|
W ogólnym przypadku przyrządy do pomiaru temperatury można podzielić na:
• stykowe, tj. gdy termometr ma bezpośredni kontakt z obiektem,
• bezstykowe.
Na rysunku poniżej, przedstawione zostały przybliżone zakresy temperatur mierzonych przez poszczególne rodzaje przyrządów.
Niżej opisano ich podstawowe właściwości.
Rys. Przybliżone typowe zakresy temperatur mierzonych przez poszczególne rodzaje termometrów:
gdzie:
1 – rozszerzalnościowe,
2 – bimetalowe,
3 – cieczowe,
4 – ciekłokrystaliczne,
5 – ultradźwiękowe,
6 – szumowe,
7 – światłowodowe,
8 – termoelektryczne (termoelementy),
9 – rezystancyjne,
10 – termistorowe oraz pirometrów:
11 – dwubarwowe,
12 – radiacyjne, fotoelektryczne, dwu i wielopasmowe, z zanikającym włóknem, kamery termowizyjne.
Termometry rozszerzalnościowe [1], bimetalowe [ 2], cieczowe [3] oraz ciekłokrystaliczne [4] należą do grupy termometrów nieelektrycznych.
W termometrach ultradźwiękowych [5] wykorzystuje się zależność prędkości rozchodzenia się fal dźwiękowych od temperatury obiektu (ośrodka przewodzącego).
Czujnikiem temperatury w termometrze szumowym [6] jest rezystor, a sygnałem pomiarowym napięcie lub prąd szumu cieplnego tego rezystora. Mierząc napięcie szumu cieplnego oraz korzystając z odpowiednich wzorów, można mierzyć temperaturę w skali Kelwina. Termometr szumowy jest tzw. termometrem pierwotnym, to znaczy termometrem o sygnale wyjściowym proporcjonalnym do temperatury bezwzględnej i niewymagającym wzorcowania. Termometria szumowa nie jest jeszcze stosowana powszechnie, mając jedynie zastosowanie w pomiarach laboratoryjnych. Wynika to między innymi z problemów, które należy rozwiązać przy projektowaniu termometru szumowego.
Najważniejsze z nich dotyczą:
• niskiego poziomu sygnału użytecznego,
• zapewnienia odporności na zakłócenia,
• selekcji niskoszumowych aktywnych i pasywnych elementów elektronicznych.
Zasada działania termometru światłowodowego [7] oparta jest na zależności współczynnika pochłaniania (niekiedy odbicia) materiału półprzewodnika od jego temperatury i długości fali padającego promieniowania.
Połączone na jednym końcu dwa różne materiały takie jak:
• czyste metale,
• stopy metali,
• lub niemetale wraz z odpowiednią osłoną.
tworzą termometr termoelektryczny zwany także termoelementem [8]. Przewody tworzące termoelement to termoelektrody. Miejsce ich łączenia tworzy spoinę pomiarową. Do przedłużenia termoelementu służą przewody kompensacyjne. Na ich zakończeniu, zwanym końcami wolnymi lub zimnymi, powstaje siła elektromotoryczna. Jest to podstawowy parametr termoelementu, który decyduje o jego czułości, gdyż określa nachylenie jego charakterystyki. Współczynnik ten zmienia się w funkcji temperatury.
Międzynarodowa norma IEC 584, której odpowiada Polska Norma PN-EN 60584 z 1997 roku określa typy termoelementów o znormalizowanych charakterystykach termometrycznych.
Termometr rezystancyjny [9] składa się z metalowego uzwojenia lub warstwy rezystancyjnej, zmieniających swą rezystancję w funkcji temperatury mierzonej, umieszczonych na kształtce z materiału izolacyjnego. Rezystancja znamionowa rezystora termometrycznego jest to rezystancja w temperaturze 0ºC. Do pomiarów technicznych najczęściej są stosowane rezystory o rezystancji znamionowej 100Ω. Mniejsze wartości rezystancji znamionowej zazwyczaj 10Ω i 25Ω, przyjęto dla platynowych rezystorów kontrolnych, stosowanych do sprawdzania rezystorów termometrycznych oraz dla platynowych rezystorów dużej dokładności, stosowanych w laboratoriach. Niekiedy stosowane są także rezystory o rezystancji znamionowej 500Ω oraz 1000Ω. Polskie Normy ustalają typy rezystorów o znormalizowanych charakterystykach termometrycznych. W układzie pomiarowym rezystory termometryczne są zasilane prądem, który nie powinien przekroczyć pewnej granicznej wartości, w praktyce 5 ÷ 10 mA, gdyż w przeciwnym przypadku efekt samopodgrzewania rezystora może doprowadzić do znacznych błędów pomiarowych.
Termometry termistorowe [10] są to rezystory półprzewodnikowe o dużym współczynniku zmian rezystancji z temperaturą. Nazwa „termistor” jest skrótem wyrażenia „thermal resistor”. Do pomiarów temperatury są stosowane prawie wyłącznie termistory o ujemnym cieplnym współczynniku zmian rezystancji – NTC (ang. Negative Temperature Coeffcient). Termistory o dodatnim cieplnym współczynniku zmian rezystancji – PTC (ang. Positive Temperature Coeffcient) są używane raczej do sygnalizacji przekroczenia określonej temperatury.
Istota pomiarów pirometrycznych [11, 12] jest bardzo zbliżona do pomiarów termowizyjnych, dlatego tę problematykę omówiono nieco szerzej w kolejnych rozdziałach.
Materiał został opracowany na podstawie monografii:
Minkina W.: „Pomiary termowizyjne – przyrządy i metody”
Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, ISBN 83-7193-237-5,
243 str. |
|
Termowizja & Termografia
