1
SADRŽAJ
UVOD............................................................................................................................................2
MERENjE TEMPERATURE........................................................................................................3
1. BIMETALNI SENZORI TEMPERATURE...................................................................3
2. OTPORNI SENZORI TEMPERATURE........................................................................7
2.1. Metalni otporni senzori temperature.........................................................................9
2.1.1. Sistematske greške kod metalnih otpornih termometara.................................11
2.2. Termistori.................................................................................................................12
2.2.1. NTC.................................................................................................................14
2.2.2. PTC..................................................................................................................17
2.2.3. P-N spoj za merenje temperature.....................................................................19
3. TERMOELEMENTI.......................................................................................................21
3.1. Empirijski zakoni termoelektričnih kola.................................................................24
3.2. Problem hladnog kraja termoelemenata..................................................................26
3.3. Izrada termoelemenata.............................................................................................31
3.4. Statičke i dinamičke karakteristike termoelemenata...............................................34
3.5. Praktični aspekti upotrebe termoelemenata.............................................................36
3.6. Kvarcni termometar.................................................................................................37
4. SENZORI INFRACRVENOG ZRAČENjA..................................................................38
4.1. Zakoni zračenja........................................................................................................38
4.2. Pirometri spektralnog zračenja................................................................................40
4.3. Pirometri odnosa spektralnih zračenja.....................................................................43
4.4. Radijacioni pirometri...............................................................................................43
ZAKLjUČAK................................................................................................................................45
Literatura........................................................................................................................................46
2
UVOD
Oko 50% svih merenja u industriji čine merenja temperature i protoka u nekim granama
industrije kao sto su elektrane, toplane, hemijska postrojenja i sl. Ova merenja čine i do 80% svih
merenja.
Temperatura je fizička veličina koja predstavlja stepen zagrejanosti tela i povezana je sa
unutrašnjom energijom tela, tj. termičkim kretanjem molekula i atoma. Termičko kretanje u
gasovima razlikuje se od termičkog kretanja u tečnostima i kristalima. [5]
Prema kinetičkoj teoriji gasova, apsolutna temperatura T tela definiše se mera srednje energije
translatornog kretanja molekula gasa:
Ek
=
m v
2
2
-
3
2
kT
,
gde su: m - masa molekula gasa,
v
– srednja brzina molekula, k – Bolcmanova konstanta.
Pri uzajamnom delovanju dva tela sa različitim temperaturama dolazi do prelaska toplote sa tela
sa višom temperaturom na telo sa nižom.
Promena toplotnog stanja tela praćena je propratnim efektima kao sto su promena zapremine
tela, pojava termoelektriciteta, zračenje.
Temperaturu tela moguće je izmeriti samo posredno preko takvih veličina koje se još nazivaju
termometarskim i koje su u funkcionalnoj vezi sa temperaturom a podložne su direktnom
merenju. [1 i 5]
Senzori za merenje temperature obično se nazivaju termometri.
Oblast merenja temperature se naziva Termometrija i neprekidno se razvija oko 5 vekova.
Smatra se da je prvi termometar konstruisao Galilej u XVI veku i sastojao se od staklene posude
sa cevčicom u kojoj je bio alkohol. Takav termometar je služio samo za indikaciju promene
temperature pošto nije imao skalu.
1711. Farenhajt (Holandija) je umesto alkohola upotrebio živu i definisao skalu. Za najnižu
temperaturu je uzeo smesu leda i soli i označio je sa 32 stepena a za najvišu tačku je uzeo
temperaturu ključanja vode i označio je sa 212 stepeni.
1790. Reomir (Francuska) je konstruisao sličan termometar sa alkoholom sa istim krajnjim
tačkama ali je taj opseg podelio na 80 podeoka.
1742. Celzijus (Švedska) je isti opseg sa istim fiksnim tačkama podelio na 100 podeoka i donju
tačku označio sa 100° a gornju sa 0°. 1845. ove vrednosti su obrnute i tako je nastala skala kakvu
danas poznajemo a od 1948. ona se zvanično zove Celzijusova skala.
Termodinamička (Kelvinova) skala – Pojam apsolutne nule: (-273.15
℃
) [9]
4
Slika 1. Bimetalne trake
Spoljašnja karakteristika bimetala je dužina savijanja u zavisnosti od temperature u okruženju.
Karakteristike bimetala zavise od osobina materijala i dimenzija njegovih elemenata. Važne su
sledeće osobine pasivnog (1) i aktivnog (2) elementa od kojih je sastavljena bimetalna traka:
-
α
1
,
α
2
– koeficijenti termičkog širenja
-
E
1
,
E
2
– Young-ovi moduli elastičnosti
-
λ
1
,
λ
2
- koeficijenti termičke provodljivosti
5
Spajaju se (lepe) dve metalne trake različitih koeficijenata termičkog širenja. Aktivni element
(Cr, Ni, Fe, ...) ima veći, a pasivni element (legura Ni+Fe) manji koeficijent termičkog širenja.
Da bi se povećala električna i termička provodnost između aktivnog i pasivnog metala postavlja
se bakarni sloj. Pri zagrevanju bimetala dolazi do savijanja zbog različitih koeficijenata
termičkog širenja njegovih elemenata. Zagrevanje bimetala može nastati usled porasta
temperature medijuma u kojem se bimetal nalazi ili u slučaju povećanja struje kroz bimetal.[1 i2]
Slika 2. Dve metalne trake različitih koeficijenata termičkog širenja
7
2. OTPORNI SENZORI TEMPERATURE
Bazirani su na promeni električnog otpora pri promeni temperature. Dve grupe:
– Metalni otporni senzori
– Poluprovodnički otpornički senzori (termistori)
Električni otpor metala menja se promenom njihove temperature, pa se indirektno iz promene
otpora određuje temperature. Otporni termometri izrađuju se od platine (Pt), nikla (Ni) ili bakra
(Cu), jer imaju približno linearnu karakteristiku. Kroz senzor se propušta konstantna
jednosmerna struja (0,8 ili 1mA), izmeri se napon, te se na osnovu poznatog napona i struje
određuje otpor. Tipična otpornost je 100Ω na 0ºC.
Osnovne osobine senzora su: osetljivost, tačnost i temperaturno područje.
