Upload
vothuan
View
225
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Temperaturgivare
Värmetransport på 3 sätt:
* Värmeledning* Konvektion* Strålning
Typer av givare för temperatur:
* Beröringstyp (värmetransport via värmeledning)* Beröringsfri typ (värmetransport via strålning)
Temperaturgivare
Givare av beröringstyp
* Termoelement* Motståndstermometrar (Pt-100)* Halvledartermometrar (termistorer) - NTC (Negative Temperature Coefficient) - PTC (Positive Temperature Coefficient)
Beröringsfria givare
* Strålningspyrometrar - Totalstrålningspyrometer - Delstrålningspyrometer
Temperaturgivare
Termoelement* Mätområde –200 oC - 2000 oC* Relativ temperaturmätning* Bygger på den s.k. Seebeck-effekten (u. 1821)* Två ihoplödade metaller/legeringar i vilka en elektrisk spänning uppkommer pga olika temperaturer vid lödställena
Thomas Johan Seebeck
Temperaturgivare
Termoelement
där SA och SB är de s.k. Seebeck-koefficienterna förmetallerna A och B.
Temperaturgivare
Seebeck-koefficienterna beror egentligen av temperaturen.- Här är en härledning av den approximation som gjorts:
Temperaturgivare
Linjär approximation av Ttip:
Polynomapproximation av TTip:
Temperaturgivare Tabell över Seebeck-koefficienter
(Enhet: μV/oC, Referenstemperatur: 0 oC)
Material Seebeckkoefficient Material Seebeckkoefficient
Aluminium 3.5 Kromnickel 25
Antimon 47 Nickel -15
Vismut 72 Platina 0
Kadmium 7.5 Kalium -9.0
Kol 3.0 Rhodium 6.0
Konstantan -35 Selen 900
Koppar 6.5 Kisel 440
Germanium 300 Silver 6.5
Guld 6.5 Natrium -2.0
Järn 19 Tantal 6.5
Bly 4.0 Tellur 500
Kvicksilver 0.60 Wolfram 7.5
Temperaturgivare
Standardtyper av termoelement
Typ Par Seebeck-koeff. (µV/K)
E Chromel-Konstantan 60
J Järn-Konstantan 51
T Koppar-Konstantan 40
K Chromel-Alumel 40
N Nicrosil-Nisil 38
S Pt (10% Rh)-Pt 11
B Pt(30% Rh)-Pt(6% Rh) 8
R Pt(13 % Rh)-Pt 12
Temperaturgivare
Toleranser för olika typer av termoelement
http://www.thermometricscorp.com/thertypk.html
Temperaturgivare
Termoelements sammansättning, märkning m.m.
http://www.thermometricscorp.com/thertypk.html
Temperaturgivare
Temperaturkurvor för olika typer av termoelement
http://www.thermometricscorp.com/thertypk.html
Temperaturgivare
Skyddskapslade termoelement
Isolerad mätpunkt
Den säkraste konstruktionen som är att föredra i de allra flesta fall. Man kan t ex utan hinder använda givaren för differensmätningar, slipper problemet med jordströmmar och vinner mekanisk hållfasthet.
Jordad mätpunkt
Trådarna svetsas fast i förslutningen. Ger något kortare svarstid. Mantel, isolering och termoelementtrådar har olika värmeutvidgning. Snabba och stora temperaturförändringar kan leda till att trådarna lossnar från spetsen.
Exponerad mätpunkt
Mätpunkten ligger utanför manteln och röret tätas med t ex glasmassa. Styrkan är kortast möjliga svarstid. Men på samma gång tar man bort flera av det slutna manteltermoelementets fördelar som hög temperatur-tålighet.
Exponerad mätpunkt rekommenderas endast när kort svarstid ligger absolut högst på kravlistan.
Temperaturgivare
Termoelement med bryggkompensering* Brygga med NTC-termistor och korrektionsspänning för att kompensera för temperaturvariationer hos det kalla lödstället
Temperaturgivare
Motståndstermometrar* Mätområde: –260 oC - +1200 oC* Större noggrannhet än hos termoelement* Baseras på resistivitetens temperaturboeroende - Ökande resistivitet med ökad temperatur (PTC)* Vanligast använda metallerna: Platina, nickel, koppar
Temperaturgivare
Resistivitetens temperaturberoendehos nickel och platina
Temperaturgivare
Motståndstermometrar
* Temperaturberoende:
* Tabell för koefficienter för Pt och Ni:
Material a [/oC] b [(/oC)2] α [/oC](0-100oC)
Pt (0-600oC) +3.911.10-3 – 0.588.10-6 +3.85.10-3
Ni (0-200oC) +5.43.10-3 +7.85.10-6 +6.17.10-3
(linjär approximation)
(polynomapproximation av grad 2)
Temperaturgivare
Vanligaste typen av motståndstermometer:
Pt-100 (Platina, 100 Ω vid 0oC)
Kapslad
Okapslad
Temperaturgivare
Problem vid mätning med Pt-100* Temperaturberoende ledningsresistanser ==> Kompensering med flera ledare
Grundkoppling (brygga) Tvåtrådskoppling
Tretrådskoppling Fyrtrådskoppling (med konstant strömkälla)
Temperaturgivare
Annan variant av fyrtrådsmätning(2- och 3-tråds också med för lättare jämförelse):
2-tråds 3-tråds
4-tråds
Temperaturgivare
OP-förstärkare i differentialkoppling
Temperaturgivare
OP-förstärkare i bryggkoppling med Pt-100
Temperaturgivare
Termistorer (halvledartermometrar) * PTC (Positive Temperature Coefficient)
* NTC (Negative Temperature Coefficient)
Temperaturgivare
Två typer av PTC-termistorer
1. Sensor: Kiselresistor med ganskalinjär temperaturkarakteristik även kallad ”silistor” eller LPTC.
2. Switch: Switchande PTC-termistormed kraftigt olinjär temperaturkarakteristik.Dopat polykristallint keramikmaterial somanvänds som strömskydd/temperaturskydd för olika utrustningar.
Temperaturgivare
”Linjär” PTC (LPTC)
AM-LPT2000
AM-LPT1600
AM-LPT1000
AM-LPT600
25oC
Temperaturgivare
LPTC (”Linjär” PTC)* Arbetsområde -50 oC - +150 oC
Temperaturgivare
NTC-termistorer
Utgångspunkt (referens) 25 oC = 298 K
Temperaturgivare
”Linjärisering” av NTC-termistorgenom spänningsdelning
Temperaturgivare
NTC-termistor - ”linjärisering”
0.0
0.5
1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0t
”Mest linjär” i inflektionspunkten (2:a derivatan = 0)
Temperaturgivare
NTC-termistorer* Mätningar i intervallet 0 < T < 573 [K]* R25 från 1 Ω till 1 MΩ* Små dimensioner ger snabb respons (liten tidskonstant)* Hög förstärkning (som dock minskas vid linjärisering)* Möjlighet till hög resistans minskar inverkan av ledarresistanser
Temperaturgivare
Optisk pyrometer* Justering av lampans ström tills samma intensitet som hos temp.källan
Temperaturgivare
Strålningspyrometer
Temperaturgivare
Totaltrålningspyrometer
* Bygger på Stefan-Boltzmanns lag
där T är temperatur i K, A arean och P(T) är totala utstrålade effekten. Emissiviteten ε är 1 för en perfekt svartkropp. Koefficienten σ (Stefan-Boltzmanns konstant) ges av
Temperaturgivare
Selektiv strålningspyrometer
* Bygger på Plancks strålningslag: Spektralradiansen ges av (enhet: W/m3/sr där sr=steradian (rymdvinkel)):
kB = Boltzmanns konstant, h = Plancks konstant, λ = våglängd, ν = frekvens
Temperaturgivare
Pyrometrar* Exempel på olika utformningar