Unitatea de nvare nr.11:Masurarea marimilor termice pe cale electrica. Termometre cu

termocuplu cu resistenta si de radiatie.

Cuprins:11.1 Msurarea temperaturii. Principii generale11.2 Traductoare termoelectrice11.3 Traductoare termorezistive11.4. Instrumente de msurare a temperaturii. Aplicaii n domeniul naval11.1 Msurarea temperaturii. Principii generaleFenomenul termoelectric, pe baza cruia funcioneaz traductoarele termoelectrice,

numite adesea termocupluri va fi descris n legtur cu figura 1.

Fig.1

Dac dou conductoare sau semiconductoare din materiale diferite sunt reunite aacum se indic n fig.1 i dac temperatura locului lor de contact este 1 (captul cald), atuncintre capetele libere (capete reci) aflate la temperatura 2 apare o t.e.m. 21 ffE

Meninnd .,ct2 apare posibilitatea msurrii temperaturii deoarece: 1FE ntre capetele reci se dispune un alt traductor, de obicei magnetoelectric. Deoarece n

acest fel vin din nou n contact conductoare din materiale diferite, pot lua natere - n modnedorit t.e.m. Pentru a evita aceast situaie, circuitul interior termocuplului se menine laaceeai temperatur 2 .

Transformarea curentului alternativ n cldur are loc prin intermediul firuluinclzitor metalic prin care trece acest curent. Cantitatea de cldur degajat ntr-o perioad Ta curentului alternativ este:

T0 2ff dtiRQn care Rf este rezistena firului nclzitor.

Datorit ineriei termice a firului nclzitor temperat, natura sa rmne practicneschimbat de-a lungul unei perioade T a curentului alternativ i. Neglijnd cldura transmisprin radiaie, cldura transmis prin conducie i convecie captului cald al termocupluluieste ntr-o perioad:

TScQ 210 unde c reprezint coeficientul de transmisie a cldurii, S suprafaa prin care se transmitecldura.

n regimul permanent 0f QQ , astfel nct:

ScIRdtiT

1Sc

R 2fT0

2f21

n care I este valoarea efectiv a curentului alternativ, care trece prin firul nclzitor.Admind c termocuplul este caracterizat printr-o ecuaie liniar, rezult:

ScIRKKE2

f21

unde K este un coeficient, care depinde de materialele ce alctuiesc termocuplul. Expresia demai sus reprezint ecuaia termocuplului. Sub aspect constructiv se disting mai multe feluride convertoare termoelectrice (fig.2)

a) b)Fig.2

a) termocuplu cu legtur direct;b) termocuplu cu legtur indirect (fr contact)

n figura 2.a. este prezentat un termocuplu cu legtur direct cu firul nclzitor.ntruct un astfel de contact nu este riguros punctiform, el prezint asimetrii fa de sensul detrecere al curentului electric. n figura 2.b. se prezint un termocuplu care primete cldura dela firul nclzitor prin intermediul unei piese de ceramic. La curenii mici I sensibilitateaconvertorului termoelectric se poate mri legnd n serie mai multe termocupluri.

11.2 Traductoare termoelectriceSchema prezentat n figura 2 nu se utilizeaz la msurarea temperaturii, deoarece

electrozii termocuplelor se realizeaz adeseori din materiale scumpe, iar conductoarele delegtur spre aparatele de msur necesit o cantitate mare de material. Din acest motiv, seprefer schema din figura 3 n care conductoarele de legtur sunt termoidentice cu electroziitermocuplului, cu alte cuvinte, ntre ele i electrozi nu apar t.e.m.

Fig.3

Materialele electrozilor termocuplurilor trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:s asigure t.t.e.m. ct mai mare,

s aib proprieti neschimbate timp ndelungat, s reziste chimic i mecanic la temperaturi nalte s prezinte conductivitate electric mare.

Se utilizeaz perechile de materiale: platin-aliaj platin; platin-rhodin, cromel (90%Ni, 10% Cr) - alumel (95% Ni, 5% Al).

T.e.m. depinde de obicei neliniar fa de temperatur:32

e CBAU n care, reprezint diferena de temperatur dintre captul cald i capetele reci aletermocuplului.

Mare parte a erorilor de msurare ale traductoarelor termoelectrice se datorescinconstanei temperaturii capetelor reci, mai ales la msurrile industriale.

Pentru nlturarea acestor erori, capetele reci se introduc n termostate, n incintengropate n pmnt sau izolate termic. n afar de acestea, eroarea se compenseaz prinscheme electrice adecvate, introducndu-se corecii dependente de temperatura mediului ncare sunt capetele reci.

La montarea i exploatarea traductoarelor termoelectrice se va ine seama de faptul ceroarea de msurare depinde de schimbul de cldur dintre traductor i mediu, construciatraductorului i locul instalrii lui. Principalul dezavantaj al traductoarelor termoelectrice lconstituie ineria lor mare, constanta de timp fiind de ordinul (10-1 10-2)s.

11.3 Traductoare termorezistiveTermorezistenele sunt conductoare sau semiconductoare conectate n circuite electrice

i aflate n contact termic cu mediul nconjurtor.Materialele termorezistoarelor trebuie s corespund din urmtoarele puncte de

vedere: s aib un coeficient de variaie al rezistenei fa de temperatur mare n

valoare absolut, s fie stabile chimic fa de aciunile mediului nconjurtor, s prezinte refractabilitate i rigiditate ridicate, s aib rezistivitate mare.

Adeseori, se utilizeaz termorezistoare realizate din metale pure: cupru, platin, nichel.La rezistoarele de Cu dependena rezistenei de temperatur este liniar. 1RR 0

n care C/1103,4 3 reprezint coeficientul de variaie al rezistenei fa de temperatur, - temperatura, iar R0 rezistena la 0C. Dac rezistena R0 este necunoscut, atunci seutilizeaz relaia:

121

/1/1RR

unde C234/1 , R2 este rezistena la temperatura 2 , iar R1 rezistena la temperatura 1 .Pentru determinarea lui R trebuie s se cunoasc R1 la o temperatur oarecare 1 .

Platina permite temperaturi pn la 1200C fr pericol de oxidare sau topire. Ecuaiatermorezistoarelor de platin este neliniar fiind ntre (0-660)C. 20 BA1RR

iar ntre (-180 - 0)C: 320 100CBA1RR n care R0 este rezistena la 0C, iar A, B, C sunt constante. Pentru temperaturi mai mici de -180C i mai mari de 660C, ecuaia fR este dat tabelar.

Nichelul se poate folosi pn la (250-300)C; la temperaturi mai nalte dependena fR este neunivoc. ntre (0-100)C este valabil ecuaia C/1105HBtHSN2e 3a

Termorezistoarele realizate din semiconductoare se numesc termistoare. Ecuaiatermistoarelor este:

00T T

1T1expRR

n care R0 reprezint rezistena la temperatura absolut T0 iar un coeficient de variaie alrezistenei termistoarelor fa de temperatur depinde pronunat de temperatur:

0IT

fiind negativ (rezistena termistoarelor scade atunci cnd temperatura crete). Avndrezistivitate mare, termistoarele se pot realiza de dimensiuni mici (volum de ordinul mm3),prin urmare cu inerie mic. Termistoarele se utilizeaz n gama -70 200C. n figura 4 sereprezint dependena rezistenei cu temperatura la o termorezisten metalic i la untraductor de temperatur cu termistor (megatermistor NTR).

Fig. 4

11.4. Instrumente de msurare a temperaturii. Aplicaii n domeniul navalPentru citirea continu a temperaturii apei de rcire a motorului principal al navei,

firma AUTRONICA A.S. din Norvegia, a realizat instrumentul MG-6, a crei schemelectric este prezentat n figura 5.

Instrumentul const dintr-o punte de msurare pentru citirea continu a temperaturiisau presiunii. Partea electronic principal este alctuit din: stabilizatorul de tensiune (24Vc.c. la 15V c.c.) i amplificatorul cu nalt rezisten de intrare i rezistori de msurare, Deasemenea, partea electronic principal mai conine un poteniometru pentru reglarea deflexieide la 0 la 100%, ct i pentru reglarea rezistenei cablului pentru senzorii Pt-100.

Amplificatorul convertete variaia de semna1 de la senzori ntr-un curent de la 0-1mA care alimenteaz o bobin mobil.

Senzorii de platin (Pt-100/C) influeneaz citirile, datorit variaiei rezistenei(circa 0,39/C).

De aceea, poteniometrul R1 trebuie reglat dup instalare. Aceasta se poate face prinpunerea senzorului ntr-un amestec de ap i cristale fine de ghea. Amestecul i senzorul vorsta mpreun 15 min. pentru a permite stabilizarea. Apoi, este posibil s se reglezepoteniometrul R1 pn ce instrumentul indic 0C.

Relativ la precizia de msurare, puntea permite citiri cu erori de 1%, la variaii aletensiunii de alimentare de 10-15%.

Fig.5