8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
1/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20101
LUCRAREA Nr. 1
Metode i aparate pentru msurarea temperaturii1. DEFINIII
Temperatura= mrime de stare care caracterizeaz intensitatea strii de micarea particulelor care compun un corp (molecule, atomi, ioni).Temperatura are valoarea zero doar atunci cnd nceteaz orice form de micare amateriei (starea de zero absolut)
Teoria cinetico-molecular:23
2 2wkT
= dac: 00 == wT
Stare de echilibru termic(termodinamic) = stare care corespunde stabiliriiechilibrului energetic att n interiorul corpului ct i ntre acesta i mediul su
exterior (corpurile care l nconjoar). Aceasta stare presupune ca toate corpurile care
sunt n contact s aib aceiai temperatur. Scar de temperatur = un ir de numere stabilite n baza unei anumite
convenii, care permite atribuirea de valori numerice temperaturii i gradareaaparatelor de msur.
2. SCRI DE TEMPERATURGradul de temperaturCelsius : 1/100 din intervalul de temperatur cuprins ntre
temperatura de topire a gheii i cea de fierbere a apei la presiunea normal (760 mmHg)
Gradul de temperaturFahrenheit: 1/180 din intervalul de temperatur cuprinsntre temperatura de topire a gheii i cea de fierbere a apei la presiunea normal.
Scara de temperatur poate fi:a)empiric: originea este stabilit arbitrar (Celsius, Fahrenheit);b) termodinamic absolut: originea este stabilit n zero absolut - unde
temperatura ca parametru de stare este fizic zero (Kelvin, Rankine) ;
c) internaional practic: scar utilizat pentru gradarea i controlulperiodic al instrumentelor, n care sunt atribuite valori numerice pentru temperatura unui
numr de stri fizice uor de reprodus - puncte de fierbere sau solidificare al unor
substane pure (hidrogen, neon, oxigen, apa, zinc, argint, aur).
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
2/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20102
Relaii matematice ntre diferite scri de temperatur:
( ) ( ) 15,273o += CtKT
( ) ( )[ ]329
5 oo = FtCt ( ) ( ) 325
9 oo += CtFt
3. METODE I APARATE PENTRU MSURAREA TEMPERATURIII) Metode de msurare prin care corpul termometric este adus n contact direct cu
sistemul studiat;
Condiii: - realizarea echilibrului termic ntre corpul termometric i sistem
- masmica corpului termometric pentru a nu modifica temperatura
sistemului
A) Aparate bazate pe dilatarea corpurilor solide sau lichide.B) Aparate bazate pe variaia presiunii corpului termometricC) Aparate bazate pe variaia rezistenei electrice cu temperatura;D) Aparate bazate pe efectul termoelectric;E) Procedee speciale de msurare a temperaturii.
II) Metode de msurare de la distan.Se bazeaz pe radiaia termic emis de corpuri
A) metode bazate pe msurarea radiaiei termice a unui corp;B) metode bazate pe schimbarea culorii corpurilor cenuii;C) metode bazate pe msurarea emisiunii electronice a corpurilor solide i gazoase
prin observarea liniilor spectrale.
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
3/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20103
4. DESCRIEREA UNOR METODE I APARATE DE MSURARE ATEMPERATURII
I) Metode de msurare a temperaturii prin care corpul termometric este adus ncontact direct cu sistemul studiat
A) Aparate bazate pe dilatarea corpurilor solide sau lichide
A.1Aparate bazate pe dilatarea corpurilor solide- Se bazeaz pe fenomenul de dilatare liniar a unei tije sau lame metalice:
( )tll += 10 a) Termometre metalice (cu tij)
Acul indicator este deplasat datorit diferenei de dilatare dintre teaci tij.
Se execut pentru temperaturi de maxim 500oC
Se utilizeaz pentru msurarea temperaturii lichidelor
Poate avea contacte electrice acionate la atingerea unor anumite temperaturi.
b) Termometre bimetalice
urub Contact
Conductori
Benzi metalice lipite
Postament
Fig.1. Termometru metalic cu tij
Oel+25%Ni+ 5%Mo
= 2010-6
K-1
Invar (oel+36%Ni)
= 210-6
K-1
Fig.2 Lamela bimetalic
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
4/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20104
Domeniul de msurare: - 50...450
o
CPoate fi utilizat la instalaii n aer liber.
A.2 Aparate bazate pe dilatarea lichidelor (termometre cu lichid)
Fig. 3.Termometrul cu spiral bimetalic
Fig.4 Principiultermometrului cu lichid
Fig.5 Astronomul suedez Anders Celsius (1701-1744)i termometrul realizat de el n1742.
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
5/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20105
Principiul de funcionare: dilatarea volumic a lichidelor:
( )tVV v0 1 +=
Lichide termometrice
Fig.6 Termometru cu scarinterioar Fig.7 Termometru baghet
Fig.8 Termometru cu tijdreapt Fig.9 Termometru cu cot
Limite de utilizare[oC] t [oC] (la pN) v
Lichidul
inferioar superioar solidificare fierbere [K-1
] 103
Mercur 30 700 38,86 356,7 0,18
Toluen 90 100 95 110,8 1,07
Alcool metilic 95 60 98 64,5 1,19
Alcool etilic 100 75 117 78 1,03
Pentan 120 20 130 36 1,52
Aliaj de Galiu 0 1050 23 1700 0,55
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
6/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20106
a) b) c)
Fig. 10 Alte tipuri de termometrea) Termometru cu contacte electrice, b) Termometru de camerc) Termometru Galilei
Magnet
permanent
Tije
filetat
Piuli
oval
Fir metalic
Coloana
de
mercur
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
7/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20107
Termometrele de sticl se protejeaz cu ajutorul unor teci metalice n care se introduce
ulei sau, pentru temperaturi peste 150 oC, pilitur de cupru sau aluminiu.Montarea tecii trebuie s asigure poziionarea rezervorului pe ct se poate n centrul
conductei; n cazul conductelor de diametru mic montarea se va face oblic, ctre amonte.
B) Termometre manometrice
Principiul de funcionare: variaia presiunii corpului termometric n raport cu
temperatura.
B.1. Termometre manometrice cu gaze
Fig.12. Schema de principiu a unui termometru manometric
Are cea mai mic rspndire.
Legea fizic utilizat: legea lui Charles (izocora):
0
0 T
Tpp =
Gazul utilizat: CO2, N2, aer
Limite de utilizare: -60 oC ... +550 oC
Scara este liniar
Fig. 13 Termometru cu gaz
Rezervor
Tub
capilar
Aparat de
msur
Tub de
legtur
Termometru
Teac protecie
Ulei (t< 180C)Pilitur Cu,Al,oel (t> 180C)
a)
D
2
3D
b)
D
2
3D
c)
Fig.11. Montarea n instalaii i protejarea termometrelor tehnice
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
8/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20108
B.2. Termometre manometrice cu vapori
Legea fizic utilizat: Variaia presiunii vaporilor saturai n raport cu temperatura
(ecuaia Clausius - Clapeyron):
TTc
T
bap lnln +++=
Ageni utilizai: freon, clorur de metil, alcool etilic
Domeniu de utilizare: -60...+200 oC
Fig.14. Termometru manometric cu vaporiScara este neliniar.
Pot avea contacte electrice de minim i/sau maxim.
C) Aparate bazate pe variaia rezistenei electrice a corpurilor
C.1. Termometre cu rezisten electricLegea fizic utilizat: variaia rezistenei unui metalic cu temperatura:
( )tRR += 10
Fig.15 Variaia rezistenei electrice a diferitelor metale cu temperaturaMateriale uzuale pentru termorezistene
RezistenGrosime fir
[mm]
Rezistivitatea
[mm2/m]
Limite de msur
[C]
Platin 0,05-0,07 0,1 180630Cupru 0,1 0,017 50150
8
7
6
5
43
2
1
0
R /R0 Fe
Ni
PtCu
100 200 300 400 500 600 700 C
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
9/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 20109
Fig.16. Schema de principiu a unei termorezistene1 - teacmetalicde protecie2 - piulide fixare3 - cutie de conexiune4 - suport ceramic5 - firul termorezistenei
Fig.17. Construcia termorezistenei
Metode de msurare a rezistenei electrice:
Fig.18 Metoda punii neechilibrate Fig.19 Metoda punii echilibrate manual
( ) 231 RRRRR Ct +=
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
10/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 201010
Fig. 20 Logometrul
Fig 21 Termometru cu termorezisten
C2. Termometre cu termistoare
Este un material semiconductor, a crui rezisten variaz mult cu temperatura, n
special n domeniul temperaturilor joase, dup o lege exponenial de forma:
T
b
T eaR =
Se fabric n general din amestecuri de oxizi cu proprieti semiconductoare, cum suntoxizii de Mn, Co,Fe, Zn,Al. n form de disc sau baghet.
Fig. 22 Variaia rezisteneitermistorului cu temperatura.
1-termistor 2-platina
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
11/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 201011
D) Aparate bazate pe efectul termoelectric
Principiul de funcionare: efectul termoelectric (efectul Seebeck)
ntr-un circuit nchis format din dou sau mai multe conductoare diferite, ia natereun curent electric, daccel puin doupuncte de legturau temperaturi diferite.
a) b)Fig.23. Montarea milivoltmetrului pentru msurarea tensiunii termoelectromotoare:
a) la lipitura rece; b) la termoelectrod.
Fig.24. Meninerea temperaturii sudurii reci
Simbol A (+) B (-)Tmax
(func.cont.)
Tmax
(func.interm.)J Fe Constantan 600 C 800 C N Ni NiCr 900 C 1200 C
KCromel
(Ni+Cr+Fe)
Alumel
(Ni+Al+Mn+Si)900 C 1300 C
S Pt PtRh(10%Rh) 1550 C 1850 C
- W MoAl 2000 C 2000 C
- Rh IrRh 2400 C 2400 C
Cablu de
compensare
Constantan
Fier
Cuptor
12
3 2' 3'
Electrod din fier
Electrod din
constantan
Vas Dewar
mV
Fire
din cupru la
milivoltmetru
Cablu de compensare
mV
mV
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
12/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 201012
Con ntreg
Con topit
Con indicator
Fig.25 Diferite tipuri de termocupluri i instrumentul de msur
E) Metode bazate pe schimbarea strii corpului termometric
E.1 Conuri SEGERi Conuri ORTON
Fig.26. Conuri ORTON
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
13/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 201013
E.2 Termoculori
II) Metode de msurare a temperaturiide la distan
A) Metode bazate pe msurarea radiaiei termice a unui corpA.1 Pirometru optic monocromatic
Fig.27. Pirometrul optic schia de principiu1 obiectiv; 2 lampcu filament;3 ocular;4 filtru rou;5 reostat; 6 rozeta reostatului;7
filtru neutru;8-manetpentru acionarea filtrului.
Fig..28 Variaia luminozitii filamentului
CuloareSubstan chimic
iniial finalt [C] Reversibilitate
Sulfur de Hg roucafeniu-
negru230250 da
Cromat de Pb roucafeniu-
negru230250 nu
Iodur de
Hg i Agrou maro 70 nu
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
14/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 201014
- Se utilizeaz pentru msurarea temperaturiiobiectelor incandescente: metale topite, flcri,
piese metalice cu temperatura peste 550 oC
- Precizia de msurare:1..5 oC- Aparatul este etalonat n raport cu corpul negru,
necesitnd corecii n funcie de factorul de
emisivitate al corpului a crui temperatur se
msoar.
Fig.29 Prometru optic Pyrolux.
A2.Pirometru de radiaie total
Fig. 30 Schema i aspectul unui pirometru de radiaie total1-obiectiv; 2-termocuplu; milivoltmetru
Are aceleai utilizri ca i pirometrul optic monocromatic
Domeniul de msurare: temperaturi mai mari de 700 oC
8/3/2019 Metode i aparate pentru msurarea temperaturii
15/15
Catedra de Termotehnic, Maini Termice i Frigorifice
S.Dimitriu 201015
Fig. 31 Termometru in infrarou
Termometrele n infrarou permit msurarea temperaturii corpurilor prin captarea
radiaiei infraroii emis de acestea
Domeniul de msurare: -20...250 oC; -30..900 oC
Se construiesc pentru factor de emisie fix sau cu factor de emisie variabil.
Au sistem de vizare cu laser.