temperatura koriste se ugljična otpornička osjetila za temperatureod 1 do 20K i germanijeva otpornička osjetila za temperature od 0.5 do 100K. 6.3.1 NTC OTPORNICI (termistori)

Postoje materijali kod kojih se otpor smanjuje pri povećanju temperature tj. bolje vode u“ t o p l o m ”   s t a n j u   n e g o   u   “ h l a d n o m ”   s t a n j u .   T a k v e   m a t e r i j a l e   n a z i v a m o   o t p o r n i c i m a   s negativnim temperaturnim koeficijentom ili NTC otpornici, koji su poznatiji pod nazivom termistori. Na Slici je prikazan simbol NTC otpornika (promjena temperature i otpora susuprotnog smjera).

Slika 1. Simbol NTC otornika

Prvi komercijalni termistori (NTC) za mjerenje temperature su se pojavili početkom 30- ihgodina 20. vijeka, dok je do njihove šire primjene došlo tek krajem 50- ih godina, zahvaljujući r azvo j u  po lup rovodn ič ke   t ehno l og i j e .  G l avna  p r ednos t NT C  o tpo rn ika   j e   n j i hova  ve l i ka osjetljivost koja omogućava konstruisanje jednostavnih i pouzdanih termometara.

10

Slika 2 R-T karakteristika NTC otpornika u odnosu na Pt100

Savremeni NTC otpornici se proizvode od oksida Fe, Cr, Mn, Co, Ni i slično. Smješa oksida u prahu se sinteruje na temperaturama iznad 1000°C čime se formiraju otpornici oblika loptice,diska ili cilindra. Maksimalne radne temperature oksidnih termistora iznose 300°C do 350°C.U pos l e dn je v r i j em e se i z r a đu ju v i s oko t em pera t u rn i t e rmi s to r i s a maks im a ln i mradn i m t e m p e r a t u r a m a   d o   7 0 0 ° C   p a   č a k   i   d o  1 0 0 0 ° C ,   š t o   j e   b l i s k o   m a k s i m a l n i m   r a d n i m temperaturama platinskog otpornog termometra. U oblasti niskih temperatura, termistori seprimjenjuju do nekoliko desetina stepeni Kelvina.

 Karakteristična krivulja temperaturnezavisnosti NTC otpornika (Slika 2) je eksponencijalna i može se izraziti kao:

R=Aeβ/T [6.3]

gdje su:

- A i B konstante karakteristične za pojedine termistore

- T temperatura u K 

 Osjetljivost termistora je data izrazom:

α=−BT [6.4]

11

što znači da osjetljivost termistora opada sa porastom temperature.

Otpornost zavisi o upotrijebljenom materijalu, temperaturnim promjenama i sl. Promjenuotpora može izazvati promjena temperature okoline. S druge strane, vlastito zagrijavanje(samozagrijavanje) odnosno hlađenje, kao posljedica različitih električnih opterećenja, takođe uz roku ju p rom jenu o t po ra . O va j j e e f eka t pose bno važan . K ada se po j av i dovo l jno v i s ok  napon u o tpo rn i ku se p ro i zve de to l i ko top l o t e da m u po ra s t e t empera tu r a . T o dovod i do smanjenja otpora, povećanja struje i novom rastu temperature. Nakon nekog vremena, od djelića sekunde do minute, uspostavlja se ravnotežno stanje. Opisani efekat samozagrijavanja termistora ima niz primjena. Npr. ako se NTC serijski spoji sa nekim drugim elementom,ograničava se početna vrijednost struje. [5]

12

6.4 TERMOELEKTRIČNI PRETVARAČI TEMPERATURE

Njemački fizičar Thomas Johann Seebeck uočio je da se u zatvorenom krugu što ga tvore dva metala stvara kontinuirana električna struja kad su spojišta ovih metala izložena različitim temperaturama. Žica od materijala A i B spojene su u krug, pa im je jedno spojište izloženo temperaturi Tmj, a drugo referentnoj temperaturi To.Pomoću ampermetra beskonačno malog unutarnjeg otpora motri se nastala termoelektrična struja I ,ili se pomoću voltmetrabeskonačno velikog unutarnjeg otpora motri termoelektromotorna sila tj. naponU. Vrijednost razvijene elektromotorne sile zavisi od materijala žice i razlike temperatura Tmj–T0.Ovakav spoj žice naziva se termo par.Pretvornici temperature s termoparovima izrađuju se u mnogim kombinacijama od kojih se u praksi najčešće primjenjuju dani su u tablici:

Termopar za temperature

Bakar - konstantan -200÷600°CŽeljezo – konstantan -200÷900°C Nikal – Cromnikal 0÷1200°CPlatina – Platina Rhodij 0÷1600°C

Lako je uočiti da se ovim ostvaruje pretvorba toplinske energije u električnu. Pojava je iskorištena kaotemelj za termoelektrično mjerenje temperature.[6]

13

7 KONTAKTNI TERMOMETRI

7.1 MEHANIČKI DODIRNI TERMOMETRI

Princip rada mehaničkih dodirnih termometara je zasnovan na razlici izduženja dva različita materijala, koji mogu biti učvrstom, tečnom ili gasovitom stanju.

Dodirni termometri

sa mehaničkim izlaznim signalom

dilatacioni termometri (sa linearnom dilatacijom, sa zapreminskom dilatacijom) manometarski termometri (sa gasovima, tečnostima, parama)

sa električnim izlaznim signalom

termometri sa promenom električnog otpora (metala, poluprovodnika, elektrolita) termoelementi termometri sa kvarcnim oscilatorom termometri bazirani na gasno-dinamičkim i akustičnim principima pirometri sa trajnom deformacijom termokolor termostati

Kontaktni termometri rade na principu primjene određene fizičke karakteristikesenzora u zavisnosti od temperature:

rastezanje predmeta u zavisnosti od temperature promjena otpornosti u zavisnosti od temperature proizvodnja termoelektričkog napona mehanička deformacija promjena gustine

7.1.2 PLINSKI TERMOMETAR

14

Plínski termometar je fizikalni mjerni uređaj za merjenje temperature, koji deluje na načelu raztezanja idealnog plina. Plinski termometri se u praksi ne uporabljavaju. Plinski termometar se često koristi za kalibraciju drugih termometara.

Slika3. Delovanje plinskega termometra

Plinski termometar je slične konstrukcije kao i termometri punjeni tečnošću, samo što je punjenje ovog termometra izvedeno nekim inertnim gasom.

Mjerenje termodinamičke temperature T ovim termometrom svodi se na precizno mjerenje pritiska i volumena plina u zatvorenoj posudi, pri čemu kao osnovu koristimo jednačinu stanja idealnog gasa.[1]

7.1.3 TERMOMETRI PUNJENI TEKUĆINOM

15

Mjerenje temperature se zasniva na pojavi promjene volumena tekućine s promjenom temperature. Kao medij se obično upotrebljava živa ili alkohol, koji se oboji radi lakšeg očitavanja sl.2. Najčešće se koriste u laboratorijskoj i medicinskoj primjeni. Krhki su i lako lomljivi, pa se njima treba pažljivo rukovati. Radi zaštite od loma često se koriste u zaštitnim kućištima. Stabilni su i relativno jeftini.[1]

Tablica 2. Prikaz temperaturnih mjernih područja za različite tekućine

Tekućina Temperaturno mjerno područje

Pentan -20÷+20°C

Alkohol -110÷+50°C

Toluol -70÷+100°C

Živa bez plinskog punjenja -30÷+280°C

Živa s plinskim punjenjem -30÷+750°C

Slika 4. Živin termometar

7.1.3.1 KAKO RADE TERMOMETRI PUNJENI TEKUĆINOM

16

U termometru se nalazi tanka staklena cijev sa zadebljanjem na donjem dijelu. To zadebljanje ispunjeno je tekućinom. Kad se termometar zagrije, tekućina se širi i podiže uz cijev. Na hladnome se tekućina opet skuplja pa njena razina u cijevi pada.

Tekućina se u cijevi termometra širi i skuplja povećanjem i smanjenjem titranja njenih atoma ili molekula. Srebrnasta tekućina koju viđamo u većini termometara je živa. Ako termometar sadrži crvenu ili plavu tekućinu, radi se o obojanom alkoholu. Živa se širi brže od alkohola, pa zbog toga brže pokazuje temperaturu. Međutim, alkohol se širi jače, pa se može koristiti u široj cijevi. Postoji još nekoliko vrsta termometara. Neki od njih toplinu pretvaraju u električne signale koji pomiču kazaljku ili ispisuju temperaturu na brojčaniku.[3]

7.2 ELEKTRIČNI DODIRNI TERMOMETRI

17

Prikazivanje promjene otpora metala ili poluvodiča kao i promjene termoelektričnog napona kod metala ili legura metala su najčešći postupci mjerenja temperature. Mjerno područje, tačnost i dinamika mjerenja suopćenito bolji nego kod mehaničkih sistema. Troškovi i cijena su veći zbogelektrične obrade signala. 1821. godine Seebeck je otkrio novu pojavu. Spojio je dvije žice od različitih materijala (npr. željezo i bakar) i spojio njihove slobodne krajeve, slika 5.Spojena mjesta je označio sa t1 i t2. Kada je zagrijavao jedan od ta dva spojna mjesta, dok je držao na sobnoj temperaturi, ustanovio je da kroz taj zatvoreni strujni krug teče električna struja.

Slika 5 [7]

18

7.2.1 KVARCNI TERMOMETAR

Kvarcni kristal se koristi kao element za stabilizaciju učestanosti elektronskih oscilatora, temperaturno stabilnih. Postoje takvi pravci sječenja kristala kvarca, kada kvarc ima relativno veliku zavisnost rezonantne učestanosti od temperature. Pri tome se dobija dobra linearnost u opsegu -30°C do 150°C.Nedostatak kvarcnog termometra je osjetljivost pretvarača na mehaničke potrese i udare, jer je pločicakvarca veoma tanka, kao i visoka cijena ovakvog termometra. [8]

Slika 6. Princip rada kvarcnog termometra

19

8 BEZKONTAKTNO MJERENJE TEMPERATURE

8.1 INFRACRVENI TERMOMETAR

Infracrveni termometri je beskontaktni uređaji za mjerenje temperature. Prenosivi infracrveni termometri sadrže lasersku zraku za bolju orijentaciju i viziranje mjernog objekta. Beskontaktno mjerenje temperature koristi se tamo gdje je potrebno brzo i tačno izmjeriti temperaturu kao i kod pokretnih objekata te objekata pod naponom i teško dostupnih mjesta. Termometri mjere površinsku temperaturu slijedeće vidljive površine, dakle ne kroz npr. staklo. Neki modeli posjeduju nepromjenjiv faktor emisije (epsilon faktor), dok je kod drugih ovaj faktor podesiv u ovisnosti o materijalu mjernog objekta (papir, drvo, metal...). Ako želite mjeriti visokopolirane metalne povrąšne, kao npr. cilindrične površine, ovi uređaji se mogu koristiti samo za nadgledanje trenda temperature. Mjerenje apsolutne temperature ovakvih površina pomoću infracrvenih termometera nije moguće.[9]

Slika 5. primjena infracrvenog termometra

20

OPTIČKI PIROMETAR

Optički pirometri rade na principu usporedbe svjetloće boje koju isijavaobjekt čiju temperaturu mjerimo i svetloće boje užarene kalibrirane nitičiju temperaturu znamo.O p t i č k i   s u s t a v   s a d r ž i   f i l t e r   k o j i   o g r a n i č a v a   o s j e t l j i v o s t  p o d r u č j a propuštenih valnih duljina u rasponu 0,65-0,66 μm (tj. crveno područjevidljivog spektra). Drugi filter reducira intenzitet svjetlosti. Jedan takavinstrument može imati širok raspon mjerenja temperatura.Ovakvi pirometri pošto su ograničeni na valnu duljinu svjetlosti crvenovid l j i vog  područ ja  mogu  se  upot rebl java t i  za  mje ren je  t empera tureobjekata koji su dovoljno topli da su užareni ili usijani. Ovo ograničenjes e   o d n o s i   n a   d o n j u   g r a n i c u   t e m p e r a t u r e   p r i   k o j o j   s u   t i  p i r o m e t r i u p o t r e b l j i v i .   P o j e d i n i   o p t i č k i   p i r o m e t r i   i m a j u   u g r a đ e n o   po j a č a l o svjetlosti promatranog objekta, što spušta donju granicu upotrebljivostina niži nivot e m p e r a t u r e .   N e d o s t a t c i   o v i h   u r e đ a j a   s u :   o s j e t l j i v o s t  ( k r h k o s t ) , glomazni su i relativno skupi

Slika 7 Optički pirometar

21

9 POSEBNI TERMOMETRI

9.1 MAKSIMUM TERMOMETAR

Termometar koji pokazuje najvišu temperaturu dosegnutu od trenutka kada je posljednji put podešen.To može biti i živin termometar koji je postavljen horizontalno. Glavna karakteristika ove vrste termometara je “indeks“ koji se pomjera sa rastom temperature ali pri opadanju temperature on se zadržava na najvišoj zabilježenoj temperaturi.

9.2 MINIMUM TERMOMETAR

Termometar koji pokazuje najnižu temperaturu postignutu od kad je instrument posljednji put podešen. Sastoji se od alkohola ili sličnog medija u staklenoj cijevi. U medij je uronjen tanki stakleni štap poznat kao “indeks“ . kada se tekucina pomjeri na niže usljed pada temperature, indeks se srušava međutim kada temperatura rastre medij obranja indeks i ide prema gore u cijev, ostavljajući indeks u najnižoj dosegnutoj tački.

Slika 8. Minimum i maksimum termometar

22

9.3 SIX TERMOMETAR

Six  je termometar kojim se mogu mjeriti maksimalne i minimalne temperature postignute tijekom vremenskog razdoblja, obično tijekom jednog dana. To se obično koristi gdje god je to jednostavan način je potrebno za mjerenje Ekstremne temperature na mjestu, primjerice u meteorologiji i hortikulture.Također je poznat kao najviše minimalnog termometra, od kojih je najstariji praktičnidizajn i najčešći tip koristi.To je primjer prijavljivanje termometra, koji je termometar koji vodi evidenciju o tome gdjeje temperatura bila u prošlosti.To daje tri čitanja: Trenutna temperatura najviša temperatura postignut, jer je posljednjiresetira, a najniža temperatura doći budući da je posljednji put reset.To je izumio Englez James Six u 1782, a nazvana po njemu.Isti osnovni dizajn ostaje u uporabi danas. [11]

23

9.4 KAPILARNI TERMOMETAR

Kapilarni termometar je pogodan za mjerenje temperatura na teško pristupačnim mjestima. Temperaturno ticalo (1) oblika šupljog valjka ispunjeno je živom i čeličnom kapilarom (2) povezano sa svijenom ili spiralnom cijevi (3) (slika II.2.5). Živa se grijanjem širi i nastoji izravnati cijev pa se njen slobodni kraj pomiče naprijed, a njegovo pomicanje preko zupčanog mehanizma uzrokuje pomicanje kazaljke instrumenta. Ako je umjesto žive u cijevi, kapilari i spremniku cijev, kapilara može biti dugačka do 60m. Kapilarni termometri nisu osobito točni, a veliku primjenu imaju u upravljanju radom grijala vode (bojlera) i u rashladnoj tehnici gdje u sastavu termostata upravljaju grijanjem i hlađenjem.

Slika 9. Kapilarni termometar

Brojila toplinske energije ugrađuju se u stambene zgrade s centralnom pripremom tople vode i s centralnim grijanjem. Utrošak toplinske energije izračunava računalo na temelju protoka vode i razlike temperatura na ulaz i izlazu iz stana. Kalorimetar se postavlja na povratni vod, jedno temperaturno ticalo na dolazni, a drugo na povratni vod. [12]

24

10 MANOMETARSKI TERMOMETAR

Manometarski termometri baziraju svoja rad na činjenici da u zatvorenoj posudi, potpuno ispunjenojtečnošću, dolazi do porasta pritiska sa porastom temperature. Pritisak u posudi prestavlja mjeru temperaturetečnosti, pa se kao indikatori koriste različiti pretvarači za mjerenje pritiska. Najčešću primjenu nalazimanometarski termometar napunjen živom sa Burdonovom cijevi, čija je skala kalibrisana u jedinicamatemperature.[8]

Slika 10. Manometarski termometar

25

11 GREŠKE DODIRNIH TERMOMETARA I METODE KOREKCIJE

Greške pri merenju temperature dodirnim termometrima mogu biti statičke i dinamičke. Statičke greške predstavljaju greške koje se javljaju u stacionarnom stanju i najčešće se javljaju usled odvođenja toplote, usled zračenja ili usled postavljanja termometra u struju velike brzine. Dinamičke greške nastaju pri promeni temperature koja se meri, zbog inercije termometra.

11.1 GREŠKA USLJED ODVOĐENJA TEMPERATURE

Ova greška nastaje kao rezultat različitih temperatura vrha termometra koji je uronjen u fluid čija se temperatura meri i kraja termometra koji se nalazi u spoljašnjoj sredini, zbog čega dolazi do pojave toplotnog fluksa kroz termometar. Ova greška se može potpuno otkloniti samo totalnim uranjanjem termometra u sredinu čija se temperatura meri. Termometri se najčešće ugrađuju u zid suda ili cevovoda i temperatura ovog zida se najčešće razlikuje od temperature fluida u sudu, odnosno cjevi. Način ugradnje termometra i tipičan profil temperature duž štapa termometra, prikazani su na slici

Slika 11. Greška usljed odvođenja toplote kod dodirnih termometara

26

11.2 GREŠKA USLJED ZRAČENJA

Ova greška nastaje usled prenosa toplote između termometra i zida suda ili cjevovoda u koji je termometar ugrađen, mehanizmom zračenja. Ova greška dolazi do izražaja samo pri temperaturama većim od 400 °C, pri kojima zračenje kao mehanizam prenosa toplote postaje značajno. Izraz za ovu grešku se može dobiti na osnovu ŠtefanBolcmanovog (Stefan-Boltzmann) zakona i može se prikazati na sledeći način:

Θz =εh (Tt

4-Tz4) (11.1)

gde su: T, i Tz temperature termometra i zida, u Kelvinima, h - koeficijent prelaza toplote sa fluida na termometar i e2, - koeficijent emisivnosti termometra i apsorptivnosti zida.

Greška usljed zračenja se smanjuje izolacijom zida, poliranjem površine termometra, zaklanjanjem termometra od izvora zračenja ili korišćenjem specijalne konstrukcije termometra sa usisavanjem fluida.

11.3 GREŠKE USLJED VELIKIH BRZINA

Ova greška se javlja pri merenju temperatura gasova koji struje velikim brzinama. Greška mjerenja nastaje zbog prelaza kinetičke energije fluida u toplotu, pri udaru čestica gasa u termometar i može se izraziti na sledeći način:

Θv=V

2C (11.2)

gde je: v - brzina strujanja i c - specifična toplotna kapacitivnost.

Ova greška se javlja samo pri vrlo velikim brzinama fluida (bliskim ili većim od brzine zvuka). Otklanja se specijalnom ugradnjom sa zaštitnom cjevi.

11.4 DINAMIČKE GREŠKE TERMOMETRA

Ove greške se javlaju pri mjerenju temperatura koje se menjaju u toku vremena. termometar bez zaštitne obloge ima dinamičku karakteristiku sistema prvog reda, sa vremenskom konstantom koja je proporcionalna toplotnoj kapacitivnosti termometra i otporu prenosu toplote između fluida i termometra, dok termometar sa zaštitnom oblogom ima dinamičke karakteristike previše prigušenog sistema drugog reda. Termometar sa zaštitnom oblogom se može tretirati kao kombinacija dva sistema prvog reda (obloga i termometar) vežana na red sa međudejstvom. Dinamičke greške termometra se mogu smanjiti smanjenjem toplotne kapacitivnosti termometra, odnosno obloge i termometra i povećanjem koeficijenta prenosa toplote, što se može postići ugradnjom termometra na mestu najveće turbulencije.[13]

27

12 KONTROLA I KALIBRIRANJE TERMOMETARA

Tačnost mjerenja temperature sa nekim termometrom nalazi se ugranicama dopuštenih tolerancija samo onda ako je sam instrument dobropodešen i ako je ispravno postavljen na mjerno mjesto.Održavanje i kontrola električnih pokazivača zahtijeva posebnu stručnost iopremu. Mnoge tvornice, a pogotovo manji pogoni to nisu u stanju. Osimkontrole instrumenata u slučaju netačnog pokazivanja, potrebno je vršiti ikalibriranje termometra. Pod kalibriranjem se podrazumjeva podešavanjeinstrumenta da bi njegovo pokazivanje bilo tačno.Ako je instrument ispravno postavljen, kontrola se može najčešće vršiti i upogonu, periodičnom kontrolom električnog otpora vodiča. Pokazivačelektričnih termonaponskih termometara mogu se kontrolirati dovođenjemodređenih napona i upoređujući pokazivanje instrumenta s tablinimvrijednostima termonapona za određeni termopar. Sam tehnološki procesponekad može ukazati na netačnost mjerenja temperature. Na veomavažnim mjestima se postavljaju 2 termometra različite izvedbe.U slučajevima kada postoji opravdana sumnja u ispravnost termometra,mora se vršiti kontrola termometara. Nakon zakonski propisang rokatermometri se moraju kalibrirati u za to ovlaštenim kalibracionim ili ispitnimlaboratorijama.[2]

28

LITERATURA: [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Temperature 23.04.2012 [2] http://www.unze.ba/download/SkriptaMetrologija.pdf [3] NEMANJA-RISTIC-MERENJE-TEMPERATURE [4] http://www.scribd.com/doc/93615740/Mjerenje-Temperature-1 [5] http://www.scribd.com/doc/49239748/Termistori-seminarski-

rad-I [6] http://www.scribd.com/doc/58832015/64/Pretvornici-

temperature [7] http://www.scribd.com/dseferovic/d/78754882/78-Vrste-

termometara [8] http://www.scribd.com/doc/33757/Upravljanje-grijacima-i-

senzori-temperature [9] http://www.amt-metriks.ba/cms/index.php?infracrveni-

termometa [10] [11] http://www.answers.com/topic/maximum-

thermometer#ixzz1vVsADzh7 [12] http://www.kalinic.info/udzbenici/ecvip/ecvip.htm [13] http://www.scribd.com/muhamedz/d/57434867-Osnovni-

Elementi-Sistema-Upravljanja

Napomena: slike, formule i tablice preuzete su sa istih linkova.

29