Slide 1

ELASTICNI SENZORI ZA MJERENJE PRITISKA62BURDONOVA CIJEV63MEMBRANE I MJEHOVI66DILATACIONI SENZORI TEMPERATURE69IZRADA TERMOPAROVA72TERMISTORI NA BAZI PROMJENE ELEKTRICNOG OTPORA-OTPORNICKI TERMOMETRI76TERMISTORI11Elasticni senzori za mjerenje pritiskaZa prakticna mjerenja apsolutnog pritiska u statickim i dinamickim uslovima najcesce se koriste senzori na principu elasticnih deformacija tankih metalnih eleemenata. Elasticni element moze da pokrece mehanizam s kazaljkom kojom se ocitava pritisak.Najrasprostranjeniji elasticni senzori za mjerneje pritiska su Burdonove cijevi, membrane i mijehovi. Instrumenti na bazi ovih senzora se koriste za mjerenje nsiskih i visokih pritisaka koji dostizu velicinu od 7108 Pa.Elektricni senzori optereceni iznad dozvoljene granice trajno mijenjaju svoje karakteristike o cemu se u eksploataciji mora voditi racuna.2Burdonova cijevNajstariji i najcesce koristeni elasticni senzor za mjerenje pritisa je Burdonova cijev. Osnovni tip Burdonove cijevi je C oblik. Poprecni presjek cijevi je spljostenog ili elipsastog oblika. Pod djelovanjem razlike unutrasnjeg i vanjskog pritiska poprecni presjek cijevi tezi da dobije oblik blizak kruznom.

3Kod analize deformacija Burdonove icjevi pokazuje se da kraca osa a elipsastog presjeka i ugao cijevi imaju relativne deformacije linearno proporcionalne razlici unutrasnjeg pritiska i vanjskog:

Osjetljivost Burdonove cijevi se moze povecati na sljedece nacine:-smanjenjem debljine cijevi-povecanjem spljostenosti poprecnog presjeka-smanjenjem radijusa krivine cijevi-smanjenjem modula elasticnosti.Osjetljivost Burdonove cijevi raste s povecanjem mogucnosti zakretanja. Za mjerenje pritiska se konstruisu cijevi helikoidalnog, spiralnog ili uvijenog oblika ciji ugao uvijanja iznosi od 1 do 10 punih obrtaja. Za mjerenje visokih pritisaka moze biti upotrijebljena i elasticna cijev gdje je promjena precnika cijevi izlazna velicina koja se prati.

4

Kao materijal za izradu ovih cijevi najcesce se koriste razlicite vrste celika, bronze i drugih legura. Ovi materijali moraju imati sto manje unutrasnje gubitke, sto manji histerezis.5Membrane i mijehoviMjerni ureaji na bazi membrana koriste se u sirokom opsegu pritisaka pocevsi od nizeg vakuuma pa do pritiska do preko 108 Pa. Sila zbog razlike pritiska koji djeluju sa jedne i druge strane elasticne membrane izaziva deformaciju mmebrane proporcionalnu velicini razlike pritiska, u opstem slucaju deformacija predstavlja nelinearnu funkciju pritiska. Ovi senzori se koriste u ogranicenom opsegu gdje im je karakteristika priblizno linearna, tj gdje nelinearnost ne prelazi od 1% do 5 %.6

7Za razliku od ravnih membrana, naborane membrane ili mijehovi daju vece izlazno pomjeranje, od 5 mm do 10 mm. Broj i debljina navoja na mijeh zavisi od potrebne osjetljivosti. Mjehovi se upotrebljavaju za mjerenje malih pritisaka, i u uslovima kada su ptebni veliki pomaci za male promjene prtiska.Uobicajeno mjerno podrucje primjene mjehova je do 15 bara.

8Dilatacioni senzori temperatureTermometri iz ove grupe nazivaju se jos i bimetalni a rade na principu povecanja dimenzija cvrstog tijela s porastom temperature. U odreenom temperaturnom intervalu zavisnost duzine tijela od temperature priblizno je linearna:l(T)=l0(1+T)Gdje je l0 duzina na temperaturi 0C a koeficijent linearne dilatacije cvrstog tijela (sirenja).Ovaj pretvarac se konstruise tako sto su kuciste i sipka od razlicitih materijala. Pri zagrijavanju dolazi do razlicitog iznosa sirenja ovih elemenata i do njihovog relativnog pomjeranja za iznos l. Ovo pomjeranje se dalje prenosi na meanicki pokazivac ili se koristi kao ulaz za neki od senzora pomjeranja. Ovi senzori se uobicajeno prave od bakra, mesinga, legura zeljeza itd. Mjerni opsezi za mjerila od bakra su 0-150C a od mesinga 0-400C dok im je rezolucia 0,1C. Dilatacioni senzori temperature koriste se u gradnji termostata- dvopozicionog(relejnog) regulatora temperature.

9

10Bimetalni senzori ztemperature izvode se u obliku trake, spirale ili helikoide, od dva sloja razlicitih materijala, npr invar-mesing, invar-celik i drugi.

11Izrada termoparovaPri izradi termoparova najbitnija su termoelektricna svojstva materijala. Za relativnu usporedbu materijala moze e koristiti termoelektricni niz, koji pokazuje koliki je termoelektricni napon u mV/K za neki materijal u spoju s bakrom ili platinom.

12Za izradu termoelemenata mogu se koristiti bilo koja dva cista metala ili legure. Kod prakticnih realizacija ogranicen je broj kombinacija jer se od materijala zahtijeva:-stabilnost i ponovljivost termoelektricnog svojstva-jednoznacna i po mogucnosti linearna zavisnost termoelektricnog napona od temperature-visoka osjetljivost-homogenost materijala po duzini provodnika-mogucnost zavarivanja i mehanicke obrade-mehanicka cvrstoca.Oznacavanje termoelemenata vrsi se prema ANSI standardu.

13Za svaki tip propisani su:-dozvoljeno temperaturno podrucje-radno okruzenje-maksimalna temperatura pri kratkotrajnom zagrijavanjuPrvi metal u nazivu termopara predstavlja pozitivni, a drugi negativni prikljucak.Termoparovi od tanje zice osjetljiviji su na difuziju, necistoce, koroziju i nehomogenost nego termoparovi od deblje zice. Termoaprovi se prave tako sto se dvije zice od termoelektricnog materijala spoje na toplom kraju i zastite keramickom izolacijom i metalnim oklopom. Spajanje se vrsi:-lemljenjem pomocu metala sa nizom tackom topljenja-zavarivanjem tako da se na vrhu spoja formira kuglica-potapanjem u rastopljeni metal-zice se pricvrste trakom ili stezaljkom14Termoparovi su osjetljivi na mehanicko i hemijsko djelovanje radne sredine, pa se oko njih stavlja zastitna armatura. Uzemljeni spoj je u slucaju kada je topli kraj zavaren za metalnu oblogu, i tada su zice sastavni dio zastitnog zida.Znacajan izvor gresaka u mjerenju pomocu termoparova je mehanicko naprezanje toplog kraja koje se javlja kao posljedica termicke dilatacije.

15Termistori na bazi promjene elektricnog otporaOtpornicki termometriElektricni otpor metala i legura se povecava sa porastom temperature.Za izradu termometara na bazi promjene elektricnog otpora najvise je u upotrebi termometar od platine, jer se platina moze dobiti sa cistocom od 99,99% a moze se koristiti u temperaturnom intervalu od -260C do 650C.Odnos elektricnog otpora na 100C i 0C platine je:R100/R0=1,385-1,391 i specificiran je za industrijsku primjenu s tacnoscu 0,5% a za specijalne namjene sa tacnoscu 0,2%.Zavisnost elektricnog otpora o temperaturi data je aproksimacijom preko polinoma:

gdje je T0 referentna temperatura (najcesce 0C) a R0 referentni otpor na toj temperaturi (najcesce 100).

16Vrijednost elektricnog otpora se racuna prema izrazima:a) Za podrucje temperatura T=(-200-0) CR(T)=R0[1+AT+BT2+C(T-100)T3]b) Za podrucje temperatura T=(0-850) CR(T)=R0[1+AT+BT2] gdje su vrijednosti konstanti:A=3,9080210-3 K-1B=-5,8019510-7 K-2C=-4,2735010-12 K-4

17

18Prednosti platinskih otpornih senzora temperature su:visoka tacnostvisoka osjetljivostvelika linearnost, veca nego kod termoelemenatastabilna i reproducibilna staticka karakteristikamale dimenzije i niska cijena.

Nedostaci metalnih termootpornika su:potreban je vanjski izvor energije jer se radi o pasivnom senzoruniska normalna vrijednost otpora na 0Cpojava samozagrijavanjaosjetljivost pojedinih izvedbi na mehanicke udare i lom.19TermistoriTermistori su otpornici osjetljivi na temperaturu (Thermally sensitive resistor). Za vecinu termistora otpor opada sa porastom temprature, sto znaci da je koeficijent temperaturnog otpora negativan.Za izradu termistora koriste se poluprovodnicki materijali. Najcesce su to gemanijum, oksidi metala hroma, gvoa, kobalta, nikla itd. Smjesa oksida u prahu se sinteruje na temperaturama iznad 1000C, cime se formiraju otpornici oblika loptice, diska ili cilindra. Glavna prednost NTC termistora u odnosu na druge temperaturne senzore je velika osjetljivost koja omogucuje konstrukciju jednostavnih i pouzdanih termomeara. Termistori najcesce imaju oblik diska, prstena ili cilindra.20

21Otpornost NTC termistora je nelinearna funkcija temperature koja je, pri zanemarljivoj disipaciji, data izrazom:

Gdje su A i B konstante koje karakterisu odreeni termistor. Otpor na referentnoj temperaturi T1 je poznat:Izmjereni otpor na temperaturi T2 je: Dijeljenjem ovih izraza moze se odrediti mjerena temperatura:

22Dobre osobine termistora:visoka osjetljivost na temperaturne promjenemale dimenzijevelika brzina odzivavelika vrijednost nominalnog otporaneosjetljivost na otpor prikljucnih vodova zbog velikog nominalnog otporapovecanje stabilnosti sa starenjemniska cijenaNedostaci :izrazito nelinearna karakteristikamali temperaturni opsegnestabilnost na visim temperaturamavelike varijacije parametara, zamjena drugim termistorom problematicnapovecano samozagrijavanje zbog malih dimenzija23