Masurarea electrica a temperaturii

Masurarea electrica a temperaturii

Pentru masurarea pe cale electrica a temperaturii se folosesc termometre electrice cu termorezistoare sau cu termocupluri, si pirometre, denumite si termometre de radiatie.

a) Termometrele electrice cu traductoare termorezistoare se bazeaza pe variatia rezistentei electrice cu temperatura. Se utilizeaza fie rezistoare metalice din cupru, nichel sau platina, fie termistoare.

Luand in considerare o variatie a rezistentei de forma:

sunt date in tabelul de mai jos proprietatile aferente ale unor metale utilizate pentru termorezistoare.

Se construiesc in mod uzual termorezistoare avand rezistenta electrica de 50 W sau de  100 W la 0 ⁰C (simbolizate de exemplu prin Cu100, Pt50).

In cazul termistoarelor, care sunt rezistoare obtinute prin sintetizare din pulberi de oxizi metalici, variatia rezistivitatii cu temperatura are forma:

unde T este temperatura in grade absolute (Kelvin), iar b este o constanta a carei valoare depinde de natura materialului. Termistoarele pot avea rezistenta electrica mult mai mare decat termorezistoarele metalice (1 200 kW la 20 ⁰C), ceea ce reprezinta un avantaj pentru efectuarea de masuratori la distante mari, rezistenta conductoarelor de legatura putand fi neglijata.

Circuitul si aparatul indicator al unui termometru electric cu rezistoare, etalonat direct in unitati de temperatura, poate fi o punte Wheatstone neechilibrata, sau un logometru magnetoelectric. Schema cu punte Wheatstone, Fig. 20, este alimentata printr-un bloc de redresare si stabilizare, pentru ca masuratorile sa nu fie influentate de variatia tensiunii de alimentare. Aparatul indicator este un milivoltmetru magnetoelectric, a carui deviatie este determinata de tensiunea de dezechilibru a puntii. Rezistorul reglabil R_C impreuna cu termorezistenta R_q, aflata in incinta unde se masoara temperatura, si cu rezistorul R₄ se afla toate in cea de-a patra latura a puntii. R_C se foloseste pentru etalonarea schemei (a termometrului), in sensul ca atunci cand R_q se afla la o temperatura q cunoscuta, aceasta rezistenta se regleaza pana cand aparatul indicator arata temperatura q

In figura 21 este reprezentata o schema de masura a temperaturii prin intermediul traductorului rezistiv R_q , utilizand ca aparat indicator un logometru magnetoelectric. Reamintim ca deviatia unui astfel de aparat este functie de raportul I₁/I₂ al curentilor prin cele doua bobine. Curentul I₂

este independent de valoarea R_q a rezistentei traductorului de temperatura, iar I₁ depinde de R_q , care la randul sau depinde de temperatura q de masurat. Prin urmare, exista urmatoarea succesiune de dependente:

Rezistenta R_C se foloseste pentru etalonarea schemei.

b) Termometrele electrice cu termoelemente (termocupluri) pot masura temperaturii in gama - 200 ⁰C 2000 ⁰C. Traductorul de tip termocuplu (sau termoelement) este constituit din doua conductoare a, b, Fig. 22 din materiale diferite, asamblate prin sudura la unul din capete P₁, care se numeste jonctiune de masura. Celelalte extremitati, Fig. 22, se conecteaza prin intermediul conductoarelor de legatura la aparatul indicator al schemei, care este un milivoltmetru magnetoelectric, gradat in unitati de temperatura. Atunci cand cele doua jonctiuni se afla la temperaturi q q diferite, circuitul se caracterizeaza printr-o tensiune termoelectromotoare:

Prin urmare, daca q se mentine constanta, independent de q , atunci tensiunea electromotoare E este proportionala cu temperatura q a jonctiunii de masura.

Principalele tipuri de termocupluri utilizeaza drept conductoare cuprul, constantanul (60Cu 40Ni), cromelul (90Ni 10Cr), fierul, alumelul (4Si 2Al 2Mn 0,17Fe 91,83Ni), platina si platin-rhodiul (90Pt 10Rh). Caracteristicile principale sunt prezentate in tabelul urmator.

c) Termometre de radiatie. Termometrele cu termorezistente sunt limitate la temperaturi in jur de 700 ⁰C, iar cele cu termocupluri la 1500 ⁰C. Dificultatile legate de masurarea temperaturilor inalte se inlatura facand apel la radiatia termica emisa de obiectul a carui temperatura se masoara. Aceste aparate se numesc termometre de radiatie, sau pirometre si pot fi pirometre cu radiatie totala, respectiv pirometre cu radiatie partiala.

Un corp absolut negru aflat la temperatura T, radiaza in spatiul inconjurator fluxul termic:

unde A este aria suprafetei radiante, iar (legea lui Stefan-Boltzmann).

In cazul pirometrului cu radiatie totala, radiatia corpului a carui temperatura se masoara este concentrata de un obiectiv pe traductorul aparatului, care este o placuta inegrita, pe care este fixata jonctiunea de masura a unui termocuplu. Astfel, fluxul receptionat de placuta, care este proportional cu temperatura de masurat, este convertit intr-o tensiune termoelectromotoare masurata de un milivoltmetru.

Pirometrele cu radiatie partiala, Fig. 24, utilizeaza pentru masurarea temperaturii numai radiatia corpului corespunzatoare spectrului vizibil, comparand-o prin intermediul ochiului cu radiatia unui filament. Aceasta din urma este dependenta de curentul prin filament, care este astfel o imagine a temperaturii T de masurat.