Stykowe i bezstykowe metody pomiaru temperatury
Sposoby pomiaru:
Pomiar stykowy - czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy
Pomiar bezstykowy - poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetyczne-go emitowanego przez rozgrzane ciało, lub emitowanej energii przez obiekt
Pomar stykowy:
TERMOPARA
Termopara to złącze dwóch różnych metali, na którym powstaje napięcie o niewielkiej wartości - najczęściej w zakresie miliwoltów - i współczynniku temperaturowym rzędu 50 µV/°C. Za pomocą termopar można mierzyć temperaturę od -270°C do +2700°C z błędem w zakresie 0,5 - 2°C.
Termopara opiera się na zjawisku Seebecka, które polega na powstaniu siły elektromotorycznej i przepływie prądu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali w zamkniętym obwodzie termoelektrycznym.
Wartość mierzonego napięcia zależy od temperatury złączy termoelektrycznych jest ona w przybliżeniu proporcjonalna do różnicy temperatur obu złącz. Złącze odniesienia umieszcza się w stałej temperaturze i na ogół jest to 0°C. Wykorzystuje się do tego kąpiele lodowe lub niewielkie pudełka ze stałą temperaturą wnętrza.
Zalety termopar:
- prostota i niskie koszty wykonania
- brak zewnętrznego zasilania
- niewielkie rozmiary urządzenia
- duża niezawodność
TERMISTOR
Termistor jest elementem półprzewodnikowym, którego rezystancja zależy od temperatury. Zmiana wartości rezystancji może nastąpić na skutek wzrostu temperatury otoczenia termistora lub wydzielanego w nim ciepła. Termistory nadają się bardzo dobrze do pomiaru temperatury oraz do sterowania jej zmianami w zakresie od -50°C do +300°C z błędem nieprzekraczającym 0,1 do 0,2°C.
Rozróżniamy termistory o:
Ujemnym współczynniku temperaturowym rezystancji NTC
Dodatnim współczynniku temperaturowym PTC
Skokowej zmianie rezystancji CTR
Termistory znalazły zastosowanie w elektronice:
- jako ograniczniki natężenia prądu oraz czujniki temperatury
- elementy kompensujące wartości innych elementów
TERMOREZYSTOR
Termorezystor metalowy stanowi uzwojenie wykonane z metalu (niklu, platyny, miedzi) nawinięte na kształtkę z materiału izolacyjnego. Działanie jego polega na zmianie rezystancji przewodnika pod wpływem zmiany temperatury. Powstałe w ten sposób zmiany rezystancji są mierzone i stanowią miarę temperatury.
Wartość rezystancji termorezystorów jest równa najczęściej 100 Ω, rzadziej 1000 Ω.Inne mniejsze wartości stosowane są między innymi do pomiarów laboratoryjnych. Ważnym parametrem jest dopuszczalny prąd płynący przez termorezystor, gdyż powoduje on wzrost temperatury a tym samym wzrost błędu pomiarowego. W większości przypadków termorezystorów drutowych dopuszczalny prąd nie przekracza 5-10 mA, w termorezystorach cienkowarstwowych nie przekracza 1mA.
Termorezystory znalazły ogromne zastosowanie w przemyśle dzięki wysokiej temperaturze topnienia, oraz ogromnym zakresie pomiarowym od około -200°C do 3000°C.
Pomiar bezstykowy:
PIROMETR
Pirometry należą do grupy bezstykowych przyrządów do pomiaru temperatury. Umożliwiają one pomiar temperatury powierzchni ciał wykorzystując ich promieniowanie temperaturowe.
Pomiar odbywa się w sposób bezstykowy, zatem istniejące pole temperaturowe nie ulega zakłóceniu. Zakres promieniowania temperaturowego, mającego największe znaczenie w pirometrii zawiera się w granicach 0,4-20 μm, a więc leży w zakresie promieniowania widzialnego i podczerwonego.
Zależnie od wykorzystywanego zakresu długości fal promieniowania temperaturowego, pirometry dzieli się na:
- pirometry całkowitego promieniowania, zwane pirometrami radiacyjnymi,
- pirometry pasmowe, wykorzystujące pewne pasmo wysyłanego promieniowania, będące najczęściej pirometrami fotoelektrycznymi,
- pirometry monochromatyczne, pracujące przy jednej długości fali, z detektorem fotoelektrycznym lub z okiem ludzkim jako detektorem w układzie porownawczym (pirometry luminancyjne lub z zanikającym włóknem),
- pirometry dwubarwowe (stosunkowe), w których natężenie promieniowania wysyłanego w dwóch rożnych długościach fal jest porównywane detektorami fotoelektrycznymi lub okiem ludzkim.
Jeśli na drodze promieniowania znajduje się materiał to zachodzą w nim zjawiska:
Absorpcji - polegającej na pochłanianiu energii i zamianie jej na ciepło powodujące podwyższenie temperatury ciała,
Refleksji - polegającej na odbiciu promieniowania od powierzchni oraz od struktur wewnętrznych ciała, w taki sposób, że promieniowanie zmienia swój kierunek i rozprasza się w otoczeniu. Pirometr dzięki swej budowie może mierzyć temperaturę bez względu na stan skupienia badanego ciała, zaletą jest mały błąd pomiaru oraz pomiary wysokich temperatur,
Przenikania - kiedy promieniowanie przechodzi przez ciało nie zmieniając kierunku.