FIZI
Č
KO-TEHNI
Č
KA MERENJA
2009, Marko Barjaktarovi
ć
UVOD
• Merenje temperature predstavlja jedno od naj
č
eš
ć
ih merenje, jer je temperaturu
potrebno odrediti ne samo zbog upravljanja određenim procesom
, ve
ć
mnogi senzori
drugih veli
č
ina koriste podatak o vrednosti temperature kako bi se izvršila
kompenzacija promene temperature. Temperatura, skoro uvek, menja karakteristiku
pretvara
č
a koja se koristi pri merenju posmatrane fizi
č
ke veli
č
ine.
• Jedan od najstarijih principa merenja temperature zasnovan je na promeni dimenzije
tela sa varijacijom temperature.
•
Određivanje temperature uvek je zasnovana na konverziji jednog d
ela termalne
energije objekta (
čija se temperatura određuje
) u elektri
č
ni signal. Bilo da je u pitanju
kontaktno ili beskontaktno merenje, dolazi do razmene toplote iz
među objekta i
pretvara
č
a. Odnosno, svaki senzor remeti temperaturno polje koje meri, bez obzira da
je li princip merenja zasnovan na kondukciji, konvekciji ili radijaciji. To uvek dovodi
do greške pri merenju temperature, bez obzira koliko ona bila mala. Zadatak svakog
inženjera je da tu grešku svede na minimum, bez obzira da li radi na realizaciji
senzora ili na izboru i postavljanju senzora za konkretnu aplikaciju.
• Pri merenju temperature, koriste se dva osnovna principa:
– ravnotežni – temperatura se o
č
itava kada ne postoji uo
č
ljivi tempraturni gradijent
između objekta i senzora
, tj. kada senzor i objekat imaju istu temperaturu.
FIZI
Č
KO-TEHNI
Č
KA MERENJA
2009, Marko Barjaktarovi
ć
UVOD
• Temperatura senzora se uvek razlikuje od temperature objekta, osim kada objekat i
okolina nemaju istu temperaturu.
• T
S
= T
B
samo kada je r
1
/r
2
= 0, što nikad nije slu
č
aj. Ipak, za smanjenje greške
neophodno je maksimalno pove
ćati toplotnu provodnost između senzora i objekta
,
dok treba minimizovati toplotnu provodnost između senzora i okol
ine.
•
Takođe
, potrebno je voditi ra
č
una i o dinami
č
koj grešci.
Č
esto se temperatura senzora
menja, jer je tek priklju
č
en na merni objekta, ili se menja temperatura ili okoline ili
samog objekta u toku merenja.
• Kada se senzor i objeka
t nađu u kontaktu
, termalna energija koja se, u jedinici
vremena, prenese sa objekta na senzor srazmerna je temperaturnom gradijentu:
1
1
1
, gde je
1/ termalna provodnost spoja objekat-senzor.
B
S
dQ
T
T
dt
r
• Absorbovana toplota pove
ć
ava temperaturu senzora za dT:
, gde je specifi
čna toplota senzora.
dQ
mcdT
c
• Izjedna
č
avanjem prethodna dva izraza dobija se diferencijala jedna
č
ina
č
ije rešenje
opisuje ponašanje senzora u toku vremena:
/
, gde je
(0) i vremenska konstanta.
t
S
B
B
S
T
T
Te
T
T
T
FIZI
Č
KO-TEHNI
Č
KA MERENJA
2009, Marko Barjaktarovi
ć
UVOD
• Vremenska konstanta predstavlja vreme potrebno da se inicijalni temperaturni
gradijent (T
B
– T
S
(0)) smanji za 63.2 %.
• Što je manja vremenska konstanta senzor brže dostiže krajnju temperaturu.
• Ako objekat i okolina nisu na istoj temperatu (što je
č
est slu
č
aj), senzor pokazuje nešto
manju temperaturu.
• Teorijski posmatrano senzor nikada ne dostiže temperaturu objekta,
međutim
, u
realnim aplikacijama može se smatrati da je nakon 5
τ
, razlika samo 0.7% po
č
etnog
gradijenta, a nakon 10
τ
svega 0.005%.
FIZI
Č
KO-TEHNI
Č
KA MERENJA
2009, Marko Barjaktarovi
ć
UVOD
•
Bezkontaktni senzori takođe poseduje senzorski element čija se određena
karakteristika menja sa promenom temperature. Da bi se smanjilo vreme odziva
radijacionog senzora potrebno je da njegova debljina minimalna, a površina što je
mogu
ć
e ve
ć
a. Uobi
č
ajeno je da se ku
ć
ište beskontaktnog senzora ispuni suvim
vazduhom ili azotom.
• Svi temperaturni senzori se mogu podelita u dve kategorije – na relativne i absolutne.
Primer absolutnih senzora su termistori i otporni temperaturni detektori (resistance
temperature detectors
– RTD), dok je primer relativnih termopar.
