sistem senzorial pentru mĂsurarea temperaturii

SISTEM SENZORIAL PENTRU MĂSURAREA

TEMPERATURII

2.1. Definiţii

Temperatura este o mărime fizică utilizată pentru a caracteriza

starea de încălzire a unui mediu, a unui corp etc. Este una din cele șapte

mărimi fizice fundamentale.

Unitatea de măsură a temperaturii în S.I. este kelvinul (K).

Cele mai uzuale scări de temperatură sunt Celsius (în țările

europene) şi Fahrenheit (în Statele Unite). Acestea se definesc cu ajutorul

scării Kelvin care constituie scara fundamentală a temperaturilor în știință și

tehnică.

273,15 - T(K)=T(°C) (2.1)

459,67 - T(K) 5

9 = T(°F) (2.2)

9

532]- T(°F) [= T(°C) (2.3)

Instrumentul de măsurare a temperaturii se numeşte termometru.

Termometrele sunt dispozitive de măsurare a temperaturii, cu

aplicații în aproape toate domeniile de activitate practică a omului. Sunt

capabile să acopere un domeniu larg de temperatură (între -200 °C și +3000

°C) având construcții și precizii diferite. Corpul termometric conţinut este

caracterizat de o mărime fizică (mărime termometrică) ce variază cu

temperatura după o anumită lege fizică.

Sistem senzorial pentru măsurarea temperaturii

18

2.2. Clasificarea senzorilor pentru măsurarea temperaturii

Pentru realizarea elementelor sensibile destinate măsurării

temperaturii pe cale electrică pot fi utilizate în principiu dependenţa de

temperatură a mărimilor electrice ca:

- rezistenţa electrică a conductoarelor şi semiconductoarelor,

- tensiunea termoelectromotoare de contact dintre două

conductoare diferite,

- permeabilitatea magnetică a materialelor feromagnetice,

- permitivitatea dielectrică a unor electroizolanţi etc.

Senzorii utilizaţi la măsurarea temperaturii sunt:

- senzori cu termorezistoare;

- senzori cu termocupluri;

- senzori cu termistoare;

- senzori integrati de temperatură;

- senzori de temperatură cu funcţionare în infraroşu;

- pirometre;

- senzori de temperatura cu fibră optică

În formă grafică intervalele de temperatură pentru care se fabrică

temometrele ce funcţionează după diverse principii fizice, sunt reprezentate

în figura 2.1, cuprinzând şi intervalele posibil extinse.

Figura 2.1 Intervale de temperaturi măsurate cu diferite tipuri de termometre

Sisteme senzoriale. Aplicaţii

19

În practică, alegerea unui anume tip de sensor se face funcţie de

liniaritatea semnalului de ieşire furnizat de element, limitele domeniului de

măsură, sensibilitatea şi precizia măsurării, inerţia termică care determină

viteza de răspuns a elementului.

2.3. Elementele sensibile bazate pe variaţia rezistenţei electrice cu

temperatură

Senzorii rezistivi sunt senzori de tip pasiv (parametrici). Principiul

lor de funcţionare are la bază variaţia rezistenţei electrice a elementului

sensibil sub acţiunea mărimii de măsurat.

S

lR

(2.4)

Conform relaţiei 2.4 rezistenţa este dependentă de rezistivitatea ρ a

materialului. Ca urmare, senzorii rezistivi permit măsurarea temperaturii

care determină modificarea rezistivităţii.

Elementul sensibil îşi modifică rezistenţa electrică funcţie de

temperatură după o lege neliniară. Întrucât coeficientul de variaţie a

rezistivităţii ρ cu temperatura este cu aproximativ două ordine de mărime

superior coeficientului de dilatare (care ar influenţa lungimea l şi secţiunea

S), acest ultim efect fiind neglijabil.

În construcţia acestor elemente sensibile sunt utilizate firele rezistive

metalice (termorezistenţele) sau materiale semiconductoare (cu joncţiune-

termistor sau fără joncţiune-dioda).

2.3.1. Termorezistente metalice

Se realizează uzual din metale pure (Pt, Ni, Cu, W etc.) şi mai rar din

aliaje (Ag-Au); aliajele, deşi au rezistivităţi electrice mai ridicate, au

coeficienţi de variaţie a rezistivităţii cu temperatura de valori mai mici decât

la metale pure.

Metalele de mai sus au un coeficient de temperatură al rezistivitaţii

relativ ridicat, cu valori de (0.35-0.68)%/ºC în intervalul 0º…100ºC, stabil

în gama temperaturilor de lucru şi constant în timp, asigurând astfel

reproductibilitatea valorilor obţinute din măsurare. Se construiesc


20

termorezistenţe din metale pure cu valori nominale ale elementului sensibil

la 0ºC (R) de 100 Ω sau 46 Ω pentru Pt, 53 Ω sau 100 Ω pentru Cu şi 100 Ω

pentru Ni. În tabelul 2.1 sunt indicate valorile raportului R100ºC/R0 şi

domeniile temperaturilor măsurabile pentru termorezistenţele metalice

uzuale.

Tabel 2.1 Valorile raportului R100ºC/R0 şi domeniile temperaturilor măsurabile

Relaţia de dependenţă rezistenţă electrică – temperatură R(θ) la

metale poate fi exprimată prin dezvoltarea în serie Taylor în jurul unei

temperaturi de referinţă t0, astfel:

])100(1[ 32

0 ttCtBtARRt (2.5)

unde:

A, B, C – coeficienţi cu valori constante pentru anumite intervale de

temperatură, specifici metalelor utilizate;

Tabel 2.2 Valorile coeficienţilor A, B şi C

Coeficient IPTS-68 ITS-90

A 3,90802E-03 3,90830E-03

B -5,80195E-05 -5,77500E-07

C -4,27350E-12 -4,18300E-12

International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)

t –temperatura

R0 – rezistenţa la ºC (ex. 100 Ω pentru Pt100 şi 1000 Ω pentru Pt1000)

În general, la temperaturi pozitive (C=0) se aproximează dezvoltarea

în serie Taylor până la termenii de rang doi, iar când nu se impune o precizie


21

de măsurare ridicată se poate aproxima doar cu primul termen, caz în care

caracteristica este liniară.

)1( 2

0 tBtARRt (2.6)

În practică, însă, de obicei corespondenţa rezistenţă electrică –

temperatură se determină pe baza unor tabele de valori standardizate. Pentru

conversia rezistenței electrice la temperatură, ecuația de mai sus poate fi

scrisă astfel:

BR

RRBRARARt

0

00

22

00

2

)(4 (2.7)

Principalele condiţii care se urmăresc la alegerea metalelor pentru

realizarea elementelor sensibile ale termorezistenţelor sunt:

- coeficient de variaţie a rezistivităţii cu temperatura ridicat, pentru a

obţine o sensibilitate bună; se urmăreşte parametrul R100/R0

(raportul dintre rezistenţa senzorului la 100˚C şi rezistenţa la 0˚C);

- liniaritatea caracteristicii de transfer;

- rezistivitate ridicată;

- puritate cât mai bună, pentru reproductibilitate;

- stabilitate termică şi temporală.

După natura elementului sensibil, cel mai utilizat tip de senzor

termorezistiv metalici este:

Termorezistenţa din platină (Pt) se realizează cu valori normalizate

ale rezistenţelor Pt100 (100 Ω la 0˚C), Pt46 (46 Ω la 0˚C).

- Parametrul R100/R0=1.391 pentru Pt100, respectiv R100/R0=1.387

pentru Pt46.

- Domeniul temperaturii de lucru: -200˚C ÷ +850˚C, iar pentru regim

de scurtă durată până la 1050˚C (punctul de topire a platinei este ~1780˚C).

- Dependenţa R(θ) este aproximativ liniară.

Observaţii:

- termorezistenţele din Pt sunt cele mai precise;

- platina se comportă în special la temperaturi mari ca un catalizator,

iniţiind şi stimulând procesele de oxidare (arderile suplimentare la

suprafaţa platinei măresc temperatura senzorului).


22

2.3.2. Termorezistenţe semiconductoare fără joncţiune

În aplicaţii se folosesc termistoare (rezistenţă semiconductoare fără

joncţiune), diodele semiconductoare, circuite integrate cu ieşire în curent, în

tensiune sau PWM). Datorită dimensiunilor reduse se pot utiliza în aplicaţii

unde sunt necesari timpi de răspuns reduşi şi/sau pentru măsurări

punctiforme. Senzorii de acest tip au caracteristici R(θ) neliniare, domeniile

de temperatură fiind cuprinse în general între -50˚C ÷ +300˚C la

termistoare, respectiv -50˚C ÷ +140˚C la diode şi tranzistoare.

Termistoarele, ca semiconductoare fără joncţiune, au fost utilizate

iniţial în montaje electronice pentru compensări de temperatură, având un

coeficient de variaţie cu temperatura a rezistivităţii negativ

(negatermistoare). Ulterior au apărut şi pozitermistoarele (termistoare cu

coeficient de temperatură pozitiv) şi s-au realizat senzori pentru măsurarea

temperaturii.

Figura 2.2 Caracteristicile rezistenţă-temperatură la termistori

Termistoarele sunt caracterizate de o dependenţă R(T) de formă

exponenţială:

T

B

T eAR (2.8)

unde

A – constantă de material (pentru T= ),

B – constantă energetică,

T este temperatura absolută.


23

Caracteristica poate fi liniarizată pe porţiuni, cu scăderea

coeficientului de temperatură, deci a sensibilităţii. În general, la termistoare

coeficientul de temperatură este cu un ordin de mărime superior faţă de cel

de la termorezistenţele metalice.

Rezistenţele nominale ale senzorilor nu corespund standardelor

uzuale, având valori în domeniul 10 ÷ 106

Ω. Datorită valorilor mari ale

rezistenţei electrice, chiar la distanţe mari între punctul de măsurare şi

instrument rezistenţa conductoarelor de legătură devine neglijabilă, ceea ce

înseamnă o simplificare a circuitului de măsurare.

Pentru determinarea caracteristicii termice R(T) se poate folosi

procedeul experimental complet (se măsoară rezistenţa din aproape în

aproape pe tot intervalul de temperatură, după care se aproximează

caracteristica prin relaţia (2.8) sau polinomial. Prin logaritmarea relaţiei de

mai sus se obţine:

T

BRRT 4343.0loglog (2.9)

Considerând două puncte de pe caracteristica termistorului (R1, T1)

şi (R2, T2), rezultă sistemul:

2

2

1

1

4343.0loglog

4343.0loglog

T

BRR

T

BRR

(2.10)

de unde

21

21

11

)log(log303.2

TT

RRB

(2.11)

iar ecuaţia lui R(T) se poate rescrie:

21

11

21

TTB

eRR (2.12)


24

2.3.3. Termorezistente semiconductoare cu joncţiune

Senzorii cu semiconductori sunt bazaţi pe sensibilitatea cu

temperatura a dispozitivelor cu siliciu. Ei se bazează pe variaţia tensiunii de

deschidere a unei joncţiuni p-n cu temperatura:

S

D

I

I

q

TKlnVD

(2.13)

unde:

K este constanta lui Boltzman,

q este sarcina electronului,

T temperatura absolută a joncţiunii,

IS curentul de saturaţie iar

ID este curentul direct prin joncţiune.

Deoarece curentul de saturaţie depinde de temperatură relaţia nu

poate fi utilizată în limite largi. Joncţiunile utilizate la măsurarea

temperaturii sunt polarizate cu un curent constant, a.î. acesta să nu

determine încălzirea joncţiunii. Tensiunea de deschidere, conform relaţiei de

mai sus, variază cu circa 2.2 mV/°C, dar diferă de la o joncţiune la alta

datorită dispersiei tehnologice. Figura 2.3 redă caracteristica tensiune-

temperatură a unei joncţiuni, fie ea a unei diode, sau joncţiunea bază-emitor

a unui tranzistor:

Figura 2.3 Caracteristica tensiune-temperatură a unei joncţiuni


25

2.3.3.1. AD590

Analog Devices produce un senzor de temperatură integrat (AD590)

care furnizează la ieşire un curent numeric egal (μA) cu temperatura

absolută a capsulei (°K). Circuitul se alimentează cu tensiuni între 4 şi 30 V

şi se poate utiliza la temperaturi între -55°C şi 150°C.

Figura 2.4.a prezintă schema electrică a senzorului. Circuitul conţine

4 tranzistoare (în circuit oglindă), din care Q2 are aria joncţiunii B-E de 8 ori

mai mare decât a lui Q1.

a. b.

Figura 2.4 Circuitul intern şi de măsură

Tensiunea pe rezistenţa R poate fi scrisă:

V][101798lnlnV 6

2

1T TT

q

K

I

I

q

TK

C

C

(2.14)

Se poate observa ca VT este proporţională cu temperatura absolută,

de unde şi curentul IC2 va fi tot proporţional cu T. Datorită faptului că

IT=2·IC2, atunci curentul total va fi proporţional cu T. Alegând rezistenţa

R=358 Ω, atunci se obţine o sensibilitate de 1 μA/K. AD590 nu necesită

punte sau circuit de liniarizare şi lucrează cu tensiuni mici. În plus ieşirea în

curent permite utilizarea de fire lungi fără a introduce erori din cauza

căderilor de tensiune pe fire sau tensiunilor parazite induse în fire. Datorită


26

impedanţei mari a sursei de curent, senzorul este insensibil la variaţiile

tensiunii de alimentare.

Circuitul poate fi utilizat cu ieşire în tensiune, caz în care se poate

reduce eroarea prin introducerea unui reglaj analogic.

2.3.3.2. LM35

Este un senzor de temperatură integrat cu ieşire în tensiune, cu

ieşirea proporţională cu temperatura (°C). Fără calibrare asigură o precizie

de 0.25°C şi de 0.75°C pe tot domeniul de temperatură (-55V ÷ 150°C). Ca

şi la AD590, precizia este asigurată prin ajustarea cu laser a rezistenţelor

integrate în circuit. Ieşirea în tensiune (10 mV/°C), cu impedanţă mică de

ieşire şi liniaritatea îl fac deosebit de simplu de utilizat. Poate fi utilizat atât

cu sursă simplă sau dublă.

Figura 2.5 Schema internă a senzorului LM35

Problema circuitului o constituie faptul ca principala legătură

termica cu exteriorul o constituie terminalele sale, ce se vor afla la

temperatura mediului ambiant. Pentru a evita acest neajuns, terminale se

îmbracă într-o cămaşă de răşină epoxidică. Erorile sale sunt mai mici decât

ale circuitului AD590, însă are dezavantajul ieşirii în tensiune.


27

2.3.3. Tipuri constructive

Senzorii termorezistivi metalici se realizează prin bobinarea bifilară a

firului conductor (elementul sensibil) pe un suport izolant, ansamblul fiind

introdus într-o carcasă de protecţie. Firul metalic are în general un diametru

cuprins între 0.02 ÷ 0.1 mm. Suportul înfăşurării conductorului rezistiv se

alege în funcţie de domeniul temperaturii măsurabile. La temperaturi de

până la 150˚C se folosesc materiale electroizolante obişnuite (răşini); pentru

temperaturi în domeniul 150˚C ÷ 300˚C se utilizează mica şi stearit; până la

550˚C – sticlă dură; peste 550˚C – materiale ceramice speciale. Carcasa

(tubul) pentru protecţie se alege după mediul în care se efectuează

măsurările, de cele mai multe ori realizându-se din oţel inoxidabil, cu sau

fără cămaşă ceramică.

La proiectare, se are în vedere ca încărcarea electrică să nu

determine o creştere sensibilă a temperaturii senzorului, puterea disipată

fiind limitată la valoarea de 1 mW.

În figura 2.6 sunt prezentate câteva forme constructive ale

termorezistenţelor.

Figura 2.6. Tipuri constructive ale termorezistenţelor metalice

Senzorii termorezistivi semiconductori, constructiv sunt similare cu

cei metalice, însă au o serie de avantaje: sensibilitate superioară, dimensiuni

reduse, inerţie termică scăzută, sunt realizate într-o gamă mare de valori. În

aplicaţii industriale sunt mai puţin răspândite datorită dispersiei

caracteristicilor şi domeniului relativ restrâns de temperatură (100÷400 °C).

Element

sensibil

Izolatori

(mica)

Tub de

protecţie

a.

b.

c.


28

La realizarea termistoarelor se utilizează amestecuri de oxizi metalici

(Fe2O3, NiO, Cu2O, Si2O etc.), sulfuri metalice sau metale pure. Senzorii pot

avea dimensiuni foarte mici (de ordinul mm), ceea ce conduce la capacităţi

calorice reduse şi inerţie termică scăzută (timp de răspuns de ordinul msec).

Se pot măsura astfel temperaturi punctuale (de exemplu, în montaje

electronice).

Dezavantajul principal îl constituie însă neliniaritatea pronunţată a

caracteristicii, care necesită blocuri de liniarizare. Aplicaţiile lor sunt legate

de instalaţiile de reglare a temperaturii (încălzire, climatizare).

Termistoarele de mică putere se realizează sub forma unor sfere mici

(cu diametrul mai mic de 1 mm), în care sunt fixate conductoarele de

legătură; termistoarele de putere se realizează sub formă de disc, bară sau

inel. Se întâlnesc însă şi termistoare de formă industrială.

2.1.3.Inerţia termică a termorezistenţelor

Timpul de răspuns (tr) este un parametru important al

termorezistenţelor, în special când se măsoară temperaturi variabile în timp

(de exemplu, în cazul regulatoarelor de temperatură). Constanta de timp (T)

se defineşte ca intervalul de timp în care senzorul ajunge de la temperatura

iniţială θ0 la temperatura θ1, care satisface condiţia:

)(632.0 001 m (2.15)

unde θm este temperatura de măsurat.

Evoluţia în timp a temperaturii senzorului de la θ0 către valoarea de

măsurat θm corespunde unei curbe exponenţiale (figura 2.7). După un timp,

teoretic îndelungat, senzorul va căpăta temperatura θm. Se definesc următorii

parametri:

● timpul de răspuns 5% (τ5%=3T) - intervalul de timp în care

temperatura senzorului devine 95% din diferenţa maximă θm- θ0.

● timpul de răspuns 2% (τ2%=4T) - intervalul de timp în care

temperatura senzorului atinge 98% din diferenţa maximă θm- θ0.


29

Figura 2.7 Evoluţia temperaturii la senzori termorezistivi

Termorezistenţele metalice au constante de timp destul de ridicate, în

general între câteva secunde şi câteva minute (de exemplu, la

termorezistenţele de tip industrial Pt100, Ni100, Cu100, T ia valori între 1.5

şi 2 minute. La termistoare constanta de timp este sensibil mai mică decât la

termorezistenţele metalice (de ordinul a 10-2

sec).

2.4. Elemente sensibile bazate pe modificarea tensiunii electromotoare

de contact cu temperatura (termocupluri)

Termocuplurile fac parte din grupa elementelor sensibile la care are

loc o transformare directă de energie, mărimea de măsurat, temperatura,

convertindu-se direct întro mărime electrică activă, şi anume, într-o tensiune

continua.

2.4.1. Principii fizice şi legi care stau la baza generării tensiunii

termoelectromotoare de contact

Măsurarea temperaturii cu ajutorul termocuplurilor este bazată pe

utilizarea legilor fenomenelor termoelectrice, tensiunea termoelectromotoare

de contact fiind rezultatul acţiunii concomitente a două efecte şi anume

efectul Thomson şi efectul Seebeck.

Dacă extremităţile unui conductor omogen se află la temperaturi

diferite T1 şi T2 (T1<T2) diferitele porţiuni din conductor se vor afla la

temperaturi diferite (T1<T<T2). Cum numărul de electroni liberi pe unitatea

θ [˚C]

t [sec]

θm

θ0

T

3T

4T

0.632(θm- θ0) 0.95(θm- θ0)

0.98(θm- θ0)


30

de volum a conductorului creşte cu temperatură, pe măsura creşterii

temperaturii, concentraţia pe unitatea de volum a purtătorilor de sarcină

liberă creşte şi purtătorii se vor mişca din locurile cu concentraţie mai mare

către locurile cu concentraţie mai mică, adică de la capătul cald al

conductorului către cel rece (fig. 2.8.a).

Figura 2.8 Ilustrarea relaţiilor Thomson

Tensiunea termoelectromotoare (t.t.e.m.) care se dezvoltă la capetele

conductorului omogen depinde de natura conductorului şi de mărimea

diferenţei de temperatură, conform relaţiei (Efectul Thomson):

2

1

T

T

aa dtE (2.16)

unde σa este coeficientul Thomson pentru conductorul a.

Dacă însă circuitul închis este format din doi conductori omogeni de

natură diferită (σa ≠ σb ) t.t.e.m. totală Thomson care apare va fi:

2

1

)(

T

T

baab dtE (2.17)

depinzând deci de valorile coeficienţilor Thomson pentru cele două

conductoare şi de valorile temperaturilor absolute T1 şi T2 de la locurile de

contact ale conductorilor (fig. 2.8.b).

La locurile de contact ai celor doi conductori a şi b, datorită

concentraţiei diferite a purtătorilor de sarcină din cele două conductoare

apar t.t.e.m. de contact suplimentare εab(T1) şi εab (T2) de semne opuse şi

valori absolute diferite (efectul Seebeck). În principiu cele două t.e.m. de

contact depind de valorile temperaturilor punctelor de contact şi a

concentraţiilor de purtători liberi (natura conductoarelor şi gradul lor de

puritate).


31

În final, t.t.e.m. totală care apare în circuitul celor două conductoare

omogene se determină cu expresia:

2

1

)()()( 12

T

T

baababab dtTTE (2.18)

Pentru un cuplu dat de conductoare omogene şi în intervale restrânse

de temperatură, se pot considera valorile celor două concentraţii de

purtători, cunoscute şi constante. În aceste condiţii, t.t.e.m. totală depinde

numai de valorile temperaturilor celor două puncte de contact (denumite

joncţiuni sau suduri).

)()(),( 1221 TeTeTTE ababab (2.19)

Dacă temperatura uneia din joncţiuni este cunoscută şi constantă (de

ex. joncţiunea rece), t.t.e.m. rezultantă depinde în acest caz numai de

temperatura sudurii/joncţiunii calde: E=f(T). Astfel măsurarea temperaturii

necunoscute se rezumă la măsurarea t.t.e.m. Instrumentul de măsurare se

conectează în circuit prin întreruperea unui termoelectrod (figura 2.9.a) sau

în locul sudurii reci (figura 2.9.b), varianta a doua fiind mai raţională.

a. b. c.

Figura 2.9 Conectarea instrumentului de măsură

Pentru cazul general de măsurare a temperaturii cu termocupluri,

circuitul termoelectric este alcătuit dintr-un ansamblu de elemente care

elimină toţi factorii care pot influenţa valoarea t.t.e.m (figura 2.9.c):

• termocuplul format din conductoarele omogene A şi B de natură

diferită, cu joncţiunea 1 de măsurare (sudura caldă) şi joncţiunea 2 (sudura

rece) de referinţă;


32

• cablurile de prelungire, CP, confecţionate în general din aceleaşi

materiale ca şi termoelectrozii termocuplului, cu rolul de a deplasa

joncţiunea de referinţă din zona 2 cu fluctuaţii mari de temperatură în zona 2

în care temperatura poate fi menţinută constantă;

• instrumentul de măsurare 3 pentru determinarea t.t.e.m.

2.4.2.Constructia termocuplelor

Indiferent de destinaţia acestora, părţile componente ale unui

termocuplu industrial sunt următoarele (figura 2.10):

(1) – termoelectrozii;

(2) – teaca de protecţie;

(3) – cutia de borne;

(4) – flanşa deplasabilă sau piuliţa de stringere cu ajutorul căreia se

realizează fixarea la lungimea dorită în punctul de măsurare a temperaturii.

Termoelectrozii sunt izolaţi cu tuburi sau mărgele din material

ceramic, iar teaca de protecţie mecanică şi anticorozivă se realizează din oţel

refractar sau material ceramic.

Figura 2.10 Structura unui termocuplu

Dimensiunile termocuplului, adică diametrele firelor şi ale joncţiunii

vor fi reduse la minim pentru a asigura rezistenţa mecanică necesarăşi a

reduce inerţia termică a termocuplului şi în acelaşi timp a diminua răcirea

sudurii calde prin conducţia termică a conductoarelor.

În tabelul 2.3 sunt prezentate caracteristicile diverselor tipuri de

termocupluri, mai folosite, precum şi t.t.e.m. a acestora.


33

Tabel 2.3 Caracteristicile diverselor tipuri de termocupluri

T.t.e.m. a termocuplurilor, când joncţiunea de referinţă se găşeşte la

temperatura de 0ºC, trebuie să corespundă, în limitele erorilor tolerate,

valorilor tabelate. Când însă joncţiunea de referinţă se găseşte la o

temperatură constantă, dar diferită de 0ºC, valorile t.t.e.m. a termocuplurilor,

corespunzătoare temperaturii de referinţă de 0ºC se determină cu relaţia:

tt kEE 0 (2.20)

în care:

E0 – t.t.e.m. în mV la temperatura 0 ºC a joncţiunii de referinţă;

Et – t.t.e.m. în mV, la temperatura t (valoarea măsurată);

kt – factor constant cu valori cuprinse între 0,006..0,067 în funcţie de

termocuplu şi pentru temperaturi de referinţă cuprinse între 0..50ºC:

Menţinerea sudurii reci la o temperatură constantă se poate realiza

prin mai multe procedee, mai utilizat fiind cel de compensare.

Compensarea automată a variaţiilor temperaturii joncţiunii de

referinţă se poate realiza cu ajutorul unor circuite auxiliare “punţi de

compensare” având cel puţin un element de circuit a cărui rezistenţă este

dependentă de temperatură.

Punţile de compensare (figura 2.11) se alimentează la o tensiune sau

la curent constant şi conţin rezistenţe din manganin, independente de

temperatură şi rezistenţe metalice sau termistoare cu coeficient de


34

temperatură pozitiv sau negativ. Elementele componente ale circuitului de

compensare prezentat sunt următoarele: C- carcasa metalică,T- termocuplu

de măsurare, mV- milivoltmetru indicator etalonat în valori ale temperaturii,

RCu- rezistenţe metalice din conductor de cupru, Rm- rezistenţe din

manganin, Ra - rezistenţa de ajustare, adiţională, R-rezistenta de reglaj.

Figura 2.11 Compensarea cu punţi de compensare

Pentru micşorarea pierderilor de căldură prin teacă şi prin armătura

termocuplurilor, adâncimea de imersie a termocuplurilor minimă care

trebuie respectată, este de cel puţin 10 ori diametrul exterior al tecii.

La măsurarea temperaturii cu termocuplu fiind necesară prelugirea

electrozilor în zona cu temperatură uşor de menţinut constantă, acest lucru

se realizează cu două conductoare care dezvoltă o t.t.e.m. egală cu cea a

termoelectrozilor (din aceleaşi materiale ca şi termoelectrozii). Secţiunile

cablurilor de prelungire trebuie să fie de cel putin 1.5 mm2 pentru ca variaţia

rezistenţei acestora cu temperatura mediului ambiant să fie neglijabilă.

2.4.3. Inerţia termică a termocuplurilor

Ca şi în cazul termorezistenţelor, inerţia termică a termocuplurilor

devine importantă când temperatura de măsurat variază în timp, iar

elementul sensibil este componentul unui regulator de temperatură.

Pentru determinarea constantei de timp T se trasează caracteristica

dinamică t.t.e.m. generată funcţie de timp. Termocuplul aflat la temperatura

t0 a mediului exterior, este introdus brusc în mediul de cercetat cu


35

temperatură constantă şi cunoscută tm. Utilizându-se tabelele standardizate

“t.t.e.m.-temperatură” existente în anexă, se obţine dependenţa dinamică

“temperatura indicată – timp” cu ajutorul căreia se determină T şi timpul de

răspuns 2% (τ2%=4T sec), respectiv timpul de răspuns 5% (τ5%=3T sec).

Considerând, ca şi în cazul anterior al termorezistenţelor, dependenţa

dinamică temperatură-timp de formă exponenţială (pentru termocuplul

introdus brusc în mediul de cercetat), constanta de timp a temocuplului de

încercat reprezintă durata de timp după care diferenţa dintre temperatura

iniţială t0 la care s-a aflat termocuplul (temperatura mediului exterior) şi

temperatura t indicată, când termocuplul este introdus în mediul de cercetat,

devine egală cu 0.632(tm-t0) [ºC], unde tm este temperatura constantă a

mediului de cercetat.

Constanta de timp a termocuplurilor în execuţie standard din grupa

Fe-Constantan, Cu-Constantan şi PtRh-Pt este aproximativ 1.5 min în timp

ce pentru termocuplul Cromel-Alumel în funcţie de varianta constructivă

utilizată, constanta de timp ia valori între 1 şi 5min.

2.5. Elemente sensibile bazate pe radiaţia termică a corpurilor.

Pirometrele

Temperatura caracterizează radiaţia termică a unui corp. Legile care

stabilesc legătura dintre energia radiată şi temperatură sunt legile radiaţiei

emise de Stefan-Boltzmann, Plank şi Kirchhoff. Aceste legi arată că un corp

radiază energie termică la orice temperatură şi că o creştere a temperaturii

provoacă o creştere a energiei radiate.

Pirometrele permit măsurarea temperaturii prin intermediul energiei

radiante, fără contact, în concordanţă cu legile radiaţiei termice. Acestea se

etalonează pe baza radiaţiei emisă de corpul negru (corp idealizat).

După principiul de funcționare ele pot fi:

1. Pirometre de radiație care se bazează pe utilizarea radiației

sursei, care depinde de temperatură. Din această categorie fac

parte:

pirometrele de radiație totală, a căror funcționare se bazează

pe legea Stefan-Bolzmann,

pirometrele de radiație parțială,


36

pirometrele monocromatice (spectropirometre), a căror

funcționare se bazează pe legea lui Planck.

2. Pirometre cu distribuție spectrală, care se bazează pe variația cu

temperatura a distribuției spectrale relative a sursei. Din această

categorie fac parte:

pirometre optice, care lucrează în domeniul lungimilor de

undă de 0,1– 300 μm,

radiopirometre, care lucrează în domeniul lungimilor de undă

de 5×102 – 1×10

6 μm.

pirometre vizuale, la care detectorul de radiație este ochiul

omenesc:

- pirometre optice cu dispariția filamentului

- pirometre cu pană cenușie,

pirometre obiective, la care detectorul de radiație este o

celulă fotoelectrică sau un senzor termic,

micropirometre, destinate măsurării temperaturilor unor

obiecte mici, sub 0,1 mm,

pirometre staționare, respective pirometre portabile.

Cele mai folosite tipuri sunt pirometrele de radiație totală și

pirometrele optice cu dispariția filamentului.

Un pirometru (figura 2.12) este compus din:

1- corpul a cărui temperatură se măsoară;

2- corpul pirometrului;

3- concentrator optic (lentilă sau oglindă);

4- detector de radiaţie (un corp negru de dimensiuni reduse căruia

i se ataşează un senzor termoelectric 5;

5- microtermocuple.

Figura 2.12 Structura pirometrelor de radiatie


37

Măsurarea (figura 2.13) se face prin comparaţie, adică pe imaginea

suprafeţei radiante, ce emite o radiaţie în spectrul vizibil, se suprapune o

lampă etalon.

Tm > Tf Tm = Tf Tm < Tf

Figura 2.13 Imagini specifice procesului măsurării

Reglând curentul de filament se va modifica temperatura acestuia şi

implicit culoarea.

În funcţie de temperatura filamentului Tf, valoarea curentului prin

acesta constituie o măsură a temperaturii urmărite Tm.

Pirometrele obişnuite au domeniile: 700 grade Celsius (filament roşu

închis) şi temperatura maximă a filamentului 1500 grade Celsius, dar pot fi

extinse pâna la 3000 grade Celsius prin utilizarea unor atenuatoare optice.

Pirometrele sunt foarte mult utilizate în siderurgie (metalurgie)

pentru măsurarea temperaturii şarjei în cuptoare, furnale.

Un termometru în infrarosu este un termometru care calculează

temperatura dintr-o porțiune a radiației termice denumită uneori radiația

corpului negru emisă de obiectul măsurat. Este uneori numit şi termometru

laser, deoarece un laser este utilizat pentru a ajuta la direcționarea

termometrului fără contact sau a pistoalelor de temperatură pentru a măsura

de la distanță şi fără contact. Cunoscând cantitatea de energie infraroșie

emisă de obiect și emisivitatea sa, temperatura obiectului poate fi deseori

determinată într-un anumit interval de temperatură reală.

Termometrele în infrarosu sunt un subset de dispozitive cunoscute

sub denumirea de "termometre de radiație termică".

Uneori, în special în apropierea temperaturilor ambientale, citirile

pot fi supuse erorilor datorate reflexiei radiației dintr-un corp mai fierbinte -

chiar și de la cel care măsoară ce poate radia mai puternic decât obiectul

măsurat, introducând valori eronate.


38

2.6. Sistemul senzorial pentru măsurarea temperaturii

Figura 2.14 Stand experimental cu sistemul senzorial pentru măsurarea temperaturii

Figura 2.15 Schema bloc a sistemului senzorial pentru măsurarea temperaturii

Modbus/TCP/IP

Incinta termică - Eldon EHG 100

HMI -VT250

Automat programabil

Modicon M221

Senzor infraroşu

M18TIP8

Termorezistenţa Pt100

TS-516-LI2UPN8X-

H1141-L016

Termocuplu

HMI

Termistor

Modul analogic

TMC2TI2 14biti

AD590 LM35

PWM

Intrări analogice 12biţi

Multimetru

Termocuplu Pt100

Microvoltmetru Multimetru Multimetru Multimetru


39

Lucrarea de laborator se desfăşoară la un stand organizat în jurul

unui automat programabil M221 model TM221CE16T cu 16 terminale I/O

tip tranzistor PNP produs de firma Schneider-Electric.

Automatul programabil (AP) este conectat la interfaţa om-maşină

(HMI-human machine interface) prin protocolul de comunicare Modbus

over TCP/IP. De asemenea, are conectate două module de intrari analogice:

unul cu rezoluţia de 12 biti şi celălalt cu rezoluţia de 14 biţi. Modulul de 14

biţi este utilizat la măsurarea tensiunilor mici generate de termocuplul notat

TC-HMI. În urma conversiei tensiune-temperatură, pe ecranul HMI este

afişată temperatura corespunzătoare. Ieşirea PWM a AP, prin intermediul

unui regulator PID programabil intern, este utilizată pentru comanda incintei

termice.

Studentul, prin intermediul HMI are acces la:

1. controlere: un buton de START/STOP, un controler numeric SP

pentru modificarea temperaturii din incintă,

2. indicatoare numerice care permit monitorizarea temperaturii

măsurate cu ajutorul senzorilor: Pt1000 (TS-516-LI2UPN8X-

H1141-L016), infraroşu (M18TIP8), termocuplu HMI

Ceilalţi senzori (AD590, LM35, termistor, Pt100) sunt conectaţi la

multimetre pentru măsurarea tensiunii sau rezistenţei iar termocuplul Fe-Ct

este legat la un microvoltmetru.

Elementele componente standului sunt descrise în continuare.

2.6.1. Automatul programabil Modicon M221 TM221CE16T

Automatul programabil Modicon M221 este destinat pentru controlul

maşinilor compacte simple, dimensiunile deosebit de mici ale acestora sunt

ideale pentru optimizarea dimensiunilor dulapurilor şi cutiilor de

automatizare oferind bune performanţe. M221 este cel mai complet automat

din gama Modicon necesitând instalare minimă - virtual plug&play - şi este

ideal pentru aplicatii independente.

Este conceput în structură modulară, această topologie permiţând

operatorului să beneficieze de diversele posibilităţi de interconectare oferite.

Modulele adiţionale automatului Modicon M221 sunt:

- modul de siguranţă;


40

- Tesys SoLink motor starter;

- modul de extindere a liniilor digitale şi analogice;

- Lexium servo drives.

Automatul programabil Modicon M221 (figura 2.16) beneficiaza de:

- slot pentru card SD;

- port USB;

- 2 intrari analogice;

- buton RUN/STOP:

- conectori RJ 45 pentru Ethernet şi conexiune serială;

- software pentru programare: SoMachineBasic.

Figura 2.16 Automatul programabil Modicon M221 TM221CE16T

Poate fi integrat cu uşurinţă în arhitecturile sistemului de control

pentru comandă de la distanţă şi întreţinerea maşinilor prin intermediul

aplicaţiilor pentru telefon, tableta şi PC.

Caracteristici hardware şi caracteristici speciale:

• Automatele programabile modulare M221 sunt disponibile cu 16 sau 32

I/O şi vin într-un singur format

• Intrarile şi ieşirile incorporate în automatele cu 16 canale sunt conectate la

blocuri de borne cu şurub sau arc, furnizate cu automatele.

• Sunt disponibile 2 intrari analogice la fiecare controler modular, conectate

la un conector dedicat.

• La fiecare automat M221 este disponibil un comutator de pornire/oprire,

un slot pentru card de memorie SD (card digital securizat) şi un cod QR

pentru acces direct la documentaţia sa tehnică.


41

• 3 tipuri de porturi de comunicaţie integrate: Ethernet, legatură serială RS

232/RS 485 şi port de programare USB.

• Funcţii integrate foarte importante: control PID, 4 intrari de contoare de

mare viteza (HSC), frecventa 100 kHz, ieşire PWM, generator de

impulsuri (PLS), 2 ieşiri în tren de impulsuri P/D (PTO)

• Putere de procesare: viteza de execuţie (0.2 μs/instrucţiune boolean),

program (10.000 instrucţiuni Boolean), numar de cuvinte(8000), număr de

biţi interni: 512

Programarea intuitivă a maşinii cu software-ul SoMachine Basic nu

necesită instruire deosebită şi este disponibil pentru descărcare gratuită(ex.

proiect programare AP: Anexă). Asigură toată programarea permiţând

navigarea simplă şi un proces tehnologic mai eficient. Punerea în funcţiune

este realizată cu un singur instrument.

Automatul programabil M221 are conectate şi module ce permit

extinderea numarului de I/O analogice:

1. Modulul TMC2TI2 este creat special pentru PLC Modicon M221,

fiind una dintre cele trei variante disponibile. Un mare avantaj al

acestor module este că nu măresc cotele de gabarit ale

automatului programabil şi permit rezoluţia de 14 biţi la intrarile

analogice.

a. b. c.

Figura 2.17 Module: a.TMC2TI2; b.TM3AI4G; c.schema electrică pentru TM3AI4G


42

2. Modulul TM3 AI4G permite ataşarea a patru intrări

analogice cu rezoluţia de 10 biţi

În figura 2.18 este o imagine a automatului programabil Modicon

M221 având ataşate modulele prezentate anterior şi prezente pe stand.

Figura 2.18 Controlerul Modicon M221şi modulele analogice ataşate

2.6.2. Interfaţa om-maşină (HMI) VT250

Interfaţa om-maşină (HMI - figura 2.19) dispune de un ecran tactil

cu diagonala de 5.7" de tip TFT (Resistive Touch) cu rezoluţie QVGA într-o

carcasă compactă de plastic. Dimensiunile semi-standardizate de asamblare

(212mm × 156mm × 50mm).

Operatorul interacţionează cu standul prin intermediul interfeţei

VT250-57C-L7-COM

Figura 2.19 Interfaţa om-maşină (HMI) VT250

TMC2TI2 I/O TM3 AI4G


43

VT250 permite accesul la cardul de memorie SD şi la bateria de

rezervă din afara carcasei. Memoria de program şi date este de 4MB.

Conectorul tip sub-d cu 9 pini pentru portul de fieldbus permite poziţionarea

cablului în aceeaşi direcţie ca toate celelalte cabluri, fiind bine protejat,

suportă DeviceNet, CANopen şi Profibus.. HMI-ul prezintă în partea de jos

conectorul pentru alimentarea cu 24Vdc, portul de comunicaţie ce suportă

RS232 şi RS485 şi un port USB. De asemenea are şi două porturi Ethernet

de timp real. Poate fi configurat ca master sau ca sclav. Procesorul RISC pe

32 de biţi cu frecvenţa de 200MHz oferă, pe lângă puterea de calcul

necesară comunicaţiei, şi resurse suficiente pentru software-ul de vizualizare

şi control QVIS care permite utilizatorului să creeze şi să proiecteze

interfeţe grafice utilizator, furnizând toate funcţiile unui sistem modern de

vizualizare, cum ar fi gestionarea alarmelor, gestionarea elementelor

componente, protecţia cu parolă, istorie, grafice şi simulări.

Software HMI: QVis este personalizat pentru aplicaţie dar poate fi

programat şi cu CoDeSys V3 conform IEC 61131-3

2.6.3. Sursa de energie

Alimentarea standului se face cu o tensiune de 230 V c.a. prin

intermediul unui intrerupător automat miniatural de 6A, tensiunea aplicată

unei surse în comutatie 230 Vc.a./24c.c.,1A. În acest mod se obţine

tensiunea de lucru a standului, de 24 Vc.c. În imaginea din figura se observă

blocul de alimentare, şiruri de cleme speciale pentru conectarea senzorilor.

Figura 2.20 Blocul de alimentare cu energie


44

2.6.4. Incinta termică Eldon EHG 100

Elementul de încălzire este un rezistor PTC cu autoreglare și limitare

a temperaturii. Este realizat din material plastic și profil aluminiu anodizat.

Temperatura de funcționare: -40 ° C până la + 70 °C. Capacitatea de

încălzire este pentru temperatura ambiantă de 20 °C.

Încălzitoarele cu coeficient de temperatură pozitivă (PTC) (rezistoare

specializate la care variază rezistența în funcție de temperatura lor) pot crea

rapid transferuri de căldură enorme în spații mici. Un material PTC poate fi

proiectat pentru a atinge o temperatură maximă pentru o anumită tensiune

de intrare, deoarece la un moment dat orice creștere suplimentară a

temperaturii ar fi îndeplinită cu o rezistență electrică mai mare. Spre

deosebire de încălzirea liniară de rezistență sau de materialele NTC,

materialele PTC sunt în mod inerent auto-limitative. Unele materiale au

chiar un coeficient de temperatură în creștere exponențială. Exemplu de

astfel de material este cauciucul PTC.

De fapt, aceste încălzitoare pot produce un flux instantaneu de

căldură care este cu 50% mai fierbinte decât fluxul creat de mai multe

încălzitoare convenționale cu ulei sau ceramică. Mai precis incinta termică

este, de fapt, un încălzitor împotriva condensării.

Figura 2.21 Incinta termica Eldon EHG 100 (100 W)

2.6.5. Termorezistenţa Pt100 -TS-516-LI2UPN8X-H1141-L016

Senzorul Pt100 are o rezistenţă de 100 ohmi la 0 °C şi coeficientul

de variaţie este de 0,00385 ohmi pe fiecare grad °C.

Seria TS cuprinde dispozitive compacte de prelucrare cu afişare

locală pe 4-cifre cu 7-segmente. Sunt disponibile versiuni cu corp fix


45

(TS400) sau cu posibilitate de rotire (TS500) şi cu diverse tipuri de ieşiri: în

curent şi ieşire digitală pe tranzistor PNP/NPN sau reprogramabilă ca ieşire

digitală (IO-Link). Dispozitivul de măsură (figura 2.22) are carcasă care

poate fi rotită după conectarea la proces. Citirea valorilor programate se

poate face fară accesorii adiţionale. Valorile programate sunt protejate prin

intermediul funcţiei de blocare şi a anui buton cu montare retrasă. Poate

afişa permanent unitatea de măsură a temperaturii (°C, °F, K, Ohm) şi are

memorie pentru reţinerea valorii de vârf a temperaturii. Domeniu de

măsurare a temperaturii este -50..500 °C. Senzorul Pt100 se conectează la

dispozitiv prin 4 fire. Este utilizat un sistem de patru fire pentru a compensa

eroarea care rezultă din rezistenţa cablurilor de conectare combinată cu

rezistenţă senzorului. Acest lucru asigură o precizie mai bună a măsurării.

a. diagrama de conexiuni b. imagine senzor Pt1000

Figura 2.22 Termorezistenţa Pt1000 şi semnalele de conexiune

Tehnologia, ce satisface cerinţele de măsurare precisă, se bazează pe

straturi subţiri de platină depuse pe un substrat ceramic (rezistoare cu

peliculă subţire).

2.6.6. Senzor infraroşu M18TIP8. Termometrul EXTECH 42510

Toata materia cu o temperatura peste 0 grade Kelvin emite radiaţii

infraroşii. Acestea sunt radiaţii electromagnetice într-o anumită lungimea de

Dispozitivul de

măsură

Teromorezistenţa

Pt100


46

undă pe care ochii umani nu le pot vedea. Sunt practic radiaţii termice ale

moleculelor încărcate electronic.

Senzorul în infraroşu măsoară cantitatea de radiaţii emise de o

anumită porţiune dintr-o suprafaţă. Dimensiunea porţiunii a carei

temperatură urmează să fie măsurată este importantă pentru acurateţea

măsurării. Din acest motiv, la sistemele portabile de măsurare a temperaturii

există indicatorul distanţă/suprafaţă măsurată (Distance-to-spot ratio). Cu

cât acesta este mai mare, cu atât înseamnă că termometrul este mai eficient

la o distanţă mai mare de obiectul căruia îi măsurăm temperatura.

Configuraţia optimă se obţine atunci când acest câmp este complet acoperit

de suprafaţa obiectului a cărui temperatură trebuie monitorizată. Anumite

termometre folosesc o rază laser sau diodă de lumină pentru a ghida vizual

măsuratoarea.

Designul constă, în esență, dintr-o lentilă pentru a focaliza radiația

termică infraroșie asupra unui detector, care convertește puterea radiantă

într-un semnal electric care poate fi afișat în unități de temperatură după ce

este compensată pentru temperatura ambientală. Acest lucru permite

măsurarea temperaturii la o distanță fără contact cu obiectul care trebuie

măsurat. Un termometru cu infrarosu fără contact este util pentru măsurarea

temperaturii în condițiile în care termocuplurile sau alți senzori de tip sonde

nu pot fi utilizați sau nu pot produce date exacte din mai multe motive.

În cadrul lucrării de laborator s-au utilizat :

1. Termometrul în infraroşu EXTECH 42510 (figura 2.23) având

caracteristicile:

Figura 2.23 Termometrul în infraroşu EXTECH 42510


47

- afisaj LCD iluminat, interval de masurare a temperaturii: -

50....+650°C, rezolutia optica: 12:1, acurateţea măsurării:

1%+1°C, rezolutie: 0.1C

2. Senzorul de temperatură în infrarosu M18TIP8 (figura 2.24).

având caracteristicile: raport D:S = 6:1, domeniu de măsură

ajustabil prin programare, ieşire analogică 4..20 mA, ieşiri PNP

de alarmă la 20 mA, domeniu de temperatură 0..+300°C

Figura 2.24 Senzorul de temperatură în infraroşu M18TIP8

Senzorul de temperatură în infrarosu M18TIP8 functionează numai

ca receptor. Radiaţia termică cu lungimi de undă de 8…14 μm a unui obiect

este transformată în semnal electric cu ajutorul unui element fotovoltaic şi

apoi convertită în semnal de ieşire.

Raportul D:S Diagramă de conexiuni

Figura 2.25 Caracteristici ale senzorului M18TIP8.


48

2.7. Lucrări de efectuat în laborator

a) Se vor studia o termorezistenţă Pt100 şi un termocuplu, pentru care

se vor trasa caracteristicile în domeniul 40÷70÷40°C (încălzire şi răcire) cu

o rezoluţie de 2°C folosind un ohmetru şi un voltmetru. După atingerea

temperaturii de 65°C se opreşte alimentarea cuptorului sau se înscrie la HMI

temperatura de start: 40°C. Datele obţinute se utilizează şi la interpretarea

erorilor de histerezis.

b) Pentru termorezistenţă se vor determina coeficienţii R0, α şi β prin

constrângerea funcţiei să treacă prin 3 dintre punctele de pe caracteristica

experimentală.

c) Se scot cele două traductoare din cuptor şi se lasă să se răcească.

După ce s-au răcit se vor nota indicaţiile acestora şi se introduc pe rând în

cuptor. Se vor determina constantele de timp ca durata în care traductoarele

ajung la 0,632·(tm-t0).

d) Se vor trasa de asemenea caracteristicile de temperatură pentru un

termistor (TM) şi semiconductori cu joncţiune (AD590 şi LM35), între 40°C

şi 70°C, utilizând cuptorul din laborator. Cele 3 dispozitive se introduc

simultan în cuptor. Termisitorului i se măsoară rezistenţa, circuitul AD590

se polarizează de la o sursă de 5V şi se măsoară curentul pe o rezistenţă de

10 ohmi înseriată cu acesta, iar LM35 se polarizează şi el de la aceeaşi sursă

printr-o rezistenţă de 2K, şi se măsoară tensiunea pe acesta. Se vor

determina pentru termistor coeficienţii R∞ şi B, sensibilitatea medie pe

intervalul considerat, iar pentru cele 2 circuite integrate se vor determina

sensibilităţile şi erorile de neliniaritate.

e) Pe baza rezultatelor experimentale şi a prelucrării datelor se vor

face aprecieri asupra sensibilităţii şi liniarităţii termocuplului,

termorezistenţei, termistorului şi semiconductorilor cu joncţiune.

f) pentru senzorul infraroşu se măsoară simultan cu termometrul

infraroşu, urmând să fie calculate erorile absolute şi relative

g) se realizează în excel tabelarea datelor, trasarea caracteristicilor şi

calculul erorilor pentru a fi predate împreună cu referatul de laborator.


49

2.7.1. Datele experimentale

Datele experimentale vor fi scrise în tabelul 2.4:

Tabel 2.4 Prezentare date experimentale

Nr.c

rt.

TRADUCTOARE DE TEMPERATURA

METALICI SEMICONDUCTORI NONCONTACT TC

HMI Pt100 TC

(Fe-Ct) TM cu jonctiune

IR

HMI

IR

mobil

Ω ºC μV Ω mV mV ºC ºC ºC

1

40

2

42

3

44

4

46

5

48

6

50

7

52

8

54

9

56

10

58

11

60

12

62

13

64

14

66

15

68

16

70

17

68

18

66

19

64

20

62

21

60

22

58

23

56

24

54

25

52

26

50

27

48

28

46

29

44

30

42

31

40


50

Graficele realizate vor avea pe axa OX temperatura măsurată cu

ajutorul termocuplului TC stand, citită de la HMI. Aceasta este temperatura

faţă de care se face reglarea incintei termice. Pe axa OY se regăsesc

mărimile măsurate: rezistenţa, tensiune, curent. Un exemplu de grafic se

regăseşte în figura 2.26.

Figura 2.26 Exemplu grafic: dependenţa rezistenţă termistor de temperatura stabilită

Interpretarea datelor obţinute se face pe baza caracteristicilor

obţinute şi în urma calculului erorilor de măsură prezentate în tabelul 2.5

Tabel 2.5 Prezentare erori de măsură

εabs εrelativa[%] Sensibilitatea εneliniaritate [%]

Δx = xm – x0 100

0

x

x

n

x

yS

100

minmax

max

yy

yn

vezi şi anexa A.2. Analiza

datelor experimentale

sistem senzorial pentru mĂsurarea temperaturii

Documents