www.referate.ro-masurarea temperaturii 9c9cf

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.



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



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.



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



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.



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.



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

www.referate.ro-masurarea temperaturii 9c9cf

Documents