TERMOMETRE

Sesizarea temperaturii se poate face prin:

? contact cu obiectul
? fara contact.

Sesizarea prin contact a temperaturii se face cu:

? Termocuplul

? Termorezistenta (RTD, Resistance Temperature Detector)

? Termistorul

? Dispozitive semiconductoare

Sesizarea fara contact a temperaturii se face prin masurarea energiei undelor electromagnetice emise de corpurile solide sau lichide, de obicei radiatia infrarosie (IR).

Avantajele Termocuplelor
            ? Lucreza la temperaturi mari
            ? Robuste
            ? Pot sa raspunda repede

Avantajele RTD
        ? Domeniu larg de temperaturi
        ? Repeatabilitate si stabilitate
        ? Liniaritate
        ? Costuri mici de interconectare

Avantajele Termistoarelor
            ? Pret mic
            ? Rezistenta electrica mare
            ? Dimensiuni mici
            ? Semnal mare
            ? Sensibilitate mare

Avantajele IR
        ? Interactiune minima cu mediul
        ? Masoara temperatura obiectelor in miscare
        ? Nu contamineaza obiectul masurat
        ? Poate fi izolat de mediile periculoase

Selectati senzorul de temperatura raspunzand acestor intrebari:

• Aplicatia necesita sesizarea temperaturii cu sau fara contact?
• Ce precizie se pretinde pentru citirea temperaturii?
• Pe ce domeniu de temperatura se masoara?
• Care-i temperatura maxima suportata de senzor?
• Cat de rapid trebuie sa raspunda senzorul?
• Ce timp de vata trebuie sa aibe senzorul?
• Ce conditionari legate de mediu exista?
• Senzorul necesita dispozitive de protectie mecanica?
• Care-i bugetul alocat problemei? Etalonati termometrul folosind punctele fixe principale ?

Temperatura K	Temperatura ^oC	Substanta	Stare
13.8033	-259.3467	Hidrogen	Punct triplu
83.8058	-189.3442	Argon	Punct triplu
243.3156	-38.8344	Mercur	Punct de topire
273.1616	0.01	Apa	Punct triplu
429.7485	156.5985	Indiu	Punct de topire
692.677	419.527	Zinc	Punct de topire
1234.93	961.78	Argint	Punct de topire

sau puncte fixe secundare ?

Temperatura K	Temperatura ^oC	Substanta	Transformarea de stare
250,25	–22,9	CCl₄	Topire
273,15	0,0	Gheata	Topire
305,53	32,384	Na₂SO₄	Tranzitie
505,00	231,85	Staniu	Topire
594,05	320,9	Cadmiu	Topire
600,55	327,4	Plumb	Topire
903,90	630,74	Stibiu	Topire
1073,55	800,4	NaCl	Topire

Timpul de raspuns al termometrului

Ecuatia de bilant termic ?

caldura acumulata de termometru [H× dT] =

= caldura schimbata cu mediul masurat [G'× (T'–T)× dt] + caldura schimbata cu mediul ambiant [G'× (T'–T)× dt]

este ® H× dT/dt = G'× (T'–T) + G"× (T"–T)

unde:

T – temperatura termometrului;
T' – temperatura mediului masurat;
T"– temperatura mediului ambiant;
H=m× c – capacitatea termica a termometrului;
G' – conductanta termica mediu de masurat-termometru;
G"– conductanta termica mediu ambiant-termometru;
t – timpul.

Solutia ecuatiei este: ® T(t)= T_f – (T_f –T_o)× e^{– t /}^t

unde:

T_o – temperatura initiala a termometrului, la t = 0 ;
T_f = (G'× T'+G"× T")/(G'+G") –temperatura finala, la t >>t ;
t = H/(G'+G") – constanta de timp.

Eroarea facuta la masurarea temperaturii:

DT = T'– T_f = (T'–T")× G"/(G'+G")

este cu atat mai mica cu cat G" (conductanta termica spre exterior) este mai mica comparativ cu G' (conductanta termica catre mediul de masurat). Dorim sa avem G"<<G'.

Timpul necesar pentru atingerea temperaturii de echilibru este:

3×t cu eroare de e^–3 @ 5%

5×t cu eroare de e^–5 @ 0,7%

Autoincalzirea datorita puterii electrice disipate pe rezistenta electrica R₀ prin care trece curentul I se reflecta in ecuatia de functionare ca:

H× dT/dt = G'× (T'–T) + G"× (T"–T) + R₀_×I²

avand solutia limita (t® f):

T_fi = T_f+ R₀_×I²/(G'+G")

Eroarea datorata autoincalzirii este:

D T=T_fi –T_f=R₀_×I²/(G'+G") @ R₀_×I²/G'=R'× R₀_×I²

unde R' = 1/G' este rezistenta termica termometru-mediu masurat.

Rezistenta termica termometru-mediu masurat se poate determina din doua masuratori de temperatura facute cu doi curenti diferiti:

T₁ = T' + R'× R₁_×I₁²

T₂ = T' + R'× R₂_×I₂²

de unde:

R' = (T₂ – T₁) / (R₂_×I₂² – R₁_×I₁²)

Relatia devine mai simpla daca putem considera R₁ @ R₂ @ R₀ .

R' = (T₂ – T₁) / [R₀_×(I₂² –I₁²)]

Pentru lamuriri suplimentare apelati la dr. fiz. Marius BARLEA, Catedra de Fizica.