metode şi aparate pentru măsurarea temperaturii

8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii

1/15

Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice

S.Dimitriu 20101

LUCRAREA Nr. 1

Metode i aparate pentru msurarea temperaturii1. DEFINIII

Temperatura= mrime de stare care caracterizeaz intensitatea strii de micarea particulelor care compun un corp (molecule, atomi, ioni).Temperatura are valoarea zero doar atunci cnd nceteaz orice form de micare amateriei (starea de zero absolut)

Teoria cinetico-molecular:23

2 2wkT

= dac: 00 == wT

Stare de echilibru termic(termodinamic) = stare care corespunde stabiliriiechilibrului energetic att n interiorul corpului ct i ntre acesta i mediul su

exterior (corpurile care l nconjoar). Aceasta stare presupune ca toate corpurile care

sunt n contact s aib aceiai temperatur. Scar de temperatur = un ir de numere stabilite n baza unei anumite

convenii, care permite atribuirea de valori numerice temperaturii i gradareaaparatelor de msur.

2. SCRI DE TEMPERATURGradul de temperaturCelsius : 1/100 din intervalul de temperatur cuprins ntre

temperatura de topire a gheii i cea de fierbere a apei la presiunea normal (760 mmHg)

Gradul de temperaturFahrenheit: 1/180 din intervalul de temperatur cuprinsntre temperatura de topire a gheii i cea de fierbere a apei la presiunea normal.

Scara de temperatur poate fi:a)empiric: originea este stabilit arbitrar (Celsius, Fahrenheit);b) termodinamic absolut: originea este stabilit n zero absolut - unde

temperatura ca parametru de stare este fizic zero (Kelvin, Rankine) ;

c) internaional practic: scar utilizat pentru gradarea i controlulperiodic al instrumentelor, n care sunt atribuite valori numerice pentru temperatura unui

numr de stri fizice uor de reprodus - puncte de fierbere sau solidificare al unor

substane pure (hidrogen, neon, oxigen, apa, zinc, argint, aur).


2/15


S.Dimitriu 20102

Relaii matematice ntre diferite scri de temperatur:

( ) ( ) 15,273o += CtKT

( ) ( )[ ]329

5 oo = FtCt ( ) ( ) 325

9 oo += CtFt

3. METODE I APARATE PENTRU MSURAREA TEMPERATURIII) Metode de msurare prin care corpul termometric este adus n contact direct cu

sistemul studiat;

Condiii: - realizarea echilibrului termic ntre corpul termometric i sistem

- masmica corpului termometric pentru a nu modifica temperatura

sistemului

A) Aparate bazate pe dilatarea corpurilor solide sau lichide.B) Aparate bazate pe variaia presiunii corpului termometricC) Aparate bazate pe variaia rezistenei electrice cu temperatura;D) Aparate bazate pe efectul termoelectric;E) Procedee speciale de msurare a temperaturii.

II) Metode de msurare de la distan.Se bazeaz pe radiaia termic emis de corpuri

A) metode bazate pe msurarea radiaiei termice a unui corp;B) metode bazate pe schimbarea culorii corpurilor cenuii;C) metode bazate pe msurarea emisiunii electronice a corpurilor solide i gazoase

prin observarea liniilor spectrale.


3/15


S.Dimitriu 20103

4. DESCRIEREA UNOR METODE I APARATE DE MSURARE ATEMPERATURII

I) Metode de msurare a temperaturii prin care corpul termometric este adus ncontact direct cu sistemul studiat

A) Aparate bazate pe dilatarea corpurilor solide sau lichide

A.1Aparate bazate pe dilatarea corpurilor solide- Se bazeaz pe fenomenul de dilatare liniar a unei tije sau lame metalice:

( )tll += 10 a) Termometre metalice (cu tij)

Acul indicator este deplasat datorit diferenei de dilatare dintre teaci tij.

Se execut pentru temperaturi de maxim 500oC

Se utilizeaz pentru msurarea temperaturii lichidelor

Poate avea contacte electrice acionate la atingerea unor anumite temperaturi.

b) Termometre bimetalice

urub Contact

Conductori

Benzi metalice lipite

Postament

Fig.1. Termometru metalic cu tij

Oel+25%Ni+ 5%Mo

= 2010-6

K-1

Invar (oel+36%Ni)

= 210-6

K-1

Fig.2 Lamela bimetalic


4/15


S.Dimitriu 20104

Domeniul de msurare: - 50...450

o

CPoate fi utilizat la instalaii n aer liber.

A.2 Aparate bazate pe dilatarea lichidelor (termometre cu lichid)

Fig. 3.Termometrul cu spiral bimetalic

Fig.4 Principiultermometrului cu lichid

Fig.5 Astronomul suedez Anders Celsius (1701-1744)i termometrul realizat de el n1742.


5/15


S.Dimitriu 20105

Principiul de funcionare: dilatarea volumic a lichidelor:

( )tVV v0 1 +=

Lichide termometrice

Fig.6 Termometru cu scarinterioar Fig.7 Termometru baghet

Fig.8 Termometru cu tijdreapt Fig.9 Termometru cu cot

Limite de utilizare[oC] t [oC] (la pN) v

Lichidul

inferioar superioar solidificare fierbere [K-1

] 103

Mercur 30 700 38,86 356,7 0,18

Toluen 90 100 95 110,8 1,07

Alcool metilic 95 60 98 64,5 1,19

Alcool etilic 100 75 117 78 1,03

Pentan 120 20 130 36 1,52

Aliaj de Galiu 0 1050 23 1700 0,55


6/15


S.Dimitriu 20106

a) b) c)

Fig. 10 Alte tipuri de termometrea) Termometru cu contacte electrice, b) Termometru de camerc) Termometru Galilei

Magnet

permanent

Tije

filetat

Piuli

oval

Fir metalic

Coloana

de

mercur


7/15


S.Dimitriu 20107

Termometrele de sticl se protejeaz cu ajutorul unor teci metalice n care se introduce

ulei sau, pentru temperaturi peste 150 oC, pilitur de cupru sau aluminiu.Montarea tecii trebuie s asigure poziionarea rezervorului pe ct se poate n centrul

conductei; n cazul conductelor de diametru mic montarea se va face oblic, ctre amonte.

B) Termometre manometrice

Principiul de funcionare: variaia presiunii corpului termometric n raport cu

temperatura.

B.1. Termometre manometrice cu gaze

Fig.12. Schema de principiu a unui termometru manometric

Are cea mai mic rspndire.

Legea fizic utilizat: legea lui Charles (izocora):

0

0 T

Tpp =

Gazul utilizat: CO2, N2, aer

Limite de utilizare: -60 oC ... +550 oC

Scara este liniar

Fig. 13 Termometru cu gaz

Rezervor

Tub

capilar

Aparat de

msur

Tub de

legtur

Termometru

Teac protecie

Ulei (t< 180C)Pilitur Cu,Al,oel (t> 180C)

a)

D

2

3D

b)

D

2

3D

c)

Fig.11. Montarea n instalaii i protejarea termometrelor tehnice


8/15


S.Dimitriu 20108

B.2. Termometre manometrice cu vapori

Legea fizic utilizat: Variaia presiunii vaporilor saturai n raport cu temperatura

(ecuaia Clausius - Clapeyron):

TTc

T

bap lnln +++=

Ageni utilizai: freon, clorur de metil, alcool etilic

Domeniu de utilizare: -60...+200 oC

Fig.14. Termometru manometric cu vaporiScara este neliniar.

Pot avea contacte electrice de minim i/sau maxim.

C) Aparate bazate pe variaia rezistenei electrice a corpurilor

C.1. Termometre cu rezisten electricLegea fizic utilizat: variaia rezistenei unui metalic cu temperatura:

( )tRR += 10

Fig.15 Variaia rezistenei electrice a diferitelor metale cu temperaturaMateriale uzuale pentru termorezistene

RezistenGrosime fir

[mm]

Rezistivitatea

[mm2/m]

Limite de msur

[C]

Platin 0,05-0,07 0,1 180630Cupru 0,1 0,017 50150

8

7

6

5

43

2

1

0

R /R0 Fe

Ni

PtCu

100 200 300 400 500 600 700 C


9/15


S.Dimitriu 20109

Fig.16. Schema de principiu a unei termorezistene1 - teacmetalicde protecie2 - piulide fixare3 - cutie de conexiune4 - suport ceramic5 - firul termorezistenei

Fig.17. Construcia termorezistenei

Metode de msurare a rezistenei electrice:

Fig.18 Metoda punii neechilibrate Fig.19 Metoda punii echilibrate manual

( ) 231 RRRRR Ct +=


10/15


S.Dimitriu 201010

Fig. 20 Logometrul

Fig 21 Termometru cu termorezisten

C2. Termometre cu termistoare

Este un material semiconductor, a crui rezisten variaz mult cu temperatura, n

special n domeniul temperaturilor joase, dup o lege exponenial de forma:

T

b

T eaR =

Se fabric n general din amestecuri de oxizi cu proprieti semiconductoare, cum suntoxizii de Mn, Co,Fe, Zn,Al. n form de disc sau baghet.

Fig. 22 Variaia rezisteneitermistorului cu temperatura.

1-termistor 2-platina


11/15


S.Dimitriu 201011

D) Aparate bazate pe efectul termoelectric

Principiul de funcionare: efectul termoelectric (efectul Seebeck)

ntr-un circuit nchis format din dou sau mai multe conductoare diferite, ia natereun curent electric, daccel puin doupuncte de legturau temperaturi diferite.

a) b)Fig.23. Montarea milivoltmetrului pentru msurarea tensiunii termoelectromotoare:

a) la lipitura rece; b) la termoelectrod.

Fig.24. Meninerea temperaturii sudurii reci

Simbol A (+) B (-)Tmax

(func.cont.)

Tmax

(func.interm.)J Fe Constantan 600 C 800 C N Ni NiCr 900 C 1200 C

KCromel

(Ni+Cr+Fe)

Alumel

(Ni+Al+Mn+Si)900 C 1300 C

S Pt PtRh(10%Rh) 1550 C 1850 C

- W MoAl 2000 C 2000 C

- Rh IrRh 2400 C 2400 C

Cablu de

compensare

Constantan

Fier

Cuptor

12

3 2' 3'

Electrod din fier

Electrod din

constantan

Vas Dewar

mV

Fire

din cupru la

milivoltmetru

Cablu de compensare

mV

mV


12/15


S.Dimitriu 201012

Con ntreg

Con topit

Con indicator

Fig.25 Diferite tipuri de termocupluri i instrumentul de msur

E) Metode bazate pe schimbarea strii corpului termometric

E.1 Conuri SEGERi Conuri ORTON

Fig.26. Conuri ORTON


13/15


S.Dimitriu 201013

E.2 Termoculori

II) Metode de msurare a temperaturiide la distan

A) Metode bazate pe msurarea radiaiei termice a unui corpA.1 Pirometru optic monocromatic

Fig.27. Pirometrul optic schia de principiu1 obiectiv; 2 lampcu filament;3 ocular;4 filtru rou;5 reostat; 6 rozeta reostatului;7

filtru neutru;8-manetpentru acionarea filtrului.

Fig..28 Variaia luminozitii filamentului

CuloareSubstan chimic

iniial finalt [C] Reversibilitate

Sulfur de Hg roucafeniu-

negru230250 da

Cromat de Pb roucafeniu-

negru230250 nu

Iodur de

Hg i Agrou maro 70 nu


14/15


S.Dimitriu 201014

- Se utilizeaz pentru msurarea temperaturiiobiectelor incandescente: metale topite, flcri,

piese metalice cu temperatura peste 550 oC

- Precizia de msurare:1..5 oC- Aparatul este etalonat n raport cu corpul negru,

necesitnd corecii n funcie de factorul de

emisivitate al corpului a crui temperatur se

msoar.

Fig.29 Prometru optic Pyrolux.

A2.Pirometru de radiaie total

Fig. 30 Schema i aspectul unui pirometru de radiaie total1-obiectiv; 2-termocuplu; milivoltmetru

Are aceleai utilizri ca i pirometrul optic monocromatic

Domeniul de msurare: temperaturi mai mari de 700 oC


15/15


S.Dimitriu 201015

Fig. 31 Termometru in infrarou

Termometrele n infrarou permit msurarea temperaturii corpurilor prin captarea

radiaiei infraroii emis de acestea

Domeniul de msurare: -20...250 oC; -30..900 oC

Se construiesc pentru factor de emisie fix sau cu factor de emisie variabil.

Au sistem de vizare cu laser.

metode şi aparate pentru măsurarea temperaturii

Documents