univerzitet u beogradu fakultet seminarski rad iz …€¦ · 7.1. termistori termistori su...
TRANSCRIPT
![Page 1: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/1.jpg)
UNIVERZITET U BEOGRADU
TEHNOLOŠKO-METALURŠKI
FAKULTET
Seminarski rad iz predmeta
Savremena merenja u tehnologiji
TEMPERATURA
Studenti:Anđela Bošković 93/17
Veroniki Hristara 101/17
Marija Pećinar 114/17
Sara Bezmarević 266/16
Predavač: Miloš Petrović
Beograd, 13.11.2019.
![Page 2: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/2.jpg)
1
Contents 1.UVOD ........................................................................................................................................................ 2
2.MERNE JEDINICE ................................................................................................................................. 2
3.MERENJE TEMPERATURE ................................................................................................................ 2
4.TEMPERATURNE SKALE ................................................................................................................... 3
5. TEMPERATURNI SENZORI................................................................................................................ 4
6. OTPORNI TEMPERATURNI SENZORI ........................................................................................ 5
7. KONTAKTNI SENZORI ................................................................................................................... 5
7.1. TERMISTORI .................................................................................................................................. 6
7.1.1. NTC OTPORNICI .................................................................................................................... 7
7.1.2. PTC OTPORNICI .................................................................................................................... 7
7.2. TERMOPAROVI ............................................................................................................................. 8
7.2.1.TIPOVI TERMOPAROVA ....................................................................................................... 9
7.2.2. PRIMENA TERMOPAROVA ............................................................................................... 10
8. TERMOOTPORNIČKI SENZORI OD PT-ŽICE .......................................................................... 10
9.DIODNI SENZORI ............................................................................................................................ 11
10.BESKONTAKTNI SENZORI ........................................................................................................ 12
11. TERMOGRAFIJA .............................................................................................................................. 12
12. PRINCIPI BESKONTAKTNOG MERENJA .............................................................................. 13
13. INFRACRVENI SENZORI ............................................................................................................ 15
14. TERMALNE KAMERE ..................................................................................................................... 16
14.1. PRIMENA .................................................................................................................................... 16
SADRZAJ I REFERENCE ...................................................................................................................... 18
![Page 3: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/3.jpg)
2
1.UVOD
Temperatura je jedna od 7 osnovnih fizičkih velicina koje čine Medjunarodni
sistem jedinica(SI). Njeno merenje je od izuzetnog značaja za sve oblasti života. Ona
karakteriše toplotno stanje tela u odnosu na uslovno izabrano nulto stanje. Takođe,
predstavlja i stepen zagrejanosti tela(meru topline)
Njen značaj je ogroman jer ćemo često biti u prilici da podatke o nekim fizičkim
veličinama, kao npr. Pritisku gasa, električnoj otpornosti moći da saznamo zajedno sa
odgovarajućom temperaturom. Sa poratom temperature, raste I brzina kretanja
molekula gasa.
1. (Nobel, 2009)
2.MERNE JEDINICE
Temperatura se označava sa velikim latiničkim slovom T, a njena osnovna
merna jedinica je Kelvin [K]. U svakodnevnoj upotrebi je zapravo Celzijusova
temperaturna skala kod koje je jedinica( “stepen Celzijusa",֯C), dok u drugim delovima
sveta najpoznatija je Farenhajtova skala kod koje je osnovna jedinica( “stepen
Farenhajta”, ֯F).
3.MERENJE TEMPERATURE
Postoje brojne metode merenja temperature koje se razlikuju u zavisnosti od
vrednosti merene temperature i potrebe tačnosti. Interval temperature u kom se
današnje metode merenja primenljive, kreće se od desetog dela Kelvina, pa do nekoliko
miliona Kelvina.
Razvoj tehnologije novih materijala tokom tridesetih i četrdesetih godina ovog veka
dovelo je do pojave korišćenja poluprovodničkih materijala za merenje temperature.
Prvi instrument koji se koristio za merenje temperature bio je termoskop, njega je
osmislio i napravio 1592.godine Galileo Galilej.
![Page 4: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/4.jpg)
3
Slika 1.Galilejev termoskop
Sada se za merenje temperature koristi merni instrument koji se naziva
termometar.Postoji više različitih vrsta termometara kao što su: gasni termometri,
akustični termometri, termometri koji služe za ukupno merenje zračenja crnog tela…
Slika 2.Gasni termometar I živin(medicinski) termometar Slika 3.Akustični termometar
2. (Fizikalac , 2014)
4.TEMPERATURNE SKALE
Pored Celzijusove temperaturne skale koja se najčešće koristi u svakodnevnom
životu postoj i još osam skala:Farenhajt, Reomir, Njutnova skala, Celzijus, Delil, Remer,
Rankin, Kelvin, Lajdenska skala.
FARENHAJT-Najstarija skala.Zasniva se na podeli od 180 delova između tačke
mržnjenja vode i tačke ključanja vode. Po ovoj, voda mrzne na 32֯F, dok voda ključa na
212֯ F.
CELZIJUS-Temperaturna skala koja se najviše koristi u svetu.On je razliku između
ključanja vode I mržnjenja vode podelio na 100 stepeni. Tako da, voda ključa na 100 ֯C,
a mrzne na 0 ֯C.
![Page 5: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/5.jpg)
4
KELVIN-Jedinica apsolutne temperature u SI.Definiše se kao 1/273,15 deo temperature
trojne tačke vode.Na ovoj skali 0 K je jednako apsolutnoj nuli(-273,15 ֯C).Apsolutna
nula(0 k) je najniža moguća temperatura.
Formule za pretvaranje brojevnih vrednosti temperaturnih lestvica:
K = °C + 273,15 (1)
°C = 5/9 · (°F - 32) (2)
°F = °C/0,55 + 32 ili preciznije :°F = °C/(5/9) + 32 (3)
Slika 4.Celzijusova, Farenhajtova I Kelvinova skala temperature
5. TEMPERATURNI SENZORI
Određivanje temperature uvek je zasnovana nakon verzije i jednog dela termalne
energije objekta (čija se temperature određuje) u električni signal. Bilo da je u pitanju
kontaktno ili beskontaktno merenje, dolazi do razmene toplote Između objekta i
pretvarača.
• Pri merenju temperature, koriste se dva osnovna principa:
– ravnotežni – temperatura se očitava kada ne postoji uočljivi tempraturni gradijent
između objekta I senzora, tj. Kada senzori objekta imaju Istu temperaturu.
– prediktivni – kada nema dovoljno vremena da bi sistem senzor–objekat postigao
stanje ravnoteže, temperature objekta se određuje na osnovu brzine promene
temperature senzora.
![Page 6: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/6.jpg)
5
Svi temperaturni senzori se mogu podelita u dve kategorije – na relativne i absolutne.
Primer absolutnih senzora su termistori i otporni temperaturni detektori (resistance
temperature detectors – RTD), dok je primer relativnih termopar.
6. OTPORNI TEMPERATURNI SENZORI Prednosti otpornih senzora temperature su jednostavna električna kola i
dugotrajna stabilnost. Svi ovi senzori se mogu podeliti u tri grupe: – otporni temperaturni
detektori (RTD),
– otporni termometri od Si,
– termistori.
Otporni temperaturni senzori se obično proizvode od metala, u obiku žice ili tankog
filma. Iako se skoro svi metali mogu koristi, najčešće se upotrebljava platina, zbog
dugotrajne stabilnosti i izdržljivosti. Za temperature preko 600 °C upotrebljava se
volfram.
Žičani RTD se izrađuju namotavanjem žice od platine na staklo koje se nalazi unutar
staklene, keramičke ili metalne tube.
Otpornost platinskog otpornika može se predstaviti sledećim izrazom:
R=ρ0(1+αӨ+βӨ2+γӨ3+.....) (4)
7. KONTAKTNI SENZORI
Pri merenju kontaktnim senzorom, senzor skoro nikad nije u dodiru samo sa
objektom, već je kablom povezan sa ostatkom mernog sistema. Kabl je najvećim delom
na temperaturi okoline (T0 ), koja ne mora bitI ista kao temperatura objekta (TB ). Neka
je temperatura senzora (TS ). Osim električnog signala, kabl provodi i deo termalne
energije senzora. Termalna otpornost je obrnuto srazmerna termalnoj provodnosti, i
predstavlja mogućnost materijala da spreči provođenje toplote. U ravnoteži termalna
![Page 7: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/7.jpg)
6
energija koja se prenosi sa objekta na senzor jednaka je termalnoj energiji koja se
prenosa sa senzora na okolinu:
(TB-TS)/r1=(TS-TO)/r2 TS=TB-(TB-TO)r1/r2=TB-ΔTr1/r2 (5)
Temperatura senzora se uvek razlikuje od temperature objekta, osim kada objekat i
okolina nemaju istu temperaturu.
TS = TB samo kada je r1/r2 = 0, što nikad nije slučaj.
Kontaktni senzor se sastoje od sledećih elemenata:
– senzorski element – materijal čija se određena karakteristika menja sa promenom
temperature. Potrebno je da poseduje malu specifičnu toplotu, malu masu, veliku
termalnu provodljivost i veliku i predvidljivu osetljivost na promenu temperature.
– Kontakti između senzorskog elementa i spoljašnjeg elektičnog kola. Potrebno je
da posuduju malu termalnu provodljivost i zanemaljivu električnu otpornost.
– Zaštitno kućište koje štiti senzor od okolnih uticaja. Neophodno je da kućište
poseduje dobru termalnu provodljivost i da je u električnom pogledu dobar izolator.
7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao
temperaturno osetljivi električni tipovi termootpornika.
PREDNOSTI:
-Male fizičke veličine, niska cena, velika osetljivost i brz odziv
MANE:
- Ograničen T opseg, osetljivi na udarce i nelinearan odnos R i T
GLAVNA PODELA TERMISTORA:
1. Otpornici sa negativnim temperaturnim koeficijentom(NTC)
2. Otpornici sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom(PTC)
![Page 8: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/8.jpg)
7
7.1.1. NTC OTPORNICI Postoje materijali kod kojih se otpor smanjuje pri povećanju temperature tj. bolje
provode u “toplom” stanju nego u “hladnom” stanju. Takve materijale nazivamo
otpornicima s negativnim temperaturnim koeficijentom ili NTC otpornici. Na slici je
prikazan simbol NTC otpornika (promena temperature i otpora su suprotnog smera).
Slika 5.NTC otpornik
Glavna prednost NTC otpornika je njihova velika osjetljivost koja omogućava pravljenje
jednostavnih i pouzdanih termometara.
Savremeni NTC otpornici se proizvode od oksida Fe, Cr, Mn, Co, Ni… Maksimalne
radne temperature oksidnih termistora iznose 300°C do 350°C.Temperaturna zavisnost
NTC otpornika je ekponencijalna I može se predstaviti izrazom:
(6)
- A i B konstante karakteristične za pojedine termistore
- T temperatura u K
Osetljivost termistora je data izrazom (7)
što znači da osetljivost termistora opada sa porastom temperature.
7.1.2. PTC OTPORNICI Materijali čiji je otpor u “hladnom” manji nego u “toplom” stanju nazivaju otpornici
sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom ili PTC otpornici ili pozistori. Dakle kod
ovakvih materijala otpor raste sa porastom temperature. Na Slici 6 je prikazan simbol
PTC otpornika( promena temperature i otpora su istog smera).
![Page 9: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/9.jpg)
8
Slika 6. PTC otpornik
PTC otpornici se pre svega koriste kao senzori koji pri određenoj temperaturi daju
odgovarajući diskretan signal. Retko se koriste za merenje temperature. Merni opseg
PTC otpornika je uzak, ali im je osjetljivost 10 puta veća u odnosu na NTC otpornike.
Ugrađuju se kao zaštitni uređaji u opremi za zaštitu od pregrejavanja i u krugovima za
regulaciju temperature za grejanje.U slučaju pregrejavanja trenutno se poveća njegov
otpor. Zaštita od prekomernog porasta struje, odnosno pregrejavanja, automatski se
osigurava vlastitim zagrevanjem PTC otpornika. Kada struja postane prevelika otpornik
je ograniči na sigurnu vrednost.
7.2. TERMOPAROVI U elektrotehnici I industriji, termoparovi su tip senzora koji je u širokoj upotrebi.
Oni su jeftini I zamenljivi, imaju standardne konektore, I imaju veliki opseg pri merenju
temperature. Princip rada se zasniva na Zebekovom efektu. Zebekov termoelektrični
efekat je fizička pojava nastajanja elektromotorne sile, u električnom kolu dva
provodnika od različitih metala ili legura,koja je otprilike proporcionalna razlici između
temperatura dva spoja. Jedan spoj je postavljen tamo gde se temperatura meri (topli
kraj), a drugi se održava na konstantnoj nižoj temperaturi (hladni kraj).
Slika 7.Šematski prikaz Zebekovog efekta
Zebek-ov efekat:
Promena temperatura dva sloja Kh – Kc (K predstavlja temperaturu)
dV=(Kh – Kc ) SAB (8)
SAB –relativni Seedback-ov koeficijent(termosnaga tj. Termo-električna snaga)
![Page 10: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/10.jpg)
9
Kompletan merni krug sastoji se od termopara, kompenzacionog voda, eventualno
kompenzacionog mosta, bakarnog voda sa otporom za kalibrisanje, indikatora
temperature. Merni krug je prikazan na sledećoj slici.
Slika 8.Merni krug
3. (Termoparovi, 2018)
7.2.1.TIPOVI TERMOPAROVA Podela termoparova je izvršena na osnovu materijala koji se koriste za izradu
žica termopara:
– Tip T: Cu (+) ikonstantan (–) otporan je nakoroziju usled vlage u atmosferi I koristi se
za temperature manje od 0. Upotreba u vazduhu je ograničenana 370 °C jer dolazi do
oksidacije bakra.
– Tip J: Fe (+) ikonstantan (–) koriste se u vakuumu ili inertnim atmosferama u opsegu
od 0 do 760 °C. Ne koriste se ispod 0 °C jer može doći do pojave rđe na gvožđu.
– Tip E: 10 %Ni/Cr (+) ikonstantan (–) koriste se u opsegu od –200 °C do 600 °C. Mogu
se koristitii u oksidišućim I inertnim atmosferama. Pogodni su za merenja ispod 0 °C, jer
ne dolazi do korozije, pa se mogu koristiti pri većoj vlažnosti vazduha. Među
termoparovima proizvode najveću ems po °C, zbog čega su popularni.
– Tip K: 10% Ni/Cr (+) i 5% Ni/Al/Si (–) koriste se u opsegu od –200 °C do 1260 °C.
Usled otpornosti na oksidaciju koriste se za temperature iznad 540 °C.
– Tip R i S: Pt/Rh (+) i Pt (–) koriste za neprekidnu upotrebu u opsegu od 0 do 1480 °C.
– Tip B: 30 % Pt/Rh (+) i 6% Pt/Rh (–) koriste za neprekidnu upotrebu u opsegu od 870
do 1700 °C. Mogu se kratkotrajn okoristi u vakuumu. Ne bi trebalo da se koriste u
![Page 11: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/11.jpg)
10
atmosferi koja sadrži metalna ili nemetalna isparenja. Ne smeju se direktno ubaciti u
zaštitnu cev.
7.2.2. PRIMENA TERMOPAROVA Termoparovi su najpodobniji za merenja visokih temperatura, do 1800 °C. Nisu
dobri za merenje malih diferencijalnih temperatura, koje treba meriti sa malom greškom,
npr. 0–100 °C sa tačnošću od 0.1 °C.
Industrija
Termoparovi koji se ugrađuju u industrijskim proizvodnim postrojenjima su tipičan
primer rastavljive konstrukcione izvedbe. Kompenzacionim vodovima, merni naponski
signal termopara dovodi se do pretvaračke, odnosno pokazne naprave za očitavanje
temperature. Pokazne naprave su obično specijalno podešeni mV-metri, analogni ili
digitalni, sa posebnim procesnim jedinicama za kompenzaciju temperature ambijenta I
konverziju naponskog signala termopara u odgovarajuću temperaturu.
Sigurnost grejnih uređaja
Mnogo grejnih uređaja koji rade na gas, kao što su pećnice I bojleri, mogu se pokvariti,
I pritom gas iscureti, koji je jako zapaljiv. Kako bi se sprečile ovakve nesreće, neki
uređaji koriste termoparove kao senzore temperature, koji mogu da detektuju promenu
temperature, koja se dešava prilikom kvara, I time sprečavaju izlivanje gasa. Kada
termopar ne detektuje određenu temperature dovod gasa se prekida.
4. (Automatika, 2019)
8. TERMOOTPORNIČKI SENZORI OD PT-ŽICE
![Page 12: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/12.jpg)
11
Platina je najbolji material za pravljenje senzora, jer može da se dobije u veoma
čistom stanju, hemijski je neutralna i ima relativno veliki temperaturni koeficijent
α=0,00392 1/ °C .
Platinski senzori temperature upotrebljavaju se za merenje temperatura od -250 °C do
+650 °C.
Termootporni senzor je pasivan, što znači da kroz njega moramo da propustimo
izvesnu struju i da merimo napon na njegovim krajevima.
Platinski senzori otpornosti proizvode se sa različitim vrednostima otpornosti na 0 °C,
prema čemu i dobijaju ime. Npr. Pt100 ima otpornost 100 Ω na 0 °C, Pt1000 ima
otpornost 1000 Ω na 0 °C.
9.DIODNI SENZORI
Diodni temperaturni senzor je opšti naziv za klasu senzora koji se baziraju na
temperaturno osetljivim poluprovodničkim spojevima. Princip njihovohg rada se bazira
na promeni pada napona na PN spoju zavisno promeni temperature. Promena napona
s temperaturom zavisi od materijala.
Direktno polarisan PN spoj se može iskoristiti za merenje temperature. Naime, ako se
struja PN spoja održava konstantnom, napon na spoju skoro linearno varira sa
temperaturom. To omogućava jednostavnu kalibraciju senzora, uz pomoć samo dve
tačke.
Napon na spoju se može predstaviti sledećom relacijom: V= Eg/q – 2kT/q (lnC-lnI) (9)
gde je Eg napon energetskog procepa na 0 K, q elementarno naelektrisanje, k
Boltzmanova konstanta, T absolutna temperatura, I struja kroz PN spoj i C konstanta
koja ne zavisi od temperature.
Sa povećanjem temperature dolazi do blagog porasta struje u kolu, ali je odstupanje
veoma malo, i u većem broju praktičnih primena se može zanemariti, što tranzistor čini
![Page 13: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/13.jpg)
12
veoma atraktivnim senzorom temperature, zbog niske cene i jednostavnog električnog
kola.
5. (Arrow, 2015)
10.BESKONTAKTNI SENZORI
Beskontaktni senzori takođe poseduje senzorski element čija se određena
karakteristika menja sa promenom temperature. Da bi se smanjilo vreme odziva
radijacionog senzora potrebno je da njegova debljina minimalna, a površina što je
moguće veća. Uobičajeno je da se kućište beskontaktnog senzora ispuni suvim
vazduhom ili azotom.
Slika 9.Kontaktni I beskontaktni senzori
11. TERMOGRAFIJA
Termografija predstavlja tehniku koja omogućava vizuelizaciju IC zračenja koje je
nevidljivo ljudskom oku.
Sliku koju daje termokamera naziva se termogram.
Termogram nam omogućava, kroz hromatsku skalu ,,lažnih'' boja, da vidimo distribuciju
toplote.
Kvalitativna termografija-vidimo raspored toplote na slici bez interesovanja za
temperaturu.
Kvantitativna termografija- možemo videti temperaturnu skalu i vrednosti u svakoj tački,
ali je uslov pravilno podešena emisivnost.
![Page 14: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/14.jpg)
13
Objekat kada se zagreva zrači elektromagnetnom energijom. Količina energije se
odnosi na temperaturuobjekta.
Energija iz zagrejanog objekta zrači na različitim nivoima putem elektromagnetnog
spektra. Sve emisije su u obliku talasa, i putuju brzinom svetlosti. Jedina razlika između
njih je njihova talasna dužina koje je u relaciji sa frekvencijom.
Termograf može fokusirati ovu energiju putem optičkog sistema na detektor. Detektor
pretvara IC zračenje u električni napon koji se nakon pojačavanja i složene obrade
signal koristi za formiranje termalne slike u sistemu određenog termografa.
12. PRINCIPI BESKONTAKTNOG MERENJA
Prema Vinovom zakonu pomeranja, telo koje apsorbuje 100% zračenja koje na
njega pada (apsolutno crno telo) i koje se nalazi u termodinamičkoj ravnoteži, emituje
zračenje čiji je maksimum na talasnoj dužini obrnuto proporcionalnoj termodinamičkoj
temperaturi:
(10) =b/T
Konstanta b zove se Vinova konstanta i iznosi 2,8977721·10−3 Km. Zakon se zove
zakon pomeranja, zato što se za veću termodinamičku temperaturu, maksimum
energije zračenja pomera ka manjim talasnim dužinama (većim učestanostima). Ovo
pomeranje direktna je posledica Plankovog zakona zračenja apsolutnog crnog tela,
čijim diferenciranjem se direktno dobija Vinov zakon pomeranja.
Gore prikazana jednačina ukazujena to, da ako postoji ovakva veza između
temperature i talasne dužine, onda je temperature nekog tela moguće odrediti
beskontaktnim merenjem talasne dužine svetlosti koju to telo zrači. Uređaj kojim se
obavlja ovakvo beskontaktno merenje temperature naziva se termograf, a dobijena
dvodimenzionalna ili trodimenzionalna slika rasporeda temperature naziva se
termogram.
![Page 15: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/15.jpg)
14
Međutim, u prirodi ne postoji tako nešto kao što je apsolutno crno telo koje bi
apsorbovalo svu energiju okolnog zračenja i emitovalo samozračenje koje zavisi od
njegove temperature. Realna fizička tela uvek reflektuju i propuštaju neki deo energije
koji zrače druga tela u njihovoj blizini. Zato je snaga zračenja koja se detektuje sa
nekog realnog tela kombinacija tri snage:
-Snage sopstvene emisije (Pemitovano)
-Snage reflektovanog okolnog zračenja od svih ostalih tela u blizini (Preflektovano)
-Snage propuštenog okolnog zračenja (Ppropušteno) za koje je dato telo delimično ili
potpuno „transparentno“.
(11) Pmereno=Pemitovano+Preflektovano+Ppropusteno
Količnik emitovane i merene snage zračenja naziva se koeficijent emisije, a reflektovane
i merene snage koeficijent refleksije. Slično, količnik propuštene i merene snage naziva
se koeficijent transmisije.
O ovim koeficijentima se mora voditi računa prilikom interpretacije rezultata merenja
dobijenih na termogramu. Moguće su sledeće greške:
• Realna tela kojima se meri intenzitet zračenja imaju uvek manji udeo sopstvene
emisije u ukupnom zračenju (Pemitovano<Pmereno), pa sensor meri višu temperature
od stvarne (one koja bi se dobila kontaktnim merenjem);
• „hladnija“ mesta na termogramu znače samo da posmatrano telo efikasnije
apsorbuje energiju emitovanu od strane bliskih toplijih izvora zračenja, a nenužno
i da je ono hladnije od svoje okoline;
• Tela koja imaju velike koeficijente refleksije ili transmisije mogu, zbog velikog
Preflektovano ili Ppropušteno, lažno biti prikazana kao toplija na termogramu, ukoliko u
njihovoj blizini postoje druga tela koja ka njima zrače. Ona će tada „reflektovati“ ili
„propuštati“ temperature drugog tela ka senzoru kao sopstvenu.
![Page 16: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/16.jpg)
15
13. INFRACRVENI SENZORI
Ako se u obzir uzme spektar elektromagnetskog zračenja talasnih dužina koje se
kreću od dugih talasa do gama zraka, dobija se opseg temperature koji odgovara relaciji
na slici.
Sa slike se vidi da praktično ceo opseg temperature od interesa za industrijska merenja
(od –250 ºC do +1000 ºC) odgovara talasnim dužinama infracrvenog dela spektra (IC).
Zbog toga svi senzori od praktičnog interesa za merenje temperature moraju u
osnovi biti detektori infracrvenog zračenja.Izuzetak od ovog pravila su jedino
specijalni senzori koji se koriste u npr. Visokim pećima, zatim za osmatranje vulkanskih
erupcija ili se ugrađuju u radioteleskope namenjene istraživanjima dubokog kosmosa.
Slika 10. Grafički prikaz zavisnosti talasne dužine maksimuma zračenja od temperature površine tela prema Vinovom zakonu
pomeranja
Infracrveni senzori se najčešće prave od piroelektričnih materijala, koji generišu napon
na svojim krajevima kada se izlože toploti (ili u ovom slučaju toplotnom zračenju).
Materijali koji se koriste za izradu piroelektričnih senzora su galijum-nitrid (GaN),
cezijum-nitrat (CsNO3), polivinilfluorid, kobaltftalocianin i derivati fenilpiridina.
Tela koja zrače na temperaturama bliskim temperature samog senzora su nevidljiva za
termograf, jer je on „zaslepljen“ sopstvenim zračenjem. Osim toga, predaja energije
zračenja sa tela na nižoj temperaturi na sensor koji se nalazi na višoj temperature nije
moguća prema drugom zakonu termodinamike. Ukoliko se žele meriti temperature
![Page 17: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/17.jpg)
16
ispod ambijentalnih, senzori se moraju hladiti, jer merenje temperature bliske
temperaturi samog senzora sadrži neprihvatljivo veliku grešku.
Kvalitetni savremeni sensori imaju rezoluciju merenja temperature od ±0,001 ºC pa čak
do ±0,0001 ºC. Nešto češće se, zbog niže cene, sreću i senzori sa manjom rezolucijom
od oko ±0,1 ºC, a veoma retko od ±1 ºC.
14. TERMALNE KAMERE
Izrada termalnih kamera za civilne namene počela je 1965. godine, a poslednjih
godina se sve više koriste u raznim oblastima pre svega zbog pristupačnijih cena.
Omogućuju prikaz toplotnih odnosa koje ljudskom oku nisu vidljive, one ,,ne vide''
temperaturu, mogu samo da je proračunaju ako su pravilno podešene.
Da bi se dobila termalna slika određenog prostora, potrebno je združiti veći broj
infracrvenih senzora povezanih u pravougaonu matricu. Svaki senzor u matrici definiše
jednu tačku (jedanpiksel) prostora ispred sebe. Što je veći broj senzora koncentrisan na
manjem prostoru, to će prostorna rezolucija takvog uređaja biti veća. Kada se na
matricu senzora dodaju grafička memorija, procesor za obradu slike i displej, dobija se
termografski uređaj pod nazivom termalnakamera
Slika 11.Termalne kamere
6. (Termografija, 2019)
14.1. PRIMENA
Pomoću termografskih uređaja najčešće se detektuju temperaturni profile na
površini objekata koji odstupaju od normalnih, čime se ustanovljavaju mogući problemi.
![Page 18: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/18.jpg)
17
Neki od primera primene u industriji odnose se na održavanje električnih i mehaničkih
sistema koji trpe naprezanja ili velika opterećenja.
Slika 12. Provera ispravnosti vara termalnom kamerom.
Slika 13. Inspekcija dalekovoda pomoću termalne kamere radi provere mesta pregrevanja
Slika 14. Primeri neravnomerne raspodele temperature kao posledica naprezanja sistema pri radu
Slika 15. Primeri primene termografije na održavanje objekata
U biomedicini, primena termografije zauzima značajno mesto u dijagnostici pojedinih
tipova oboljenja, od mehaničkih trauma tkiva do malignih tumora, kod kojih, zbog
poremećene funkcije tkiva, dolazi do narušavanja uobičajenog površinskog
temperaturnog profila.
![Page 19: UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET Seminarski rad iz …€¦ · 7.1. TERMISTORI Termistori su specifični čvrsti temperaturni senzori koji se ponašaju kao temperaturno osetljivi električni](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042418/5f34bd7a4432f35e3c7fa5e2/html5/thumbnails/19.jpg)
18
LITERATURA:
https://www.automatika.rs/projekti/kako-obraditi-signal-sa-
termopara.html(03.11.2019.)
http://www.kelm.ftn.uns.ac.rs/literatura/masi/studentske_prezentacije/termoparovi
.pdf(07.11.2019)
http://nobel.etf.bg.ac.rs/studiranje/kursevi/of3ftm/materijali/secure/FTM%20-
%20Prezentacija%2011%20-%20Merenje%20temperature.pdf(15.11.2019.)
http://147.91.175.249/images/stories/mut/11_Merenje_temperature.pdf(07.11.20
19.)
https://fizikalac.wixsite.com/fizikalac/temperaturne-skale(16.11.2019.)
https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/using-a-simple-diode-as-
a-ballpark-temperature-sensor(19.11.2019.)
REFERENCE: 5. Arrow. (2015, May 12). Retrieved from Diode Sensore : https://www.arrow.com/en/research-and-
events/articles/using-a-simple-diode-as-a-ballpark-temperature-sensor
4. Automatika. (2019, July 1). Retrieved from Obrada signala sa termopara:
https://www.automatika.rs/projekti/kako-obraditi-signal-sa-termopara.html
2. Fizikalac . (2014, June 23). Retrieved from Temperaturne skale :
https://fizikalac.wixsite.com/fizikalac/temperaturne-skale
1. Nobel. (2009, June 2). Retrieved from Osnovi fizicke elektronike:
http://nobel.etf.bg.ac.rs/studiranje/kursevi/of2ofe/
6. Termografija. (2019, May 1 ). Retrieved from Termalne kamere:
https://www.google.com/search?rlz=1C1GCEA_enRS872RS872&sxsrf=ACYBGNREA13gHyyDfmu
7btAGzJU9_LesAw%3A1574622173664&ei=3dPaXcKAKJqHwPAPgqaOwA0&q=Termografija+&o
q=Termografija+&gs_l=psy-
ab.3..35i39j0l4j0i203j0j0i203l3.16742.16742..16947...0.2..0.127.127.0j1...
3. Termoparovi. (2018, December 12). Retrieved from Termoparovi:
http://www.kelm.ftn.uns.ac.rs/literatura/masi/studentske_prezentacije/termoparovi.pdf