METODY pomiaru temperatury Lis Paweł Kobierski Sławomir Gr. 2 II stopień 1 rok : Rok Akademicki: 2014/2015 www.agh.edu.pl

Plan Prezentacji Pomiar temperatury, Metody pomiaru temperatury, Przyrządy do pomiaru temperatury, Metoda stykowa, Metoda bezstykowa, Podsumowanie.

Pomiar temperatury Pomiar temperatury może być realizowany na wiele sposobów. W zależności od interakcji pomiędzy badanym obiektem pomiarowym a czujnikiem pomiarowym wyróżnić można pomiar dotykowy i pomiar bezdotykowy.

Metody pomiaru temperatury Źródło: „Metody i urządzenia do pomiaru temperatury i ciśnienia” Dr inż. Andrzej Kłabut

Źródło: http://www.retsat1.com.pl/ Metody stykowa Metoda stykowa wykorzystuje zjawisko rozszerzalności termicznej. Czujnik temperatury styka się bezpośrednio z ciałem lub ośrodkiem badanym i wymienia ciepło na drodze przewodzenia. Tym sposobem wymiany ciepła rządzi prawo Fouriera. Rozszerzalność termiczna – właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększeniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury. Źródło: http://www.retsat1.com.pl/

Prawo Fouriera Prawo Fouriera ujmuje ilościowo następujący fakt: ilość ciepła wymienianego przez pewną powierzchnię jest proporcjonalna do pola tej powierzchni i do czasu. Zapisuje się to w postaci równania: q = −λ ⋅∇T q- strumień cieplny [W/m2] λ- współczynnik przewodzenia ciepła [W/m2] ∇T- gradient temperatury [K]. Źródło: Dr inż. Jan Porzuczek „Systemy pomiarowe”

Nieelektryczne metody pomiaru Termometry rozszerzalnościowe – działanie polega na wykorzystaniu zmiany objętości ciała termometrycznego pod wpływem zmiany temperatury. Ciałem termometrycznym może być ciało w stanie stałym, ciekłym lub gazowym. Źródło: materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych. Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki.

Termometry rozszerzalnościowe Termometr cieczowy szklany – wykorzystanie zjawiska rozszerzalności objętościowej cieczy. Może to być np. rtęć. Termometr bimetalowy – zbudowane są na zasadzie wykorzystania różnicy cieplnej rozszerzalności liniowej dwóch różnych materiałów. Źródło: materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych. Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki.

Nieelektryczne metody pomiaru Termometry manometryczne – działają na zasadzie sprężystego odkształcenia wielozwojowej sprężyny pod wpływem zmian ciśnienia gazu zamkniętego w układzie termometrycznym, wywołanych zmianą temperatury ośrodka mierzonego. Źródło: http://www.emet-impex.com.pl/wika/tgr-o-em-i-pl.pdf

Termometry manometryczne Termometr manometryczny cieczowy (gazowy) – zasada działania polega na wykorzystaniu objętościowej rozszerzalności cieczy (lub gazu) termometrycznej. Wzrost temperatury wywołuje przyrost objętości cieczy w czujniku. Termometr manometryczny parowy – wykorzystuje właściwości, że ciśnienie pary nasyconej jest jednoznaczną funkcją temperatury. Ponieważ funkcja ta jest nieliniowa, więc i skala termometru jest również nieliniowa (o działkach rozszerzających się) 1 - ciecz manometryczna, 2 - para cieczy manometrycznej, 3 - kapilara, 4 - element sprężysty, 5 – mieszek sprężysty, 6 - ciecz pośrednicząca Źródło: materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych. Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki.

Elektryczne metody pomiaru Termometry termoelektryczne (termopary) – zasada działania opiera się na zjawisku fizycznym, polegającym na zależności siły termoelektrycznej ogniwa termoelektrycznego od temperatury. Ogniwo termoelektryczne powstaje przez połączenie na jednym końcu dwóch przewodników, wykonanych z dwóch różnych materiałów. Metoda ta wykorzystuje zjawisko T. Seebecka. Źródło: http://home.agh.edu.pl/~tml/archives/3

Termometry termoelektryczne Zjawisko Seebecka – polega na generowaniu napięcia w obwodzie składającym się z dwóch różnych przewodników, których końce znajdują się w różnych temperaturach. Jeżeli temperatury T1 jest różna od temperatury T2, to w obwodzie złożonym z dwóch różnych metali (lub stopów): A i B powstaje siła termoelektryczna. Źródło: http://home.agh.edu.pl/~tml/archives/3 Źródło: Dr inż. Jan Porzuczek

Termometry rezystancyjne Termometry rezystancyjne – zasada działania polega na wykorzystaniu zjawiska zmian rezystancji przewodników lub półprzewodników prądu elektrycznego wraz z temperaturą. Pomiar temperatury polega na pomiarze rezystancji rezystora termometrycznego, tworzącego czujnik termometryczny. Źródło: http://www.retsat1.com.pl/

Termometry rezystancyjne Termometr rezystancyjny składa się z czujnika termometrycznego, przewodów łączeniowych, miernika elektrycznego oraz źródła zasilania prądem elektrycznym Źródło: www.gefran.pl Źródło: materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych. Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki.

Wskaźniki temperatury Stożek termometryczny (stożek Segera) – gdy zostanie osiągnięta pewna wartość temperatury piramidka zgina się, Kredki i farmy termometryczne – zmieniają barwę, gdy przekroczona jest pewna temperatura, Wskaźniki foliowe – nakleja się je na badane powierzchnie. Również zmieniają barwę pod wpływem temperatury. Źródło: http://www.retsat1.com.pl/

Metoda bezstykowa Metoda bezstykowa - polega na analizie promieniowania cieplnego emitowanego przez badane ciała. Każde ciało o temperaturze większego od zera bezwzględnego (0 K) wysyła energię radiacyjną (ciepło), przy czym zdolność emisji zależy od jego właściwości fizycznych (głównie powierzchni) i od temperatury (prawo Prevosta). Źródło: http://we.pb.edu.pl/

Metoda bezstykowa W wyniku oddziaływania ciepła cząsteczki znajdujące się na powierzchni zwiększają ruch, powodują przemieszczanie się ładunków, wywołując jednocześnie promieniowanie elektromagnetyczne. Mierzona temperatura określana jest na podstawie natężenia promieniowania wyemitowanego przez monitorowany obiekt. Źródło: http://pomiarytemperatury.pl/

Metoda bezstykowa Strumień cieplny padający na określoną powierzchnie podlega: pochłanianiu A, odbiciu R, przepuszczaniu P. Suma tych strumieni dla każdego ciała wynosi: A+R+P=1 Jeżeli strumień jest całkowicie pochłaniany przez ciało, czyli A=1, R=0, P=0, to mamy do czynienia z ciałem doskonale czarnym.  Źródło: http://pomiarytemperatury.pl/

Metoda bezstykowa   Źródło: http://we.pb.edu.pl/

Elementy układu bezstykowego pomiaru temperatury Źródło: http://we.pb.edu.pl/

Pirometry Podział pirometrów: optyczne (radiacyjne) – reagują na całkowite promieniowanie, w całym widmie częstotliwości fal termicznych. Promieniowanie termiczne wnika przez przesłonę do pirometru, gdzie za soczewką zostaje skupione na powierzchni detektora, fotoelektryczne (pasmowe) – działanie jak optyczne, tyle że ograniczają promieniowanie padające na detektor do wąskiego zakresu fal – eliminuje zakłócenia spowodowane gazami jakie napotyka na swojej drodze, Dwubarwne wykorzystują zjawisko zmiany stosunku natężenia dwóch barw promieniowania emitowanego przez ciało, stosunek ten się zmienia wraz ze zmianą temperatury Źródło: chomikuj.pl

Pirometry

Przyrządy do pomiaru temperatury Źródło: www.eksploratorzy.com.pl Źródło: „Metody i urządzenia do pomiaru temperatury i ciśnienia” Dr inż. Andrzej Kłabut

Podsumowanie Przy pomiarze temperatury należy się liczyć z błędami pomiarowymi. W przypadku metod stykowych można wyróżnić dwie składowe błędu: błąd spowodowany różnicą temperatury miejsca przed i po przyłożeniu czujnika, nie zapewnienie idealnego styku dwóch stykających się powierzchni (badanej i czujnika).

Podsumowanie W przypadku stosowania metody bezstykowej trzeba liczyć się z faktem, iż promieniowanie przebywając drogę wypełnioną materią wytraca część energii. Para wodna, zanieczyszczenia w postaci pyłu, dymu itp. stają się wtórnym źródłem promieniowania cieplnego. Wszystko to ma wpływ na dokładność wykonywanych pomiarów.

Bibliografia „Metody i urządzenia do pomiaru temperatury i ciśnienia” Dr inż. Andrzej Kłabut Dr inż. Jan Porzuczek „Systemy pomiarowe” http://www.emet-impex.com.pl/wika/tgr-o-em-i-pl.pdf http://pomiarytemperatury.pl http://we.pb.edu.pl/ http://www.retsat1.com.pl/ http://gefran.com D. Halliday, R. Resnick, J. Walker „Podstawy Fizyki”

Dziękuję za uwagę