HİMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsıdleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

Átírás

1 Hımérsékletmérés

2 HİMÉRSÉKLETMÉRÉS Elsıdleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja 961,93 C Ezüst dermedéspontja 444,60 C Kén olvadáspontja 0,01 C Víz hármaspontja -182,962 C Oxigén forráspontja Reprodukálás Pt ellenállás-hımérık PtRh Pt termoelemek

3 HİMÉRİK I. Kontakthımérık II. Sugárzásmérık / C / - pirométer - termovízió A Mechanikus B Villamos C Egyéb: Folyékony kristályok Termokréta Zégergúla

4 Mechanikai kontakthımérık Bothımérık Bimetall-hımérık Folyadék-üveg hımérık Folyadék-rugós hımérık Gıznyomás-rugós hımérık Gázhımérık

5

6

7

8 Tágulási hımérı 1- sárgaréz 2 - invar

9

10 Kettısfém hımérı

11 Folyadéktöltésü üveghımérık Higanyos hımérık -38, ,7 a. vékonyfalú b. vastag falú 400 o C 500 o C 600 o C 750 o C 2 BAR 10 BAR 20 BAR 70 BAR

12

13

14 Ellenálláshımérık

15 Hımérsékletfüggı ellenállások Hımérséklet Ellenállás változás változás Követelmények: 1. Hımérsékleti tényezı nagy legyen 2. Fajlagos ellenállása nagy legyen 3. Lehetıleg lineáris statikus karakterisztika 4. A jellemzık legyenek stabilak LEHETNEK A fémes vezetık B félvezetık

16 FÉM ELLENÁLLÁSHİMÉRİK R(T)=R0 [ 1+αT + βt 2 + ] R0, α, β, 0 C hoz tartozó értékek Rendszerint elegendı a lineáris közelítés : R(T)=R0 [ 1+αT ] Lineáris közelítés esetén : É = R0 α Néhány anyag lineáris hımérsékleti együtthatója : Vas Higany Réz Platina Nikkel 2-6 * / C 9 * / C 4 * / C 4 * / C 6,17 * / C

17 Platina ellenállás-hımérı: 1. Mérési tartomány: C 2. Ellenállásváltozás 100 C-ra: 40 % 3. Ellenállás 0 C-on: 100 Ω Platina ellenállás-hımérı ELİNYEI: 1. Nagy vegyi ellenálló képesség 2. Magas olvadáspont 3. Lineáris statikus karakterisztika /ipari igények / 4. Reprodukálhatóan gyártható Platina ellenállás-hımérı HÁTRÁNYA: Alapanyaga drága

18 Nikkel-ellenálláshımérı: 1. Mérési tartomány: C 2. Ellenállásváltozás 100 C-ra: 60 % 3. Ellenállás 0 C-on: 100 Ω Nikkel ellenállás-hımérı ELİNYEI: 1. Hımérsékleti együtthatója nagyobb 1. Az alapanyag olcsóbb Nikkel ellenállás-hımérı HÁTRÁNYAI: 1. Karakterisztikája nemlineáris 2. Gyártása nem jól reprodukálható

19 RÉZ-ellenálláshımérı: 1. Mérési tartomány: C 2. Ellenállásváltozás 100 C-ra: 40 % 3. Ellenállás 0 C-on: 10 Ω RÉZ ellenállás-hımérı ELİNYEI: 1. Karakterisztikája lineáris 2. Olcsó 1. Gyártása reprodukálható RÉZ ellenállás-hımérı HÁTRÁNYAI: 1. Oxidálódik 2. Fajlagos ellenállása kicsi

20 A fém ellenállás-hımérık közös jellemzı adatai: 1. Pontatlanság Ipari méréseknél 0.5-1% Precíziós méréseknél 0,05% 2. Idıállandók 0,05 s néhány perc 3. Maximális mérıáram 10mA Tényleges hımérséklet: Kialakítás!!!!!!!!!!!! T = T 1 + (T 2 T ) 1 I 2 1 I 2 1 I 2 2

21 FÉLVEZETİ ELLENÁLLÁSHİMÉRİK Közelítı összefüggés: b/t R= a e ahol R a félvezetı ellenállása a az un. anyagállandó b az un. energiaállandó T az abszolút hımérséklet R NTK T A statikus karakterisztika jellegzetességei: 1. Nemlineáris 2. Az érzékenység negatív / NTK / a

22 A félvezetı ellenállás-hımérık anyagai: 1. Nehézfémek oxidjai 2. Germánium és szilícium 3. III és V vegyértékő elemek ötvözetei Legelterjedtebbek a TERMISZTOROK ( Nehézfémek oxidjaiból készülnek ) A termisztorok jellemzı adatai: 1. ellenállás 25 ºC-on : néhányszáz? - néhányszáz k? 2. ellenállás 80 ºC-on : a 25 ºC-on mért ellenállás 5-8-ad része 3. hımérsékleti együttható ( α ) 25 ºC-on 0,04-0,15/ºC 4. Maximális teljesítmény néhány tíz µw néhány W 5. Idıállandó: 10-2 s néhány perc 6. Mérési tartomány: -200 ºC ºC

23 Az ellenállás mérésének módszerei Volt-ampermérıs módszer Feszültség összehasonlítás Wheatstone-híd Háromvezetékes Wheatstone-híd Ellenállásmérés ohmmérıvel Hányadosmérı mőszer Digitális ohmmérı Négyvezetékes ellenállásmérés

24 Volt-ampermérıs módszer

25 Feszültség összehasonlítás

26 Wheatstone-híd

27 Háromvezetékes Wheatstone-híd

28 Ellenállásmérés ohmmérıvel

29 Hányadosmérı mőszer α = kf I I 1 2 = kf R R t n + + R R 2 1

30 Digitális ohmmérı

31 Négyvezetékes ellenállásmérés

32 TERMOELEM-HİMÉRİK Termoelemek Hıelemek

33 Alapfogalmak, meghatározások hidegpont melegpont

34 A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hımérséklet különbségétıl függ. A vezeték mentén kialakuló hımérsékleteloszlástól független.

35 A termofeszültség hımérséklet függése U AB β 2 ( t,0) = αt + t + t 2 γ 3 3 É = α + β t + γ t 2

36 Termopotenciális sor Megnevezés Jel. ill. összetétel Termoelektro-mos feszültség [mv] Alkalmazási hımérsékletek [ C] tartós rövid Olvadás-pont [ C] Alumínium Al +0, Alumel 95% Ni+5%(Al, Si, Mg) -1,02-1, Iridium Ir +0, Kadmium Cd +0, Kobalt Co -1,68-1, Konstantán 60%Cu+40%Ni -3, Kopel 56%Cu+44%Ni -4, Kromel 90%Ni+10%Cr -2,71-3, Manganin 84%Cu+13%Mn+2%Ni+1%Fe +0,8 910 Nikkel Ni -1,50-1, Nikróm 80%Ni+20%Cr +1,5 +2, Platina Pt 0,

37 A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hımérséklet különbségétıl függ. A vezeték mentén kialakuló hımérséklet-eloszlástól független.

38 A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények Termikus rövidzár: ha az inhomogén szakasz kezdete és vége azonos hımérsékleten van, járulékos termofeszültség nem keletkezik.

39 TIPUS TERMOELEM ALKALMAZÁSI TARTOMÁNY C TERMOFE- SZÜLTSÉG T=100 C-ra [mv] T Cu-Ko ,25 J Fe-Ko ,37 K NiCr-Ni ,04 S PtRh-Pt ,64 Ko=Konstantán (60% Cu+40% Ni)

40 A termoelemes (hıelemes) mérıkör elemei: 1. Termoelem huzalpár 5. Hidegpont 2. Érzékelési pont 6. Mérıvezeték 3. Csatlakozási hely 7. Kiegészítı ellenállás 4. Kompenzáló vezeték 8. Jelfeldolgozó egység

41 A termoelemek alkalmazásának méréstechnikai problémái A hidegpont hımérsékletének változása A kompenzáló vezeték olyan ötvözött anyagpár, melynek termoelektromos tulajdonságai C között megegyeznek a termoelemével.

42

43

44 A termofeszültség mérési módszerei Feszültségmérés állandó mágneses mőszerrel Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral Digitális feszültségmérık

45 Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral

46 Lindeck-Rothe kompenzátor

47 Digitális feszültségmérı

48 A termoelemes (hıelemes) mérıkör elemei 5.Hidegpont 1.Hıelem-huzalpár (pozitív és negatív szál) 2.Érzékelési pont 3. Csatlakozási hely 4.Kompenzációs vezeték (pozitív és negatív szál) 6.Mérıvezeték 7.Vezetékkiegészítı ellenállás 8.Jelfeldolgozó egység (mérı-, regisztráló-, szabályozómőszer, távadó stb.)

49 A feladatra legmegfelelıbb termoelem kiválasztásának szempontjai A hımérséklet tartomány A termoelem kémiai ellenállósága, ill. a szükséges védıburkolat alkalmazhatósága Kopás és rázkódás védelem A beilleszthetıség feltételei (a beépítendı termoelemnek meg kell felelnie a már meglévı berendezéseknek. A rendelkezésre álló furatok átmérıjét elıbb meg kell határozni).

50 Szempontok a termoelemkialakítás kiválasztásához Földelt Földeletlen Szabadon álló

51 Termoelem referencia táblázat Betőjel J K S T Összetétel Vas - Konstantán Chromega - Alomega Platina-10% Ródium - Platina Réz - Konstantán Hımérséklet tartomány -200 C C 500 C C -260 C C 300 C C 850 C C -40 C C 550 C C 1150 C C -260 C C

52 Termográfia Érintkezés-nélkül nélkül Hımérséklet Mérés Infrahımérı

53 Elektromágneses spektrum

54 Infravörös tartomány tagolása 0,8 2 µm ultrarövidhullámú hısugárzás 2 6 µm rövidhullámú hısugárzás 6 20 µm hosszúhullámú hısugárzás

55 Fizikai alapelvek A PLANCK féle sugárzási törvény A STEFAN-BOLTZMANN törvény A WIEN féle eltolódási törvény

56 A PLANCK féle sugárzási törvény

57 A STEFAN-BOLTZMANN törvény

58 A WIEN féle eltolódási törvény

59 Feketetest Tökéletes kibocsátó (emitter) Tökéletes elnyelı (absorber) Kalibráló minden infravörös hımérıhöz Tipikus feketetest üregek

60 Feketetest sugárzási karakterisztikák

61 Feketeségi fok (Emissivity) E λ = Valódi test sugárzása egy hullámhosszon λ Fekete test sugárzása egy hullámhosszon λ (Mindegyik ugyanazon a hımérsékleten)

62 Feketeségi fok (Emissivity) Másik út a Feketeségi fok (Emissivity) megértéséhez A feketeségi fok megmutatja, hogy a valóságos test kibocsátása hány százalék a feketetesthez viszonyítva. Például E=0.8; azt jelenti, hogy a sugárzás 80%-a a a feketetestének.

63 Szürketest karakterisztikák

64 Infravörös méréselrendezés

65 Feketeségi fok (Emissivity) R+A+T = 1 A E

66 A levegı spektrális átviteli tényezıje Wavelength (Microns)

67 PIROMÉTEREK

68

69 Thermal Detectors

70 Pyrometer Basics

71 Pyrometer Basics

72 Pyrometer Basics Maintenance 1. Keep the head cool 0 50 C 2. Clean the lens with a soft cloth and Isopropyl Alcohol 3. Calibrate once a year with a Blackbody Lens & Window Lens cavity Sensor Head

73 Instrument Characteristics vs Wavelength Wavelengths Temp Range Detector Lens Primary application 0.65 Microns F Silicon Crown Molten Steel / Molten Glass C Glass F Silicon Crown Iron, Steel, Foundries, Forging, Microns C Glass Annealing, and Semiconductor C Silicon Crown Specifically designed for Gallium Microns Glass Arsenide temp in MBE/MOCVD F Silicon Special Difficult High Temp Applications /color C Lens with small targets, dusty or smoky atmospheres , F InGaAs Special Good For Kilns, Vac. Furnaces Low Temp 2/color C Lens 1.64 Microns F Germanium Crown Best Choice for non-ferrous C InGaAs Glass Metals

74 Measurement Options Wavelength (microns)

75 Measurement Options 0.65 Microns F ( C) Silicon Detector Crown Glass Lens Molten Steel and Glass Wavelength (microns) Ircon Product? Ultimax UX-10P

76 Measurement Options 8-14 Microns Pyroelectric Detector F (0-500 C) Zinc Sulfide Lens Thermopile Detector -50 to 1000 F (-50 to 500 C) Germanium Lens General Purpose, Low Temps Wavelength (microns)

77 Termovízió Hıkamerák

78

79 Spot Instruments Line Scanners

80 DigiCam Detector Line Array (Thermopile) 120 Pixels Uncooled 1.5 Seconds for Image 8 12 µ NETD = C

81 DigiCam IR Model Numbers 100P C 100PHT C

82

83 Köszönöm megtisztelı figyelmüket!

84