Технички факултет Битола/Обука за енергетски контролори

Transcript

1 Во кинетичката теорија на гасови апсолутната температура е дефинирана како големина на состојбата пропорционална со средната кинетичка енергија на голем број молекули. Температурата неможе да се мери на директен начин и затоа се применувуваат индиректни мерни методи. Мерењето на температурата се базира на размена на топлина помеѓу тела со разчличен степен на загреаност и на промена на физичките особини на телата при нивно загревање. Според SI систем, температурната скала се базира на определување на 14 фиксни температури, помеѓу кои со интерполациони методи се утврдува температурната скала за цела област. Наведените фиксни температури ги означуваат температурите на топење, зацврстување или вриење на некои материјали при атмосферски притисок од bar. Од овие фиксни точки најстабилна и најрепродуктивна е тројната точка на водата која се добива на K

2 Единица за мерење на температурта во SI системот е Кelvin [K] а дозволено е користење и на единицата степен целзиусов o C. Целзиусова температурна скала поделена на 100 o C 0 o C замрзнување на водата, 100 o C вриење на водата при р = 760 Тоrr Позната е врската К = [oc] Се разликуваат два различни пристапи за мерење на температурата контактно мерење безконтактно мерење Контакното мерење подразбира мерење на температурата на ограничено подрачје од мерниот објект. Предности и недостатоци поголем број на мерења на објектот доколку истиот нема иста температура (за определување на распределба на температурата или нејзина средна вредност). определување на температура на површината на некој објект и температурата на внатрешноста.

3 Без контактно мерење служи за мерње на температурата на објекти без физички контакт со истите. Исполнет услов: Објектот да е видлив за мерниот инструмент. Влијанија Емисиските својства на објектот (емисија, рефлексија и пропусност), својствата на медиумот што се наоѓа помеѓу објектот и мерниот инструмент (атмосфера, прозирни заслони) и влијание на околината. Безконтакното мерење на температурата се однесува само мерење на температурата на површинта на мерниот објект, додека за внатрешната температура на објектот податоците можат да се пресметат доколку се познати својствата на материјалите од кој е изграден објектот и неговата интеракција со околината.

4 Видови на термометри Под термометар се подразбира инструмент што се користи за контактно мерње на температурата. Се разликуваат следните видови на термометри чиј принцип на работа се базира на ширење на материи при загревање стаклени термометри што работат на принцип на ширење на цврсто тело дилатациони и биметални термометри чија работа се базира на промена на притисокот на материите со промена на температурата - манометарски термометри што работат на принцип на електромоторна сила со промена на температурата -термонапонски термометри или термопарови чија работа за базира на промена на електричниот отпор со промена на температурата- термоотпорни термометри.

5 Стаклени термометри со течност Мерењето се базира на разликата на коефициентот на волуметриско ширење на течноста што се користи и материјалот од кој е направен садот на темометарот. Термометар со жива за мерење на температури од -30 до 750 o С, (за температури повисоки од o С за спречување на вриењето на живатата се полнат со инертни гасови N или CO 2 под притисок од 20 bar) Други течности алкохол, тулуол, пентан. За пониски температури етилалкохол (-110 до 50 o С), толуол (-70 до 100 o С), пентан (-200 до 20 o С).

6 При точни мерења се врши корекција на отчитаната температура, заради различното ширење на течноста и стаклото. T = T 0 + ε n (T 0 -T s ) каде Т 0 прочитана температура на скалата n број на степени на скалата надвор од м.м T s термпература на скалта што се посебентермометар на половина висина од скалата ε коефициент на истегање Дилатационен термометар едниот елемент е U цевка а другиот прачка која е од различен материјал. Стрелата е поврзана со двата елементи во лежиштето 1 и 2. При промена на температурата, поради издолжување на елементите стрелката се движи по избажадарена скала. Се применуваат за мерење на температури од -30 o C до 1000 o C.

7 Биметални термометри избегната е главниот недостаток на дилатационите термометри- малото линеарно издолжување. Биметалот како елемент за мерење на температурата се состои од две ленти од различен материјал што се цврсто спојени и кои имаат различни коефициенти на термално ширење. Се изработуваат во вид на спирала при што аголното движење на слободниот крај се користи за директно задвижување на стрелката. Мерното подрачје изнесува од -70 до 600 o С. (комбинација на легура на никел и челик и бакарна легура)

8 Манометарски (пружински) термометри Поделени се во три групи во зависност од флуидот што се користи за полнење : гасни темометри каде целиот систем е исполнет со гас под одреден почетен притисок термометри каде целиот систем е исполнет со течност парни термометри каде дел од системот е исполнет со течност, додека останатиот дел е исполнет со пара од истата течност која настанува како резултат на зголемување на температурата на течноста. Предност индикаторот немора да е поставен на самото мерно место туку можи да е оддалечен неколку метри

9 Се состојат од три дела кои во целина формираат еден систем: метално осетливо резервоарче (1) - сензор еластична свиткана цевка (2) Бурдонова цевна пружина (индикатор) капиларна цевка (3) која ги поврзува детекторот и индикаторот. Принципот на работа: е спречување на експанзија на флуидот која резултира со променана на притисокот а која се регистрира на еластичен притисен сезнор. Инетрен гас N 2, He за ниски температури. Mерно подрачје -147 до 600 o C, за азот, o C за хелиум. Течности: жива (-35 до 350 o C), метил алкохол (-45 до 150 o C), толуол, петеролеј Парен манометарски термометар т.н. мано-термометар садот е исполнет со лесно испарлива течност како пропан (-40 до 100 o C), SO 2 (0 до 160 o C), етер (40 до 180 o C), вода (100 до 375 o C).

10 Термоелектринчи сензори-термопарови Принципот на работа на термопаровите се базира на појава на термоелектричен ефект кој се јавува кога два проводници кој се изработени од различен материјал се спојат на слободните краеви и кога слободните краеви се изложат на различни температури Т 1 и Т 2. При ова се јавува потенцијална разлика во точките на поврзување а како резултат на тоа е течење на термоелектомоторна струја. Се применуваат за мерење на температури до 1600 о C. Термопарот од молибден- волфрам се применаува за многу високи температури до 2600 o C.

11 Type K (Chromel Ni-Cr alloy - 90%-10%) & Alumel Ni-Al alloy : The "general purpose" thermocouple. Low cost, T range 200 C to C, Type E (Chromel & Constantant Cu-Ni alloy ): High output (68 μv/ C) which makes it well suited to low temperature (cryogenic) use. Type J (Iron & Constantan): T range ( 40 to +750 C) makes type J less popular than type K. Sensitivity of ~52 μv/ C Type N (Nicrosil Ni-Cr-Si alloy Nisil Ni-Si alloy : High stability and resistance to high temperature oxidation, suitable for high temperature measurements without the cost of platinum (B, R, S) types. T range even above 1200 C. Sensitivity of about 39 μv/ C at 900 C. Type T (Copper & Constantant): T range 200 to 350 C. As both conductors are nonmagnetic and can be used in environments with strong magnetic fields. Sensitivity of ~43 μv/ C

12 а) за покуси растојанија на инструментот од м.м. и за термопарови кои не се скапи. Инструментот ја мери термо електомоторната сила во mv која одговара на t-t 0. t 0 референтен спој ладно место - t 0 = 0 о С - мраз б) и в) за подолги растојанија и скап термопар. Можни мерни кола на термопарови

13 За прецизна работа референтниот спој се поставува во посебен апарат кој треба да одржува константна температура на ладниот спој од 0.01 ос. Доволно е е да се користи када со мраз Референтен спој со када со мраз

14 Електоотпорни термометри Електричниот отпор на различни матријали се менува со промена на температурата. Материјалите што главно се употребуваат се делат на две основни групи а) проводници (метали) и б) полупроодници За мерење на температура во флуид како сензор се користи тенка жица од соодветен метал (Pt или Ni) намотана околу јадрото од тврдо стакло. Детекторот се заштитува со истопено стакло, емајл или керамичка маса. За мерење на температури од -200 до 550 о С а во специјална изведба до 1100 о С, никел -150 до 300 о С, бакар -200 до 120 о С.

15 За мерење на промена на отпорот т.е. температурата се користат соодветни електричнио мостови како што е винстонов- мост. Отпорникот R(T) кој претставува осетлив дел при мерењето се загрева и го менува отпорот при што доаѓа до нарушување на рамнотежата во мостот кој го сочинуваат отпорниците R 1, R 2, R 3, и R T. Промената се регистрира на инструмент со вртлив калем а на скалта се отчитува измерената температура ос. Е електричен извор

16 Полупроводнички термометри-теримистори (оксиди на никел, магнезиум, железо, кобалт, титаниум) покажуваат голема промена на отпорноста за мали промени на температурата Имаат + и температурен коефициент Теримистори со + температурен коефициент позистори Теримисторите имаат стабилна карактеристика до 130 о С Инструменти за мерење на високи температури-пирометри Се применуваат за мерење на високи температури над 1000 о С. Го регистрираат зрачењето на топлинскиот извор. Според законот на Планк и Веновата р-ка енергијата на зрачењето на црно тело E λ = aλ 5 e b λt W / m 3 каде а и b се константи а р-ката важи до 3500 о С

17 Оптички пирометар За мерење на температурата се користи видливото зрачење које одговара на бранова должина на светлосен извор од µm. Се применува во тесно подрачје на светлинскиот спектар, кое што со дополнителен црвен филтер е стеснето на λ = 0.65 µm. За задаена бранова должина со определување на интензитетот на зрачење (во овој случај светлина) се определува и температурата на светлосниот извор. Начин на функционирање: споредба на интензитетот на светлосно зрачење од топлински извор со некој познат извор на светлина претходно избаждарена волфрамска сијалица. Мерен опсег: до 1500 о С. Над овие температури дополнително се вградува зачаден филтер. Недостаток: точност на отчитување поради субјективна природа точноста зависи од истражувачот што го врши споредувањето на интензитетот на светлосното зрачење.

18 Оптички пирометар

19 Радијационен пирометар Опфатен е целиот спектар на светлосно зрачење Како детектор користи термопар со зачадена платинска плочка. Зрачењето на топлинскиот извор чија температура T се опрeделува, се фокусира со помош на леќи на зачадената платинска плоча а температурата на нејзиното загревање T 1 се мери со помош на термопар чиј топол крај е заврен за плочката Со отчитување на галванометарот дирекно се отчитува температурата. Со изедначување на топлинските загуби со влезната радијацијона топлина се добива зависноста на температурите на термопарот и температурата на топлинскиот извор. К 1 (Т 1 -Т 2 )=К 2 Т 4 Доколку напонот на термопартот е пропорционален со (Т 1 -Т 2 ) излезниот напон е пропорционален со Т 4.

20 Радијациони пиромети

21 Мерење на температурата при струење на флуиди Струјна статичка температура Стагнациона тотална температура (таа е температура на честички кои заедно се движат со флуидот со иста брзина без да постојат загуби на топлина со зрачење). Проблем при мерење на струјната температура сондата треба да се движи со флуидот многу тешко да не постои промена на температурата околу сондта не е можно Не е можно директно мерење туку се вршат индиректни мерења преку промена на други физички големини а најчесто преку тоталната температура Т t.

22 Тоталната температура се добива со изентропско запирање на струење на флуидот од некоја брзина v на брзина v = 0. Тоталната температура се мери со сонда за стагнациона температура. Принципот се сведува како мерење на тотален притисик со Питот сонда. т.е. детекторот сензорот за мерење на температурата се поставува во точка на стагнација. Примери ма сонда за мерење на стагнациона температура

23 Мерење на ниски температури t < 200 o C Се применува отворен детектор без заштита затоа што се занемаруваат загубите на топлина со кондукција и зрачење (обичен живин термометар, термопар, теримистор) Мерење на средни температури при големи брзини 200 o C < t < 600 o C При мали брзини преносот на топлина со конвекција од флуидот што струи е занемарлив поради дебелиот граничен слој околу сензорот. Преовладува загуба на топлина со кондукција низ држачот и зрачење од сондата на околината. При поголеми брзини се манифестираат загуби од конвекцијаи кондукција. Затоа е потребна заштита на детекторот.

24 Мерење на високи температури t > 600 o C Интензивна загуба со зрачење за што е потребна доплнителна заштита која ја зголемува брзината околу детекторот. Намалување на димензиите на сензорот, соодветни материјали за изработка на сензорот и материјали за негова заштита т.н. температурен оклоп. Заштита од радијација