Hımérsékletmérés
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
HİMÉRİK I. Kontakthımérık II. Sugárzásmérık / 0-1600 C / - pirométer - termovízió A Mechanikus B Villamos C Egyéb: Folyékony kristályok Termokréta Zégergúla
Mechanikai kontakthımérık Bothımérık Bimetall-hımérık Folyadék-üveg hımérık Folyadék-rugós hımérık Gıznyomás-rugós hımérık Gázhımérık
Tágulási hımérı 1- sárgaréz 2 - invar
Kettısfém hımérı
Folyadéktöltésü üveghımérık Higanyos hımérık -38,87 +356,7 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
Ellenálláshımérık
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
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 * 10-3 1/ C 9 * 10-3 1/ C 4 * 10-3 1/ C 4 * 10-3 1/ C 6,17 * 10-3 1/ C
Platina ellenállás-hımérı: 1. Mérési tartomány: - 190 + 630 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
Nikkel-ellenálláshımérı: 1. Mérési tartomány: - 100 + 300 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
RÉZ-ellenálláshımérı: 1. Mérési tartomány: 0 + 150 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
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
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
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 + 200 ºC
Az ellenállás mérésének módszerei Volt-ampermérıs módszer Feszültség összehasonlítás Wheatstone-híd Háromvezetékes Wheatstone-híd Ellenállásmérés ohmmérıvel Hányadosmérı mőszer Digitális ohmmérı Négyvezetékes ellenállásmérés
Volt-ampermérıs módszer
Feszültség összehasonlítás
Wheatstone-híd
Háromvezetékes Wheatstone-híd
Ellenállásmérés ohmmérıvel
Hányadosmérı mőszer α = kf I I 1 2 = kf R R t n + + R R 2 1
Digitális ohmmérı
Négyvezetékes ellenállásmérés
TERMOELEM-HİMÉRİK Termoelemek Hıelemek
Alapfogalmak, meghatározások hidegpont melegpont
A termofeszültség csak a választott anyagpártól és a csatlakozási pontok hımérséklet különbségétıl függ. A vezeték mentén kialakuló hımérsékleteloszlástól független.
A termofeszültség hımérséklet függése U AB β 2 ( t,0) = αt + t + t 2 γ 3 3 É = α + β t + γ t 2
Termopotenciális sor Megnevezés Jel. ill. összetétel Termoelektro-mos feszültség [mv] Alkalmazási hımérsékletek [ C] tartós rövid Olvadás-pont [ C] Alumínium Al +0,40 658 Alumel 95% Ni+5%(Al, Si, Mg) -1,02-1,38 1000 1250 1450 Iridium Ir +0,65 1200 1800 2350 Kadmium Cd +0,90 321 Kobalt Co -1,68-1,76 1490 Konstantán 60%Cu+40%Ni -3,5 600 800 1250 Kopel 56%Cu+44%Ni -4,0 600 800 1250 Kromel 90%Ni+10%Cr -2,71-3,13 1000 1250 1450 Manganin 84%Cu+13%Mn+2%Ni+1%Fe +0,8 910 Nikkel Ni -1,50-1,54 800 1100 1452 Nikróm 80%Ni+20%Cr +1,5 +2,5 1000 1100 1500 Platina Pt 0,000 1300 1600 1770
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.
A termoelemek készítését és használatát meghatározó törvények Termikus rövidzár: ha az inhomogén szakasz kezdete és vége azonos hımérsékleten van, járulékos termofeszültség nem keletkezik.
TIPUS TERMOELEM ALKALMAZÁSI TARTOMÁNY C TERMOFE- SZÜLTSÉG T=100 C-ra [mv] T Cu-Ko -200...600 4,25 J Fe-Ko -200...900 5,37 K NiCr-Ni -200...1200 4,04 S PtRh-Pt 0...1500 0,64 Ko=Konstantán (60% Cu+40% Ni)
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
A termoelemek alkalmazásának méréstechnikai problémái A hidegpont hımérsékletének változása A kompenzáló vezeték olyan ötvözött anyagpár, melynek termoelektromos tulajdonságai 0-200 C között megegyeznek a termoelemével.
A termofeszültség mérési módszerei Feszültségmérés állandó mágneses mőszerrel Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral Digitális feszültségmérık
Feszültségmérés egyenáramú kompenzátorral
Lindeck-Rothe kompenzátor
Digitális feszültségmérı
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.)
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).
Szempontok a termoelemkialakítás kiválasztásához Földelt Földeletlen Szabadon álló
Termoelem referencia táblázat Betőjel J K S T Összetétel Vas - Konstantán Chromega - Alomega Platina-10% Ródium - Platina Réz - Konstantán Hımérséklet tartomány -200 C... 490 C 500 C... 1190 C -260 C... 290 C 300 C... 840 C 850 C... 1370 C -40 C... 540 C 550 C... 1140 C 1150 C... 1760 C -260 C... 390 C
Termográfia Érintkezés-nélkül nélkül Hımérséklet Mérés Infrahımérı
Elektromágneses spektrum
Infravörös tartomány tagolása 0,8 2 µm ultrarövidhullámú hısugárzás 2 6 µm rövidhullámú hısugárzás 6 20 µm hosszúhullámú hısugárzás
Fizikai alapelvek A PLANCK féle sugárzási törvény A STEFAN-BOLTZMANN törvény A WIEN féle eltolódási törvény
A PLANCK féle sugárzási törvény
A STEFAN-BOLTZMANN törvény
A WIEN féle eltolódási törvény
Feketetest Tökéletes kibocsátó (emitter) Tökéletes elnyelı (absorber) Kalibráló minden infravörös hımérıhöz Tipikus feketetest üregek
Feketetest sugárzási karakterisztikák
Feketeségi fok (Emissivity) E λ = Valódi test sugárzása egy hullámhosszon λ Fekete test sugárzása egy hullámhosszon λ (Mindegyik ugyanazon a hımérsékleten)
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.
Szürketest karakterisztikák
Infravörös méréselrendezés
Feketeségi fok (Emissivity) R+A+T = 1 A E
A levegı spektrális átviteli tényezıje Wavelength (Microns)
PIROMÉTEREK
Thermal Detectors
Pyrometer Basics
Pyrometer Basics
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
Instrument Characteristics vs Wavelength Wavelengths Temp Range Detector Lens Primary application 0.65 Microns 1400-6500 F Silicon Crown Molten Steel / Molten Glass 700-3500 C Glass 0.7-1.00 1000-5000 F Silicon Crown Iron, Steel, Foundries, Forging, Microns 550-3000 C Glass Annealing, and Semiconductor 0.91-0.97 400-2000 C Silicon Crown Specifically designed for Gallium Microns Glass Arsenide temp in MBE/MOCVD 0.7-1.08 1300-6500 F Silicon Special Difficult High Temp Applications 1.08 2/color 700-3500 C Lens with small targets, dusty or smoky atmospheres 1.5-1.6, 1.65-1.71 500-1800 F InGaAs Special Good For Kilns, Vac. Furnaces Low Temp 2/color 250-1000 C Lens 1.64 Microns 500-2500 F Germanium Crown Best Choice for non-ferrous 250-1400 C InGaAs Glass Metals
Measurement Options Wavelength (microns)
Measurement Options 0.65 Microns 1400-6500 F (700-3500 C) Silicon Detector Crown Glass Lens Molten Steel and Glass Wavelength (microns) Ircon Product? Ultimax UX-10P
Measurement Options 8-14 Microns Pyroelectric Detector 0-1000 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)
Termovízió Hıkamerák
Spot Instruments Line Scanners
DigiCam Detector Line Array (Thermopile) 120 Pixels Uncooled 1.5 Seconds for Image 8 12 µ NETD = 0.35 C @ 30 C
DigiCam IR Model Numbers 100P 0-350 C 100PHT 0-600 C
Köszönöm megtisztelı figyelmüket!