www.referate.ro-masurarea temperaturii 9c9cf
TRANSCRIPT
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 1/7
MĂSURAREA TEMPERATURII
Aparatura pentru măsurarea temperaturii se bazează , pe diferite efecte fizice,
determinate de variaţia temperaturii, cum sunt: dilatarea corpurilor solide si a
fluidelor, variaţia rezistentei electrice, apariţia t.e.m. la joncţiunea a doua metale,
variaţia intensităţii radiaţiilor emise, etc.
Practic cele mai răspândite mijloace de măsurare a temperaturii sunt:
termometrele cu lichid, termometrele manometrice, termometrele bimetalice,
termorezistoarele metalice, termistoarele, termocuplurile, pirometrele de radiaţii si
termometrele cu cuarţ.
1. Termometrul cu lichid
Serveşte la măsurarea temperaturii prin contact.
Principiul de funcţionare se bazează pe dilatarea lichidului termometrie subacţiunea căldurii, conform legii;
V2=V1(l+α θ).
in care: V1 si V2 - sunt volumele lichidului la temperaturile θ1 si θ2;
α - este coeficientul mediu aparent de dilatare in volum a lichidului in intervalul de
temperaturi θ = θ1 - θ2 (acest coeficient este aparent, deoarece tine seama de
coeficientul de dilatare in volum a sticlei in acelaşi interval de temperatura θ).
Termometrul cu lichid este constituit, de regula, dintr-un tub capilar din sticla
cu secţiunea transversala uniforma, închis la capătul superior si prevăzut cu un
rezervor la capătul inferior, in care se afla lichidul termometric.
Lichidele termometrice sunt: mercurul (singurul metal in stare lichida la
temperatura ambientala, cu limite de utilizare intre -35°C si 300°C), mercurul subpresiune (-35°C ... 800°C), alcoolul etilic 96% (-110°C ... 70°C), pentan tehnic (-
200°C ... 20°C), aliaj de galiu (0°C ... 10500C) si altele.
2. Termometrul manometric
Se compune dintr-un tub capilar 1 care
permite racordarea (la distanta) a
rezervorului 2, un tub Bourdon 3, im
sistem de pârghii 4, un ac indicator 5 si
o scala 6, gradata direct in unităţi de
temperatura.Rezervorul 2 se umple cu diferite
substanţe si se imersează in mediul a
cărei temperatura se măsoară. Volumul
fluidului din rezervorul 2 este constant.
Daca temperatura mediului in care este
imersat rezervorul 2, creste, conform
ecuaţiei transformării la volum
constant:
1 1
2 2
P T
P T
, rezulta ca si presiunea creste cea ce face ca prin sistemul de pârghii 4 sa fie
acţionat acul 5.
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 2/7
Ca fluide termometrice se folosesc ; lichide (mercur, alcool, xilen, hexan), vapori
(etan si propan, clorura de etil, butan, apa, alcool etilic, toluen, acilina) sau gaz (azot
la presiune iniţiala de 20 - 50 daN/cm2, argon, bioxid de carbon). Domeniul de
măsurare este intre -55°C si 600°C.
3. Termometrul bimetalicEste constituit din doua lame metalice (reunite prin presare, lipire, laminare, etc.) care
au coeficienţi de dilatare liniara diferiţi si la care, prin încălzire sau răcire, dilatarea
inegala a lamelelor produce încovoierea bimetalului intr-un sens sau altul. Acela mai
răspândite bimetale utilizate m construcţia termometrelor sunt in forma de spirala
plana, elice simpla si elice multipla coaxiala.
a) lamelara b) spirala plana c) elice simpla
d) elice multipla coaxiala
4.Tennorezistoare metalice
Se bazează, pe variaţia rezistivităţii metalelor cu temperatura. Ele sunt
alcătuite din: termorezistenta (firul metalic calibrat) teaca de protecţie, cutia de
conexiuni, firele de legătura intre cutia de borne si elementul sensibil
(termorezistenta) si dispozitivul electric de indicare (logometre, punţi). Aceste
termometre permit indicarea sau înregistrarea valorii temperaturii locale sau la
distanta, cu o precizie de 0,1 ... l 0C si intr-un timp de răspuns relativ mic.
Cele mai răspândite materiale pentru confecţionarea termorezistentelor sunt :
platina, nichelul, wolfram si cuprul. In aplicaţii speciale se mai folosesc: iridiul,
rodiul, argintul, fierul si tantalul.
Platina are temperatura de topire ridicata (1769°C) grad de oxidare foarte redus
volatilizare redusa pana la 1000°C, stabilitate in fiuicţionare.
Intre zero si 6300C, rezistenta electrica a platinei variază după ftmcţia:
2
0 1 R R a b
In care:
Rθ - este rezistenta la temperatura θ;
Ro - este rezistenta la temperatura 00C;
a si b sunt constante de temperatura
(pentru platina pura a = 398. 10-5 0
C si 0,058. 10-5 0
C
Pentru temperaturi mai mari de 630°C relaţiei i se aduc corecturi, practic neesenţiale. Domeniul de măsurare este intre -220°C si 850 °C, iar in construcţii speciale intre –
250 °C si l000 °C.
Nichelul are coeficientul de temperatura α, relativ mare (α = 615 ...626. 10-5 0
C) si
care este aproximativ constant pana la temperatura de 350°C după care, variaţiarezistentei cu temperatura devine nelmiara. Nichelul se oxidează la temperaturi
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 3/7
ridicate; din acest motiv domeniul de utilizare a termorezistentelor din nichel este de
maxim 1800C .
Wolframul se utilizează in special pentru termorezistoare cu domeniul de măsurare
peste 1000°C, având avantajul unei varietăţi liniare a rezistivitătii cu temperatura.
Peste 600°C, wolframul prezint fenomenul de volatilizare, ceea ce presupune
instabilitatea indicaţiilor tennometrului. Totuşi, datorita rezistentei mecanice foartemari, el poate fi utilizat sub forma de fir subţire (10 ... 15 mm) pentru măsurarea
temperaturii curenţilor de gaze cu viteza ridicata, a variaţiilor foarte rapide de
temperatura, inerţia termica a firului fiind practic nula, realizându-se astfel im timp de
răspuns redus.
Cuprul este mai puţin utilizat din cauza oxidării lui accentuate la temperaturi peste
200°C. Termorezistentele din cupru sunt sub forma de sarma, acoperite cu 1g de
bachelita, fiind utilizate in intervalul de temperatura -50°C ... 180°C.
Alte materiale pentru elemente sensibile, utilizate la temperaturi peste 10000C sunt
oxizii greu fuzibili, cu coeficientul de temperatura negativ.
5. Termistoare – (la care R scade cu temperatura)Sunt dispozitive semiconductoare, a căror rezistenta variază sensibil cu temperatura,
după o relaţie exponenţiala:0
a R R e
unde exponentul a are valoarea a = b(1/Tθ-1/T0). In aceste relaţii, b este o constanta
caracteristica a termistorului cuprinsa intre 2500 K si 5000 K (pentru termistoare cu
domeniul de utilizare pana la 3000C) si intre 6000 K si 13000 K (pentru termistoare
refractare);
e - baza logaritmului natural;
R0 - rezistenta termistorului la temperatura T0;
Rθ - rezistenta termistorului la temperatura de măsurat Tθ, in care
θ = T0- 273,15. Coeficientul de temperatura al termistorului rezulta:
0
2
0 0 0
1 dR b
R dT T
Majoritatea termistoarelor au coeficientul de temperatura negativ fiind
confecţionate din oxizi de nichel, mangan, cobalt, fier, magneziu, titan si alte metale
smtetizate la temperaturi peste l0000C, in forma de disc, şaiba, mărgea sau cilindric.
Pe acestea se aplica prin metalizare electrozi, la care se lipesc firele de
conexiune, apoi se acoperă cu lac si se închid in capsule metalice sau sticla.
Din caracteristica tensiune U - curent I, rezulta ca la o anumita tensiune Uo,
curentul I creste cu temperatura, deci rezistenta termistorului scade cu atât mai mult
cu cat temperatura sa este mai ridicata.In termometrie sunt utilizate numai
porţiunile liniare din caracteristici, deci
cele pentru care, la variaţii ale tensiunii U,
rezistenta termistorului ramane constanta
(R = U /I constanta) când temperatura
mediului se menţine constanta.
Un avantaj al termistoarelor îl
constituie faptul ca, in scheme, rezistenta
conductoarelor de alimentare este neglijabila fata de rezistenta termistorului.
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 4/7
Punte simpla pentru măsurarea temperaturii, cu amplificarea tensiunii de dezechilibru.
Rθ - termistor activ, f(temperatura)
Rθ2 - termistor de referinţa – sunt cunoscute,
R1 si R2 - rezistente reglabile si cunoscute,
A - amplificator operaţional;
G - galvanometru gradat in unităţi de temperatura.
Deşi termistorele au o mare sensibilitate, timp de răspuns foarte mic, dimensiuni degabarit reduse, preţ de cost scăzut, totuşi, ele nu s-au răspândit din cauza intervalului
de măsurare limitat (intre -100°C si 300°C).
Demonstraţie
R1, R2 – fixe si ct,
R3 – reglabila si constanta,
G – galvanometru (măsoară curenţi foarte mici),
Se reglează R 3 pana când curentul prin G este zero!
Teorema a-II-a Kirchoff – suma tensiunilor=suma
căderilor de tensiune: 0= - R1I2+RtI1
Rt=R4 (sensul de parcurgere al ochiurilor electrice este
arbitrar).
0= - RtI1+ R1I2
0= R1I2 - RtI1
0= R2I2-R3I1
R1I2=RtI1
-R2I2= -R3I1
Rt=R1R3 /R2
6. Termocupluri.
Termocuplul este un dispozitiv care se bazează pe efectul termoelectric si care este
constituit din doua fire din metale sau
aliaje diferite, sudate intre ele.
Efectul termoelectnc, sau efectul
Secbek(1822), se enunţa astfel : intr -un
circuit închis format din doua sau mai
multe conductoare cu proprietăţi fizico -
chimice diferite, ia naştere un curent
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 5/7
electric, daca cel puţin doua puncte de legătura au temperatun diferite.
1 - punct de sudura, aflat la temperatura ce se măsoară: joncţiune de măsura.
2 - termoelectrozi.
3 - conector pentru capetele reci ale termocuplului.
4 - conductoare de legătura.
5 - joncţiune de referinţa. 6 - aparat de măsura.
5 si 6 - sistem de indicare a temperaturii.
Demonstraţ ie:
Termocuplul reprezintă un generator electric care produce o tensiune
termoelectromotoare (t.t.e.m) , cuplu de 2 metale diferite sudate la capăt, punct de
sudura calda pentru ca este supus temperaturii t. Metodele au proprietatea ca in urma
încălzirii sa apăra electroni liberi.
Prin încălzire se înţelege ca energia termica se transforma in energie cinetica a
electronilor care înving forţa de atracţie a nucleului si astfel devin liberi, atomul devin
ion pozitiv.
Ambele metode pierd electroni in punctul t dar
număr diferit. Ambele se încărca pozitiv dar un metal
este mai electropozitiv decât celalalt. Apare in punctul t,
o diferenţa de potenţial electrica numita tensiune
electromotoare E, care este direct proporţionala cu
temperatura t care se măsoară in (mV) gradat in0C.
Principalele avantaje ale termocuplurilor sunt:
domeniul de măsurare larg (intre -265°C si 900°C, chiar 2300°C), erori de măsurare
reduse, posibilitatea înregistrării continue a variaţiei temperaturii in timpul
desfăşurării procesului tehnologic, interschimbabilitatea.
Tipul
termocuplului
Sensibilitate
[mV0C
-1]
Domeniul de
măsurare [0C]
Proprietăţi
min max min max
Wolfram -
W74N260.002 0.021 0 +2300
Preţ de cost ridicat,
casant, manipulare
greoaie.
Pt 70Rh30 -
Pt94Rh60.0006 0.0011 0 +1900
Liniaritate buna peste
1000°C
Ft 90Rh 10 -Platina
0.005 0.0012 0 +1750Timp de răspuns
mic, dimensiuni reduse,
costisitor.
Pt87Rh 13-
Platina0.005 0.0014 0 +1700
Timp de răspuns
mic, dimensiuni reduse,
costisitor.
Cromel - Alumel 0.016 0.043 -190 +1400
Cea mai bima
liniaritate. Relativ
costisitor.
Cromel -
Constantan0.027 0.075 -200 +1000
Stabilitate in timp relativ
mica. Cea mai mare
sensibilitate.Fier-Constantan 0.025 0.063 -200 +780 Cel mai ieftin.
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 6/7
Cupru -
Constantan0.014 0.0163 -190 +400 Rezistent la umiditate.
Cupru - Aur si
Cobalt0.001 0.045 -265 0
Preţ de cost
ridicat. Sensibilitate buna
sub -100°C
Termocuplurile se inchid in diverse tipuri de învelişuri protectoare: teci,
carcase, iar cele pentru temperaturi mai ridicate sunt introduse in tuburi din ceramica
acoperite cu manta metalica.
Aşezarea joncţiunii de măsura (sudura) trebuie sa se facă astfel incat sa fie asigurata
transmisia de căldura optima intre corpul a cărui temperatura se măsoară si joncţiune
de măsura.
In acest sens, corpul activ al tennocuplului se fixează pe corpul încărcat prin
diferite procedee : cimentare, sudare, presare, lipire etc.
Pentru măsurarea temperaturii gazelor se utilizează termocupluri de aspiraţie
prevăzute cu un canal prin care circula forţat gazul fierbinte, spălând joncţiunea de
măsura a tennocuplului; aceste termocupluri pot fi prevăzute cu circuite de răcire cuapa.
Montaje pentru măsurarea temperaturii cu termocupluri
a)
Masurarea temperaturii medii θ=1/n Σθi indicate de aparatul de masura A.
5/17/2018 Www.referate.ro-masurarea Temperaturii 9c9cf - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wwwreferatero-masurarea-temperaturii-9c9cf 7/7
7
b)
măsurarea temperaturii θ cu doua aparate : A1 indicator si A2 înregistrator.
7. Pirometru ontic.
Principiul de funcţionare a pirometrelor optice cu dispariţia filamentului sebazează pe comparaţia intensităţii luminoase a corpului căruia i se măsoară temperaturacu intensitatea luminoasa a unei lămpi pirometrice la care este cuplat in aparat de măsura
(ampermetru sau milivoltmetru) gradat direct in grade. In funcţie de intensitatea
curentului trecut prin lampa pirometrica sau a căderii de tensiune se determina, după oanumita lege bine stabilita, temperatura corpului.
Pe fondul luminos al corpului a cărui temperatura se măsoară, se vede imaginea
filamentului lămpii 2. Filtru roşu 5 lasă sa treacă numai lumina roşie pentru a compara
culoarea corpului cu a filamentului. Se reglează intensitatea curentului electric ce treceprin filament cu ajutorul reostatului 3 pana când nu se mai vede filamentul, moment in
care temperatura filamentului este egala cu cea a corpului, valoare ce se citeşte pe
aparatul 1. Daca intensitatea luminoasa este mica nu se foloseşte sticla opaca 7. Laintensităţi luminoase mari, pentru a proteja filamentul lămpii 2, se introduce sticla opaca7 si in acest caz in momentul dispariţiei filamentului se va citi temperatura pe a doua
banda de măsurare a aparatului 1. Cele doua benzi ale aparatului 1 sunt: 800 0C - 1400°C si 1200°C - 2000°C.
1 - aparat indicator
2 - lampa pirometrica3 - reostat
4 - baterie
5 - filtru roşu
6 -ocular7 - sticla opaca
8 - obiectiv