Traductor de Temperatura Cu Termorezistenta

Click here to load reader

download Traductor de Temperatura Cu Termorezistenta

of 17

  • date post

    20-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    41
  • download

    0

Embed Size (px)

description

AUTOMATICA

Transcript of Traductor de Temperatura Cu Termorezistenta

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE

Traductoarele de temperatur cu termorezisten i bazeaz funcionarea pe proprietatea metalelor (materiale conductoare) de a produce o sarcin electric spontan ca rezultat al modificrii brute a temperaturii (efectul piro-electric). S-au folosit mai ales informaii legate de rezistivitate, inversul conductibilitii, rezultnd dezvoltarea traductoarelor de temperatur cu termorezisten. Fiecare metal are o rezistivitate specific ce poate fi determinat experimental. Aceast rezisten (R) este direct proporional cu lungimea firului (l) i invers proporional cu aria seciunii transversale (S). n cazul unui conductor omogen formula este:

R=

(1)

unde ( =constanta de proporionalitate sau rezistivitatea materialului.

Elementele sensibile rezistive i bazeaz funcionarea pe proprietatea unor materiale (metale, aliaje, oxizi metalici) de a-i modifica rezistena electrica n funcie de temperatura mediului de lucru n care sunt introduse. Variaiile de rezisten electric sunt preluate de ctre un adaptor, care le convertete n semnal electric de ieire.Traductoarele de temperatur cu termorezisten sunt realizate din metale a cror rezisten crete cu temperatura. Pentru o variaie mic de temperatur rezistivitatea crete liniar cu temperatura:

(t=(0[1+((t-t0)](2)

unde (t = rezistivitatea la temperatura t;

(0 = rezistivitatea la temperatura t0;

(=coeficient de temperatur al termorezistenei ((C-1).

Msurarea temperaturii este esenial n industrie. Aceast sarcin revine traductoarelor de temperatur cu termorezistene care sunt disponibile n configuraii variate, att n medii normale (de laborator), ct i n medii cu pericol ridicat de explozie. Combinnd ecuaiile (1) i (2), n condiiile n care t0 este temperatura la 0(C i punnd rezultatul sub forma y=mx+b, rezult clar c rezistena variaz liniar cu temperatura:

=1+(t (3)

Cele mai rspndite termorezistene n aplicaiile industriale se obin prin bobinarea antiinductiv, pe un suport izolant, rezistent la temperatur; elementul sensibil astfel obinut se introduce n teci de protecie, prevzute cu dispozitive de prindere i cutii de borne. Pentru fabricarea termorezistenelor se folosete ca suport izolant textolitul, mica sau ceramica. Pe suportul respectiv se bobineaz neinductiv un fir metalic. Metalele utilizate permit prelucrarea la un diametru foarte mic i o bun stabilitate n timp sub influena temperaturii ridicate i agenilor chimici. Teaca de protecie este destinat pentru a proteja elementul sensibil i firele conductoare de legtur de aciunea duntoare a mediului. Se poate executa din diferite materiale. Materialul tecilor de protecie este condiionat pe lng domeniul de temperatur i natura fluidului a crui temperatur o msoar. Comportarea n timp a tecilor de protecie este influenat puternic de factorii locali activi.

Pentru exprimarea i compararea proprietilor termice ale materialelor folosite la confecionarea elementelor sensibile se utilizeaz coeficientul de temperatur (0100 , definit pe intervalul 0(C100(C prin relaia:

(0100

sau raportul W100 al rezistenelor:

W100=

unde R0,R100 reprezint rezistenele firului la 0(C, respectiv la 100(C.

S-a observat experimental c (0100 este cu att mai mare cu ct puritatea metalului utilizat este mai ridicat, crescnd de asemenea odat cu nlturare tensiunilor mecanice ale firului rezistiv.

Alte caracteristici care permit compararea termorezistenelor ntre ele sunt urmtoarele:

materialul din care este confecionat elementul sensibil(platin, cupru, nichel, mai rar wolfram si molibden);

valoarea rezistenei la 0(C (R0) i eroarea sa tolerat (se construiesc termorezistene de 100((0.1%, 100((0.2%, 50((0.1%, 50((0.2% , mai rar 46((0.1% i 53((0.1%);

constanta de timp (se disting termorezistene cu constant de timp mic T(15s, medie 15s(T(90s i mare T(90s);

intervalul de msurare, n funcie de care exist termorezistene de joas temperatur (-200(C+650(C/+850(C);

gradul de protecie mecanic, climatic, antiexploziv, anticorosiv; clasa de precizie delimitat prin eroarea tolerat admis raportului W100 (clasa nti (0,0005, clasa a doua (0,001, clasa a doua (0,002).Teoretic orice metal poate fi folosit la msurarea temperaturii. Metalul ales trebuie s aib un grad nalt de sensibilitate i abilitatea de a reduce efectele corosive. Materialul care ndeplinete aceste cerine cel mai bine este platina i astfel ea a devenit elementul sensibil ales n termorezistene. Printre caracteristicile sale se numr de asemenea stabilitatea chimic, disponibilitate n form pur i proprietile electrice care sunt foarte bine redate.

Pentru proprietile sale(punct de topire ridicat , 1772(C, rezistena la medii oxidante, reproductibilitatea foarte bun a valorii rezistenei electrice pentru orice temperatur din domeniul de utilizare ), platina este metalul cel mai utilizat n realizarea termorezistenelor pentru aplicaii industriale. Se realizeaz termorezistene etalon din platin pentru reproducerea scrii de temperatur.

Alte materiale folosite sunt: Cuprul permite realizarea unei bune reproductibiliti deoarece se poate obine cu puritate naintat pe cale electrolitic, termorezistenele tehnice se utilizeaz n domeniul -50(C+180(C, ntruct peste +180(C apare fenomenul de oxidare, producnd alterarea ireversibil a proprietilor de reproductibilitate.

Nichelul are o bun sensibilitate i liniaritate, dar termorezistenele tehnice se utilizeaz n domeniul -60(C+180(C datorit apariiei fenomenului de oxidare la temperaturi ridicate.

Wolframul prezint o bun liniaritate i o rezisten, astfel c se confecioneaz termorezistene din fire de diametru mic (1015m), utilizate pe domeniul 0(C+600(C; wolframul este folosit cu predilecie fr teac de protecie, n medii gazoase cu viteze mari de curgere, sub form de elemente sensibile cu fire calde.

n mod uzual pe acelai suport izolant se realizeaz unu sau dou elemente sensibile; pentru protecia la agresivitatea mediului de lucru, tecile de protecie pentru termorezistene se confecioneaz din:

cupru (indicate pentru msurarea temperaturilor joase),

oel de construcie OLT 45 (recomandate pentru temperaturi pozitive n medii neutre),

oel inoxidabil (indicate la temperaturi pozitive n medii oxidante sau reductoare).

n funcie de forma i dimensiunile tecii de protecie, ca i de restriciile mediului n care se face msurarea, se poate face o clasificare a termorezistenelor n:

termorezistene subminiatur,

termorezistene miniatur,

termorezistene rapide,

termorezistene normale,

termorezistene cu cot,

termorezistene pentru presiuni nalte,

termorezistene multiteac, termorezistene pentru suprafee plane.Structura general a traductorului este urmtoarea:

Unde:

ES este elementul sensibil,

CC este circuitul de condiionare,

CAN este Convertorul Analog Numeric,

SAE este sursa auxiliar de energie,

ICA este interfaa de comunicare si afiare.

CAPITOLUL 2. ELEMENTUL SENSIBIL

Elementul sensibil ales este platina Pt100. Termorezistenele de platin sunt fcute din platin de clas IEC/DIN sau platin cu clas de referin. Diferena const n puritatea platinei folosite. Din clasa IEC/DIN standard face parte platina pur care e intenionat contaminat cu alte particule de platin cu un anumit grad de impuritate. Platina din clasa de referin are puritate a de 99,99%. Ambele probe vor msura 100( la 0(C, dar la 100(C platina din clasa DIN va arta 139,02(.

Comitetele internaionale au stabilit curbele de dezvoltare standard pentru traductoarele cu termorezisten. S-au stabilit de asemenea coeficienii de temperatur ntre 0(C i 100(C. Rezolvnd ecuaia (3):

(=(R100-R0)/ R0t (4)

Pentru curba european (IEC/DIN): (=0.00385 ((C-1)

Pentru platina din clasa de referin: (=0.003926 ((C-1)

Relaia dintre rezisten i temperatur poate fi aproximat de ecuaia lui Callendar-Van Dusen, care poate fi simplificat i adus la urmtoarea form:

Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3] (5)

Rt(R0(1+At+Bt2) (6)

Callendar-Van Dusen a rezolvat problema innd cont de dou puncte suplimentare: punctul de fierbere a apei (100(C) i punctul triplu al zincului (419.58(C).

Coeficienii A,B,C depind de firul de platin i de puritatea lui. n conformitate cu IEC 751-2 (ITS 90) se cunosc:

A=3.9083*10-3((C-1)

B=-5.775*10-7((C-2)

C=-4.183*10-12((C-4)

Relaiile de mai sus se folosesc n operaiile de etalonare efectuate n laboratoarele metrologice autorizate; pentru aplicaiile industriale se utilizeaz caracteristica static tabelat, care precizeaz valoarea rezistenei termorezistenei, din (C n (C sau din 10(C n 10(C, pe domeniul maxim de utilizare a acesteia.

n mod uzual domeniul de lucru al termorezistenelor de platin este de

-200(C+650(C, iar n construcii speciale poate fi extins pn la 850(C.

Spre temperaturi nalte apare fenomenul de volatilizare, care este contracarat prin folosirea unei srme din platin cu diametru mare (diametrul firului este tipic 0.05mm, dar poate ajunge pn la 0.5mm atunci cnd se dorete extensia limitei superioare a domeniului de utilizare).

Folosirea termorezistenelor din platin fr teac de protecie, impus de necesitatea obinerii unei constante de timp foarte mici, trebuie fcut cu precauie mai ales n medii gazoase, deoarece n contact cu amestecurile combustibile platina devine catalizator accelernd procesul de ardere, consecina fiind eronarea temperaturii msurate.

Deoarece de la cutia de borne pn la adaptor rezistena termorezistenei este adus prin intermediul unui cablu, care introduce suplimentar o rezisten de linie, este indicat ca valoarea nominal R0 s fie ct mai mare; aa se explic utilizarea predilect a termorezistenelor cu R0=100(, existnd chiar realizri industriale de 5