1 / 48

PRETVARA ČI TEMPERATURE

PRETVARA ČI TEMPERATURE. UVOD. Uređaj koji fizičku veličinu pretvara u oblik pogodan za merenje se naziva SENZOR ili PRETVARA Č Senzori treba da zadovolje sledeće zahteve: Linearnost Osetljivost Brzina odziva Dugovečnost Neosetljivost na spoljašnje uticaje Male dimenzije Niska cena.

rachel
Download Presentation

PRETVARA ČI TEMPERATURE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Tehnička škola Zaječar

  2. PRETVARAČITEMPERATURE Tehnička škola Zaječar

  3. UVOD • Uređaj koji fizičku veličinu pretvara u oblik pogodan za merenje se naziva SENZOR ili PRETVARAČ • Senzori treba da zadovolje sledeće zahteve: • Linearnost • Osetljivost • Brzina odziva • Dugovečnost • Neosetljivost na spoljašnje uticaje • Male dimenzije • Niska cena Tehnička škola Zaječar

  4. UVOD • Tehnika razvoja senzora se odvija u tri pravca: • Smanjenje dimenzija i veći stepen integracije • Realizacija višestrukog delovanja (temperatura, vlažnost, pritisak) • Proširenje funkcionalnih mogućnosti (pametni senzori) Tehnička škola Zaječar

  5. MERENJE TEMPERATURE • 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 termodinamičkim stanjem tela i njegovom unutrašnjom energijom • Pri uzajamnom delovanju dva tela sa različitim temperaturama dolazi do prelaska toplote sa tela sa višom temperaturom na telo sa nižom Tehnička škola Zaječar

  6. 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 • Oblast merenja temperature se naziva Termometrija i neprekidno se razvija oko 5 vekova Tehnička škola Zaječar

  7. MERENJE TEMPERATURE • Smatra se da je prvi termometar konstruisao Galilej u XVI veku i sastojao se od stalene 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 Tehnička škola Zaječar

  8. PODELA TEMPERATURNIH SENZORA • U okviru različitih senzora za merenje temperture razlikujemo dve grupe senzora i to: 1) NEELEKTRIČNI SENZORIkod kojih se promena temperture manifestuje promenom fizičkih dimenzija senzora - Tečni (ekspanzioni) termometri(-120 °Cdo+320 °C) - Manometarski termometri (-160 do +600 °C ) - Dilatacioni termometri (0 °C do +400 °C ) - Bimetalni termometri ( -30 °C do +300 °C ) Tehnička škola Zaječar

  9. 2)ELEKTRIČNE SENZOREkod kojih se sa promenotemperature menja neki električni parametar senzora - Termoelektričmi termometri(-200°C do +1600°C) - Otporni termometri (-268°C do +1064°C) - Poluprovodni termometri Tehnička škola Zaječar

  10. Ekspanzioni termometri svoj rad baziraju na pojavi da se telo širi sa porastom temperature a skuplja sa padom temperature. Na ovom principu radi i živin termometar koji najčešće srećemo sa opsegom (-38.8°C÷357°C) (tačka mržnjenja i tačka ključanja žive), kerozin(0°C÷80°C) alkohol(-80°C÷80°C) Pored navedenih, mogu da se koristi gas (azot) i lako isparljive tečnosti metal-hlorid, acetone, freon Tehnička škola Zaječar

  11. Manometarski pretvarači zasnivaju rad na zavisnosti pritiska tela (pri stalnoj zapremini) od temperature. Sastoji se od termičkog balona, osetljivog manometra i spoljnog kapilara preseka nekoliko milimetra.Najčešće se primenjuje gasni termometar čiji je zatvoren sistem ispunjen inertnim gasom. Tehnička škola Zaječar

  12. Dilatacioni termometri svoj rad zasnivaju na principu povećanja dimenzije čvrstih tela sa porastom temperature gde je zavisnost u određenom opsegu linearna. Prave se od: • bakra (opseg 0°C÷150°C) • mesinga (opseg 0°C÷400°C) • legure gvožđa i nikla (opseg 0°C÷200°C) Koriste se za izradu termostata i imaju relativno nisku cenu Tehnička škola Zaječar

  13. Bimetalni senzori temperature se prave u obliku traka od dva sloja materijala sa različitim koeficijentom linearnog širenja gde se traka, prilikom porasta temperature, savija u stranu materijala sa manjim koeficijentom linearnog širenja. Koriste se takođe za izradu termostata za opseg -30°C÷300°C Tehnička škola Zaječar

  14. ELEKTRIČNI SENZORI TEMPERATURE • Termoelementi su se prvo koristili za merenje visokih temperatura (0 °C÷1000 °C) ali je kasnije njihova upotreba proširena i na vrlo niske temperature čak do 1K Svoj rad zasnivaju na jednom od termoelektričnih efekata u provodnicima: • Zibekov efekat • Tompsonov efekat • Peltijev efekat Tehnička škola Zaječar

  15. Za izradu termoparova se u principu mogu upotrebiti bilo koja dva čista metala ili legure ali je u praksi ograničen broj kombinacija jer se od termopara zahteva: • Stabilnost i ponovljivost termoelektričnog svojstva • Što linearnija zavisnost termoelektričnog napona od temperature • Visoka osetljivost • Mogućnost mehaničke obrade • Pristupačna cena Tehnička škola Zaječar

  16. Termopar • naponski izvor male izlazne otpornosti, reda 10 Ω • neophodno pojačavanje signala • relativno mala osetljivost • nelinearan, potrebna linearizacija • problem temperature hladnog kraja, pa je potrebna kompenzacija • širok merni opseg, (–200 – +1600°C). Tehnička škola Zaječar

  17. ANSI klasifikacija • Pl – Rd (0 °C÷1300 °C) • Fe – Constntan (-200 °C÷1000 °C) • Ni – Cr Ni (0 °C÷1200 °C) Tehnička škola Zaječar

  18. Princip rada Tehnička škola Zaječar

  19. U nazivu termoelementa stoje dva metala pri čemu prvoimenovani metal predstavlja pozitivni adrugoimenovani metal negativni priključak • Prednosti termoparova su: • Rad bez spoljašnjeg izvora energije jer je aktivan senzor • Jednostavna i kompaktna konstrukcija • Širok temperaturni opseg (-270 °C ÷ 4000 °C) • Visoka tačnost (±0.25% ÷ 0.75% mernog opsega za standardnu izradu, odnosno ±0.1%÷0.4% mernog opsega za specijalnu izradu) • Nedostatci termoparova su: • Nizak nivo izlaznog signala (do 100 mV) • Mala osetljivost (10 ÷ 70 mV/°C) što otežava merenje malih temperaturnih promena • Nelinearna statička karakteristika • Osetljivost na hemijsko delovanje radne okoline Tehnička škola Zaječar

  20. Tehnička škola Zaječar

  21. Tehnička škola Zaječar

  22. Tehnička škola Zaječar

  23. OTPORNI PRETVARAČI Zasnivaju rad na promeni električne otpornosti radnog tela u zavisnosti od promene temperature. • Otpornost na temperaturi • Otpornost na temperaturi Temperaturni koeficijenat otpornosti • Referentna temperatura 0°C Tehnička škola Zaječar

  24. ELEKTRIČNI SENZORI TEMPERATURE • Otporni senzor od Ni-žice U odnosu na platinu Nikl ima: • veći linearni temperaturni koeficijent otpora • veći odnos otpora na 100 °C i 0 °C • statička karakteristika je nelinearnija i još nestabilna i nereproduktivna • opseg temperature je manji jer se pri višim temperaturama javljaju korozija i oksidacija • Imaju nižu cenu i koriste se u tehnici grejanja, hlađenja i klimatizacije za merenje temperature vazduha Tehnička škola Zaječar

  25. ELEKTRIČNI SENZORI TEMPERATURE • Otporni senzor od Cu-žice Bakar je jeftin metal koji se može dobiti sa visokim procentom čistoće i ima: • linearni koeficijent otpora a=0.0042÷0.0427 1/°C • odnos R100/R0=1.426 ÷ 1.428 • stabilnu i reproduktivnu karakteristiku koja je nešto nelinearnija u odnosu na karakteristiku platine • Koristi se za opseg temperature -50 °C ÷ 180 °C dok se na višim javlja oksidacija i korozija • Otporni senzori se najčešće prave od namotane žice a mogu se praviti naparavanjem metala (najčešće platine) na keramičku ili staklenu podlogu. Ovakvi senzori imaju veliki odnos površine i zapremine što omogućava veoma brz odziv pri merenju površinske temperature. Nedostatak je neravnomerno nanošenje metalnog filma na podlogu (ukoliko se javi) što uzrokuje lošiju statičku karakteristiku u odnosu na žičani otpornik Tehnička škola Zaječar

  26. Tehnička škola Zaječar

  27. Platinski otporni senzori • širok merni opseg, –260 do +850°C. • pozitivan temperaturni koeficijent dobra linearnost RT = R0 [ 1 + aT + bT2 ] • mali temperaturni koeficijent, zato se vezuje u mostnu šemu • Standard • Pt100 – otpornost 100Ω na 0°C i 138Ω na 100°C • Pt1000 – optornost 1000Ω na 0°C Pored platine mogu se koristi Cu i Ni Tehnička škola Zaječar

  28. Platinski otporni termometar-Pt100 • Za Pt100 važi: • Koristi se pojednostavljeni linearni model: • Pt100 se povezuje u jednu granu mosta. • Opseg primene • Osim platine mogu da se koriste i bakar (-50ºC do 200ºC) i nikl (-60ºC do 150ºC). Tehnička škola Zaječar

  29. Tehnička škola Zaječar

  30. Tehnička škola Zaječar

  31. Tehnička škola Zaječar

  32. Tehnička škola Zaječar

  33. Tehnička škola Zaječar

  34. Tehnička škola Zaječar

  35. Tehnička škola Zaječar

  36. Tehnička škola Zaječar

  37. Tehnička škola Zaječar

  38. Tehnička škola Zaječar

  39. Tehnička škola Zaječar

  40. Tehnička škola Zaječar

  41. Poluprovodnički temperaturni senzori • Otporni silicijumski senzori • relativno uzak merni opseg, –50 – +150°C. Koriste se u mnogim oblastima koje ovaj pokriva ovaj opseg: prohrambena industrija, klimatizacija, meteorologija, kućni aparati, automobili, silosi • pozitivan temperaturni koeficijent • osetljiviji od platinskih senzora, nisu neophodni merni mostovi • potrebna linearizacija ili digitalna obrada Tehnička škola Zaječar

  42. POLUPROVODNI SENZORI TEMPERATURE Teremistori • Promena otpora sa temperaturom je velika,nelinearna i aproksimira se eksponencijalnom jednačinom RT=AeB/T˙ • Kod većine termistora otpornost opada sa porastom temperature NTC • Postoje i PTC • Postoje i termistori sa linearnom k-kom • Prednosti termistora: • Velika osetljivost na sobnoj temperaturi • Male dimenzije • Velika nominalna vrednost otpora na sobnoj temperaturi • Nedostatci termistora su: • Izrazito nelinearna karakteristika • Velike varijacije parametara pa je zamena drugim termistorom problematična • Mali temperaturni opseg • Rade sa manjom strujom nego žičani otporni senzori temperature zbog samozagrevanja Tehnička škola Zaječar

  43. Termistori • Termistori su nelinearni otpornici kod kojih se specifična električna otpornost menja sa promenom temperature. • NTC imaju negativan temperaturski koeficijenat • PTC imaju pozitivan temperaturski koeficijenat Tehnička škola Zaječar

  44. NTC termistori • Glavna prednost u odnosu na druge temperaturske pretvarače je velika osetljivost. • Proizvode se od smeše oksida metala (Fe,Cr,Mn,Co,Ni) u prahu koji se sinteruju na temperaturama većim od 1000ºC čime se formiraju otpornici oblika loptice, diska ili cilindra. • Max radne temperature iznose 300ºC do 350 ºC. • U poslednje vreme se izrađuju i termistori sa max radnim temperaturama do 700ºC, pa i do 1000 ºC. • Osetljivost opada sa porastom temperature. A,B-const karakteristične za pojedine termistore Tehnička škola Zaječar

  45. Termistori Tehnička škola Zaječar

  46. NTC termistori A typical disc thermistor Tehnička škola Zaječar

  47. PTC termistori • PTC se koriste kao senzori koji pri određenoj temperaturi daju diskretan signal. Retko se koriste za merenje temperature, nego kao elementi za zaštitu. • Merni opseg je uzak, ali je osetljivost deset puta veća u odnosu na NTC. • Proizvode se od barijum-titanata (BaTiO3) koji je izolator, ali se dopiranjem smanjuje njegova otpornost. Dobija se sinterovanjem mlevenog materijala slično kao NTC. Tehnička škola Zaječar

  48. POLUPROVODNI SENZORI TEMPERATURE • Tranzistor kao senzor temperature. Porast temperature utiče na promenu inverzne struje ICB0 kroz inverzno polarisani spoj kolektor-baza. Tipične vrednosti ovih struja su 1 mA za silicijumske tranzistore i 100 mA za germanijumske tranzistore na temperaturi 20 °C. Sa porastom temperature za 10 °C ova se struja udvostručava ali je i dalje teško meriti tako male struje. Veću praktičnu primenu ima promena napona baza-emitor UBE ,koja je generalno nelinearna, ali se u opsegu -270 °C ÷ 200 °C može aproksimirati linearnom funkcijom • Dioda kao senzor temperature je jednostavnija u odnosu na tranzistor, manji su joj gubitci i ima brži odziv. Za praktičnu primenu se koriste i direktna i inverzna polarizacija diode s tim što je, pri direktnoj polarizaciji, opseg temperatura veći. Pored klasičnih dioda upotrebljavaju se i tzv. tranzistorske diode koje nastaju spajanjem kolektora i baze tranzistora • Tranzistori i diode se najčešće koriste za izradu temperaturnih relea minijaturnih dimenzija tako da mogu da se ugrade direktno u elektronske uređaje i čipove gde uključuju zaštitu od pregrevanja. Tehnička škola Zaječar

More Related