1 / 24

Snímače VI

Snímače VI. Střední odborná škola Otrokovice. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

finola
Download Presentation

Snímače VI

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Snímače VI Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

  2. Charakteristika DUM

  3. Snímače VI Náplň výuky Snímače teploty Základní pojmy z oblasti měření teploty Rozdělení teploměrů Dilatační teploměry Odporové teploměry Termistorový snímač Termočlánky Bezdotykové měření teploty Měření teploty

  4. Měření teploty patří k jednomu z nejdůležitějších oborů měření, protože je základem řízení řady technologických procesů. Pro měření teploty jsou stanoveny dvě stupnice: Termodynamická – absolutní Kelvinova stupnice (K) . Základním bodem je rovnovážný stav mezi třetími fázemi H2O (led, voda, pára), -273,16°C = 1K. b) Mezinárodníteplotní stupnice – určena pro praktické použití. Teplota se v ní udává ve stupních Celsia (°C). Je založena šesti pevných bodech: Časová konstanta snímačů teploty. Změní-li se měřená teplota sledovaného prostředí skokem o hodnotu ΔT, bude časový průběh údaje snímače teploty dán exponenciálou, vyjádřenou vztahem: T0 – počáteční hodnota před změnou TK – konečná hodnota po změně t – čas měřený od počátku změny τ – časová konstanta Snímače teploty

  5. Časová konstanta je doba, za kterou by snímač teploty nabyl stejné teploty jako je teplota měřeného prostředí, kdyby rychlost změny jeho údaje byla stále stejná jako na počátku. Časová konstanta je doba, za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 63,2 % původní teplotního rozdílu. Jak je zřejmé dojde k ustálení teploty za dobu rovnající se prakticky 4τ. --------- změna teploty prostředí ________ změna teploty snímače Snímače teploty Obr. 1: Grafická vyjádření průběhu oteplovací křivky snímače teploty

  6. Při změně teploty se mění některé vlastnosti látek tuhých , kapalin a plynů. Tyto změny je možno využít pro měření teploty. Podle toho na které vlastnosti snímače teploty reagují je dělíme takto: 1) Snímače teploty dilatační (skleněné, tyčové, dvojkovové) 2) Snímače teploty tlakové (kapalinové, plynové, parotlačné) 3) Snímače teploty odporové 3) Snímače teploty termoelektrické 4) Snímače teploty bezdotykové (pyrometry, fotoelektrické) Rozdělení snímačů teploty

  7. Kapalinové dilatační teploměry využívají změny objemu kapaliny v závislosti na teplotě. Podle druhu pracovní látky rozeznáváme teploměry rtuťové, alkoholové, pentanové, cínové atd. • Pracovní rozsah je u nich omezen bodem tání a bodem varu teploměrné náplně. • rtuť –38 až +365 °C • etylalkohol –100 až +60 °C • pentan –190 až +15 °C • Pro regulační účely jsou rtuťové t vybaveny kontakty, buď pevně zatavenými s jedním nebi více rozsahy, nebo pohyblivými (obr. 2). Dilatační snímače teploty Obr. 2: Rtuťové teploměry s kontakty

  8. Využívají změny délky pevné látky v závislosti na teplotě. Provedení tyčového termostatu je na (obr.3). Tyč 2 a trubka 1 jsou souose uloženy a na jednom konci pevně spojeny. Trubka 1 bývá zhotovena z materiálu s velkým součinitelem roztažnosti (mosaz, hliník, ocel). Střední tyč je z materiálu s velmi malou roztažností (invar). Při teplotní dilataci tyč pohybuje pákovými převody kontaktového systému. Aby docházelo k mžikovému přepínání je páka kontaktů 3 z bronzového pera zvlášť konstrukčně řešena pro tento účel. Narůstající tlak tyče při změně teploty způsobí při určité mezní teplotě mžikové přepnutí kontaktů 4. strana Tyčové dilatační teploměry Změna délky tyče je dána vztahem: l2 = l1 [1+α (T2 – T1)] l2 – délka tyče při teplotě T2 l1 – délka tyče při teplotě T1 α – teplotní součinitel délkové roztažnosti Obr. 3: Tyčový termostat

  9. Bimetalické teploměry jsou tvořeny dvojicí pevně spojených kovových pásků s rozdílným teplotním součinitelem roztažnosti. Při zvýšení teploty se pásek prohne na stranu materiálu s nižším součinitelem roztažnosti. Bimetalický pásek je na jednom konci pevně uchycen, pohyb volného konce může být převeden na ukazatel nebo přímo ovládá spínač. Je používán pro dvoupolohovou regulaci teploty, zvlášť pak při tepelné ochraně elektromotorů, transformátorů a jiných silnoproudých zařízení, v oblasti signalizace mezních stavů. Bimetalické teploměry Obr. 4: Principy bimetalických snímačů

  10. Tlakové snímače teploty – mohou být plynové, parotlačné nebo kapalinové. Využívají změny tlaku kapaliny, plynu nebo par v uzavřené nádobce při změnách teploty. Princip je uveden na obrázku 5. Tlak par, plynu nebo kapaliny se převádí pomocí tlakoměrných čidel např. prostřednictvím vlnovce na mechanický pohyb a přepínání kontaktů. Tyto snímače jsou součástí různých termostatů nebo přímočinných regulátorů. Tlakové snímače teploty Obr. 5: Principy tlakových snímačů

  11. Odporové snímače teploty – využívají vlastností kovů a polovodičů u kterých se elektrický odpor mění s teplotou. U kovů elektrický odpor se zvyšováním teploty stoupá (α je kladné), u polovodičů, elektrolytů a uhlíků klesá (α je záporné). Pro kovy je vztah mezi teplotou a odporem vyjádřen rovnicí: Ro– odpor při teplotě 0°C T – teplota ve °C α, β – teplotní součinitelé odporu závisející na použitém materiálu. Pro praktické účely a měření v užším rozsahu se obvykle kvadratický člen vypouští. Uvedený vztah umožňuje vypočítat teplotu známe-li odpor při teplotě 0 °C a při měřené teplotě. Měrný element odporových teploměrů je zhotoven z tenkého drátku (platina nebo měď). Odporové snímače teploty

  12. Základní odpor, tj. odpor při 0°C je u snímačů obvykle 100Ω. Např. PT 100 . Měrné odpory jsou navinuty bifilárně (bezindukčně) na keramické, skleněné nebo papírové podložce nebo slídě. Vinutí je opatřeno ochranným lakem nebo jinou izolací. Vlastní měrný odpor je chráněn před vlivem okolního prostředí ochrannou armaturou. Rozsah měření teploty bývá –200 až +800 °C. Připojení odporového snímače k měřícímu přístroji se provádí buď jako dvouvodičové, nebo třívodičové. Pro měření se obvykle používá měřící přístroj s otočnou cívkou, zapojený v úhlopříčce odporového můstku. Odporové snímače teploty Obr. 6: Schematické uspořádání Obr. 7: Závislost odporu na teplotě Obr. 8: Dvouvodičové a třívodičové zapojení

  13. Termistory – polovodičové odporové teploměry jsou nelineární polovodičové součástky s velkou závislostí elektrického odporu na teplotě. Teplotní součinitel odporu u nich až 50x větší než u kovů. Vyrábí se z kysličníku kovů např. Fe2O3, CuO, MnO… Závislost odporu na teplotě je u termistoru dána vztahem: Ro– odpor termistoru při teplotě T0 (K) R – odpor termistoru při teplotě T (K) Bt – materiálová konstanta Termistorové snímače teploty Obr. 10: Termistorový snímač Obr. 9: Závislost odporu nateplotě

  14. Termoelektrické snímače teploty – jejich základem je termoelektrický článek. Měření teploty termočlánky je založeno na jevu, že v obvodu složeném ze dvou na konci spojených kovů z různých materiálů vzniká ektromotorická síla. Je vytvořen spojením dvou vodičů podle obr. 9. Za předpokladů, že teplota spoje A (studeného, srovnávacího) se mění, bude napětí v obvodu určovat spoj B – měrný konce termoelektrického článku. Závislost výstupního napětí je dána vztahem: a, b, c – jsou konstanty T – rozdíl teploty měrného a srovnávacího konce termočlánku. Termoelektrické snímače teploty Obr. 11: Schéma obvodu termoelektrického článku Obr. 12: Termoelektrický snímač

  15. Bezdotykové měření teploty spočívá ve vyhodnocení energie elektromagnetického záření vysílaného povrchem zkoumaného tělesa. Snímač na který toto záření dopadá, je současně odráží, propouští a pohlcuje, takže k vlastnímu vyhodnocení je zužitkována pouze pohlcená energie. (měří se to třeba pyrometrem) Pyrometry jsou bezdotykové teploměry, které určují teplotu měřeného tělesa z teplotního záření. Měří se jimi převážně teploty v rozsahu -50 °C až +3500 °C. Pyrometr byl vynalezen Pietrem van Muschenbroeckem (1 692 – 1 761). Nauka o bezkontaktním měření teploty se pak nazývá pyrometrie. Název pyrometr je odvozen z řeckých slov pyr (oheň) a metrein (měřit). Všechny formy hmoty vyzařují při teplotách vyšších než je absolutní nula tepelné záření ve viditelném i neviditelném pásmu spektra. Intenzita tohoto záření odpovídá teplotě hmoty. Příčinou tohoto záření je vnitřní mechanický pohyb molekul, jehož intenzita závisí právě na teplotě objektu. Protože pohyb molekul představuje přemísťování náboje, je vyzařováno elektromagnetické záření (fotonové částice). Toto záření se zachytává a vyhodnocuje právě pyrometrem. Bezdotykové měření teploty

  16. Ruční přístroje pro měření teploty Pro ruční bezkontaktní měření teploty má společnost TSI System v nabídce přístroje řady Fluke 60, které jsou v praxi jedny z nejrozšířenějších. Jsou určeny pro základní měření v teplotním rozsahu od –30 do +760 °C a jsou již všechny vybaveny laserovým zaměřovačem. Pokročilejší typy mají vnitřní paměť pro ukládání naměřených údajů a možnost zobrazení maximální, minimální, průměrné a rozdílové hodnoty aktuálního měření. Bezdotykové měření teploty Obr. 14: Termokamera Obr. 13: Ruční bezdotykový teploměr Fluke 574

  17. Měření teploty Obr. 13: Porovnání vlastností elektrických teploměrů

  18. Měření teploty Obr. 14: Přehled teploměrů

  19. Kontrolní otázky: Pro měření teploty jsou stanoveny stupnice: Tři stupnice. Pouze jedna mezinárodní stupnice. c) Dvě stupnice (termodynamická a mezinárodní teplotní stupnice). 2. Časová konstanta je doba? Za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 63,2 % původní teplotního rozdílu. Za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 40 % původní teplotního rozdílu. Za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 80 % původní teplotního rozdílu. Pyrometry? Využívají změny délky pevné látky v závislosti na teplotě. Teploměry jsou tvořeny dvojicí pevně spojených kovových pásků s rozdílným teplotním součinitelem roztažnosti. Bezdotykové teploměry, které určují teplotu měřeného tělesa z teplotního záření.

  20. Kontrolní otázky – řešení Pro měření teploty jsou stanoveny stupnice: Tři stupnice. Pouze jedna mezinárodní stupnice. c) Dvě stupnice (termodynamická a mezinárodní teplotní stupnice). 2. Časová konstanta je doba? Za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 63,2 % původní teplotního rozdílu. Za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 40 % původní teplotního rozdílu. Za kterou snímač dosáhne teploty rovnající se 80 % původní teplotního rozdílu. Pyrometry? Využívají změny délky pevné látky v závislosti na teplotě. Teploměry jsou tvořeny dvojicí pevně spojených kovových pásků s rozdílným teplotním součinitelem roztažnosti. Bezdotykové teploměry, které určují teplotu měřeného tělesa z teplotního záření.

  21. Seznam obrázků: Obr. 1: anonym. Grafická vyjádření průběhu [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 2: anonym. Rtuťové teploměry s kontakty [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 3: anonym. Tyčový termostat [online]. [cit. 29.9.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 4: anonym. Princip bimetalových snímačů [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://www.maryshfmmi.webzdarma.cz/mttd_soubory/image027.gif Obr. 5: anonym. Principy tlakových snímačů [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 6: anonym. Schematické uspořádání [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 7: anonym. Závislost odporu na teplotě [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 8: anonym. Dvouvodičové a třívodičové zapojení [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf

  22. Seznam obrázků: Obr. 9: anonym. Závislost odporu na teplotě [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://www.eatonelektrotechnika.cz/priruckazapojeni/contactors081.html Obr. 10: anonym. termistorový snímač [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://static2.tme.eu/katalog_pics/2/e/b/2eb99c116cee4ca867c6227f2827acd7/b57703m0502g040 Obr. 11: anonym. termosnímače [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://www.technotrend.cz/stranky/teorie/teorie2.htm Obr. 12: anonym. termosnímače [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://www.jspshop.cz/t-c/t1570-21-7-j13-l400-h6-s1-d3-n1-p3 Obr. 13: anonym. ruční bezdotykový teploměr [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný z: http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33924 Obr. 14: anonym. termokamera [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33924 Obr. 15 : anonym. Porovnání vlastností elektrických teploměrů [online]. [vid. 29.8.2013]. WWW: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf Obr. 16 : anonym. Přehled teploměrů [online]. [cit. 29.9.2013]. Dostupný na WWW: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf

  23. Seznam použité literatury: [1] Automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupné z: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf [2] CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 [3] INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA, KUMBURSKÁ 846, NOVÁ PAKA. snímače teploty [online]. [cit. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://automatizace-issnp.wz.cz/Soubory/Snimace%20teploty.pdf [4] JENČÍK, J., VOLF,J., a kol., Technická měření, Skripta ČVUT 2003 [5] GARZINOVÁ, R., Prvky řídících systémů, Skripta VŠB-TU Ostrava 2012

  24. Děkuji za pozornost 

More Related