Struktura

Snímače teploty - termočlánky

Snímače teploty - termočlánky

Pro měření teploty využívají termoelektrický jev (Seebeckův). Mějme dva vodiče s různou výstupní prací elektronů. Tyto vodiče jsou na jednom konci vodivě spojené (svařením, spájením, skroucením). Spojené konce vytvářejí měřicí spoj termočlánku, zatímco volné konce jsou srovnávací spoj. Je-li měřicí spoj na jiné teplotě než srovnávací spoj, objeví se mezi oběma vodiči stejnosměrné napětí úměrné rozdílu teplot mezi měřicím a srovnávacím spojem. Při použití kovových vodičů je toto napětí maximálně 5,2 mV na 100 stupňů teplotního rozdílu. Polarita napětí závisí na tom, který z obou spojů je teplejší. Pro měřicí účely se používají dvojice kovů:

obrazek

Termočlánek:

Dva různé kovy na jednom konci svařené, u kterých se při zahřívání svařeného konce objeví mezi volnými konci malé ss napětí (termoelektrické napětí) řádově mV, které je úměrné rozdílu teplot mezi měřícím a porovnávacím koncem.

obrazek

Obr. 1: Princip termočlánku

Napětí na termočlánku je dáno rozdílem teploty jeho teplého a studeného spoje. Aby naměřené napětí mohlo být spojeno s teplotou teplého konce, je třeba znát teplotu studeného konce termočlánku. Samozřejmě že teplota studeného konce musí být stabilizována na zvolené hodnotě. Výhodná je volba teploty 500C, protože stačí pouze na této nevysoké teplotě studené konce ohřívat různě intenzivně v závislosti na teplotě okolí. K tomuto účelu se vodiče termočlánku přivádějí na svorky do termostatu, odkud pak pokračuje přenos signálu napětí k vyhodnocovacímu přístroji (ručkové měřidlo nebo A/Č převodník) měděnými vodiči. Protože je neúnosné vést dlouhá vedení z drahých kovů, ze kterých se mnohé termočlánky vyrábějí, je spojení mezi svorkami termostatu a termočlánkem z drahých kovů provedeno levnějším kompenzačním vedením. Mezi vodiči kompenzačního vedení a vodiči termočlánku při teplotě svorek je minimální termoelektrické napětí. Samotný termočlánek o délce kratší než jeden metr je umístěn v jímce a je kryt keramickými trubičkami (kapilárami).

Zapojení termočlánku:

oddálení porovnávacího konce

obrazek

Obr. 2: Zapojení termočlánku s oddáleným porovnávacím koncem

Do místa I. se dostaneme vedením ze stejných materiálů jako má termočlánek. Tyto kovy mají špatné elektrické vlastnosti, proto k mV-m ve velké vzdálenosti pokračujeme vedením například z mědi.

použití termostatu

Aby nedocházelo ke kolísání teploty porovnávacího konce termočlánku (tzv. přídavná chyba měření), umístíme do termostatu pomocný termočlánek. Potom jsou termočlánky zapojeny proti sobě a výsledné napětí bude :

obrazek

Obr. 3: Zapojení termočlánku s použitím termostatu

použití kompenzační krabice

obrazek

Obr. 4: Zapojení termočlánku s použitím kompenzační krabice

Kompenzační krabice obsahuje odporový můstek, který má v jednom rameni teplotně závislý prvek a je seřízen tak, že na výstupu vytváří kompenzační napětí stejné velikosti, jako je pokles napětí termočlánku způsobený zvýšením teploty porovnávacího konce.

 

obrazek

Obr. 5: Provedení termočlánku

Termoelektrické teploměry nepotřebují napájecí zdroj, umožňují nejpřesnější měření teplot v rozmezí 630°C až 1100°C. Lze měřit povrchové teploty, ve škvírách, mezi závity apod. Lze je považovat za nevýbušné. Mohou být zhotoveny i improvizovaně ze dvou drátů připojených na milivoltmetr. Nevýhodou je nízká hladina signálu, který může být snadno zarušen.

 

Zdroje

  • BENEŠ, P. a kol. Automatizace a automatizační technika 3, Prostředky automatizační techniky. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2003. ISBN 80-7226-248-3.
  • Měřící člen regulačního obvodu. [online]. [cit. 2014-08-10]. Dostupné na WWW: <http://www.spsei.cz/att/soubory/automatizace.pdf>.
  • SCHMID, D. a kol. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. 1. vyd. Praha: Europa - Sobotáles, 2005. ISBN 80-86106-10-9.
  • Základy automatizace. [online]. [cit. 2014-07-15]. Dostupné na WWW: < http://www.elearn.vsb.cz/archivcd/FS/Zaut/Skripta_text.pdf>

 

 

Logolink