mjerenje u termotehnici_nastavni materijali

8/9/2019 Mjerenje u Termotehnici_nastavni Materijali

1/178

Dobrodošli na nastavu iz

MJERENJE UTERMOTEHNICI


2/178

UVOD U MJERENJE


3/178

MJERENJE FIZIKALNIH VELIČINA

Mjerenje je skup aktivnosti s ciljem određivanje vrijednosti neke veličine

Rezultat mjerenja je vrijednost pridijeljena određenoj veličini dobivenamjerenjem


4/178

DIJAGNOSTIČKA MJERENJA

• Mjerni uređaj

• Mjeritelj


5/178

PROCESNA MJERENJA

• Mjerni sustav• Proces - nadzor i regulacija

https://www.google.hr/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.oaza-primosten.com%2Fwp-content%2Fuploads%2Fhrvatska.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.oaza-primosten.com%2Fbot-nav-eng%2Fuseful-informations%2F&docid=PA8wQjw3xuD3mM&tbnid=fT4GLrMPfdK0zM%3A&w=433&h=415&ei=QqguVLfsKYXyPNP3gOAD&ved=0CAIQxiAwAA&iact=c


6/178

Temperatura i mjerenje temperature

Temperatura je fizikalna veličina koja odražava termodinamičko stanje materije.Prema međunarodnom sustavu jedinica (SI) mjerna jedinica za temperaturu je Kelvin

(K).Definira se kao 273,16-ti dio termodinamičke temperature trojne točke vode.Na toj jedinici temelji se osnovna temperaturna mjerna skala koja započinje s tzv.apsolutnom nulom (0 K), pri kojoj prema molekularnoj teoriji zamire svako gibanje

čestica.Razlike temperature mjere se stupnjevima Celzija (°C) na Celzijevoj temperaturnojskali.Jedan stupanj Celzija po iznosu je jednak Kelvinu.


7/178


8/178

Kontaktno i beskontaktno mjerenje temperature

Kako je upravo spomenuto, razlikuju se dva načelno različita pristupa mjerenju temperature:• Kontaktno mjerenje temperature• Beskontaktno mjerenje temperature.

Kontaktno mjerenje temperature, kako to sam naziv pokazuje, temelji se na uspostavi dodiraizmeđu mjerenog objekta i osjetnika temperature mjernog uređaja. Već sama ta činjenica upućuje na ograničenje primjene takvih mjernih metoda na objekte kojima je moguće pristupiti.

Beskontaktno mjerenje temperature služi određivanju temperature objekata bez fizičkog kontaktas njima. Ovdje će biti riječi samo o uređajima čiji se rad temelji na određivanju intenziteta zračenja objekata kao što su bolometri, pirometri i termografski uređaji. Oni omogućuju mjerenje

temperature na proizvoljno udaljenim objektima, ako su ispunjeni određeni uvjeti, od kojih jenajvažniji onaj da objekt mjerenja mora biti “vidljiv” osjetniku mjernog uređaja.


9/178

Vrste termometara

Termometrom u širem smislu treba smatrati svaki uređaj za mjerenje temperature, no u užem smislu se termometrom može nazvati instrument za kontaktno mjerenje temperature. Tada semože razlikovati sljedeće vrste termometara:• termometri rastezanja,

• termoparovi,• otpornički termometri,• poluvodički termometri.


10/178

Termometri rastezanja

Termometri rastezanja koriste efekt promjene duljine ili volumena neke tvari u ovisnosti o

temperaturi. Neki primjeri termometara rastezanja prikazani su na sl.

Primjeri termometara rastezanja


11/178

Shema spajanja termopara

Termoparovi

Termoparovi svoju funkciju u mjerenju temperature ispunjavaju u skladu sa Seebeckovim

efektom prema kojemu se u dva različita materijala A i B generira električni napon, ovisan orazlici temperature T1, njihovog spoja i usporedbene temperature T2


12/178

Termometri s termoparom


13/178

Shema spajanja termopara s

usporedbenom temperaturom


14/178

Otpornički termometri

Otpornički termometri su druga skupina električnih termometara kod kojih se koristi svojstvomaterijala da mijenjaju električni otpor u ovisnosti o temperaturi. Promjena otpora s temperaturom

nije potpuno linearna, pa se ovisno o potrebnoj točnosti i mjernom opsegu za izračun temperaturena temelju izmjerenog otpora, koriste polinomi tipa:

gdje R o referentni otpor pri zadanoj temperaturi, a koeficijenti A, B i C konstante ovisne o vrsti

materijala otporničkog osjetnika temperature. Danas se u tehničkoj praksi najčešće koristeotpornički termometri s osjetnikom izrađenim od platine, tako da im je pri 0°C otpor R o = 100 Ω.Oznaka takvog termometra je Pt 100. U sljedećoj tablici dane su vrijednosti otpora pri nekimkarakterističnim temperaturama za Pt 100 termometar.

Vrijednosti električnog otpora Pt 100 otporničkog termometra

Iz vrijednost prema Tablici 12.2 proizlaze konstante polinoma za Pt 100:


15/178

Konstrukcija otporničkogtermometra


16/178

Sheme spajanja otporničkogtermometara


17/178

Shema bolometra

Mjereni objekt 1 sa svoje površine odzračuje energiju gustoće E z, u skladu sa Stefan-Boltzmannovim zakonom

Ovisnost promjera vidnog polja o udaljenosti


18/178

Pogreške mjerenja bolometrom uslijedneodgovarajućeg vidnog polja


19/178


20/178


21/178


22/178


23/178


24/178


25/178

Što je mjerenje odnosno rezultat mjerenja? Simbolični prikaz stanja, događaja odnosno

svojstva u postupku donošenja odluke

Rezultat mjerenja –> iznos mjere

Rezultat mjerenja ne mora nužno biti numerički !


26/178


27/178


28/178

OSJETNICI TEMPERATURE

• Otporni osjetnici,

• Termistori- temperaturno osjetljivi poluvodiči,

• Termoparovi - Termopar ili termoelement je najčešće

upotrebljavani temperaturni senzor,

• Poluvodički osjetnici,

• IC osjetnici.

OTPORNI OSJETNICI


29/178

OTPORNI OSJETNICI

RTD – Resistor Temperature Detector


30/178

OTPORNI OSJETNICI

Karakteristike RTD osjetnika

1. Materijal

2. Temperaturni koeficijent

3. Nazivni otpor

4. Temperaturni opseg5. Dimenzije / ograničenja 6. Točnost


31/178

OTPORNI OSJETNICI

Materijali za otporne elemente

Platina Pt

Nikal Ni

Bakar Cu

BALCO (70% Ni - 30% Fe)

Wolfram W

Iridij Ir


32/178

OTPORNI OSJETNICI

Nazivni otpor

• otpor RTD osjetnika pri referentnoj temperaturi• većina standarda kao referentnu temperaturu uzima 0 ºC • IEC: 100 Ω pri 0 ºC

• koriste se i druge nazivne vrijednosti:50, 200, 400, 500, 1000 i 2000 Ω


33/178

OTPORNI OSJETNICI

Temperaturni opseg

• RTD osjetnici mogu se koristiti u temperaturnom opsegu:

- 270 ºC do 850 ºC,

• opseg ovisi o mehaničkoj izvedbi i proizvodnoj tehnologiji,

• specifikacije se razlikuju za žičanu tehnologiju od

tehnologije tankog filma odnosno tehnologije u staklu.


34/178

Mjerne metode


35/178

2 - žično 3 - žično 4 - žično

Wheatstone-ov most U-I metoda

Mjerne metode

MJERENJE TLAKA


36/178

MJERENJE TLAKA

Oznaka za tlak je P a osnovna SI jedinica je Pa (Pascal ). Premadefiniciji za tlak je 1 Pa omjer sile od 1 N ( Newtona ) i površine

od 1 m2. Jedinica Pa je mala po iznosu tako da se u tehnici vrlo

često koristi jedinica 1 bar koja je 105 veća od 1 Pa.

Važnije anglo-američke jedinice:

Pound per square inch ( psi ) 1 psi = 6894,76 Pa, 1 at = 14,22 psi

Pound per square foot ( psf ) 1 psf = 47,8803 Pa


37/178

PRETVORNICI ZA MJERENJE TEMPERATURE:

KONTAKTNI (vođenje topline) • otpornički elementi• termistori

• termopar• poluvodički pn-spojBESKONTAKTNI (toplinsko zračenje) • infracrveni termometar• piroelektrički termometar

KONTAKTNI TEMPERATURNI PRETVORNICI:


38/178

KONTAKTNI TEMPERATURNI PRETVORNICI:


39/178

OTPORNIČKI ELEMENTI (engl. Resistive TemperatureDetector – RTD):Promjena otpora s temperaturom:

npr. za Pt-100 otpornički element vrijedi


40/178

USPOREDBA NAJČEŠĆIH OTPORNIČKIH ELEMENATA


41/178


42/178


43/178

Problem samozagrijavanja: zbog protoka struje dolazi do povišenja temperature


44/178

samog

otporničkog elementa. Zbog toga se koriste struje iznosa do 1mA.

Koeficijent samozagrijavanja K navodi se za zrak ili za vodu. Tipično iznosi 4mW/°C.Radi smanjenja problema samozagrijavanja standardni otpornici imaju otpor 0.25, 2.5 ili25 Ω

PROMJENA OTPORA S TEMPERATUROM:

Najosjetljiviji temperaturni senzori, nelinearna ovisnost R(T ), osjetljivosti i temperaturni koeficijent ovise

o temperaturi.

Nelinearna ovisnost R (T ) opisuje se različitim funkcijama, najčešće korištena je eksponencijalnaaproksimacija.

gdje su:

B – konstanta ovisna o materijalu izražava se u kelvinima. Tipične vrijednosti su od 2000 do 5000K. T – temperatura u kelvinimaOsjetljivost i temperaturni koeficijent ovise o temperaturi:

Osjetljivost:

Temperaturni koeficijent:


45/178

Otpor R (T1) je zadan na nekoj referentnoj temperaturi T1 (najčešće 25 °C). Iz tog podatka iizmjerenog otpora na temperaturi T2 može se odrediti mjerena temperatura.


46/178


47/178


48/178

Ako su obje grane od istog materijala u petlji ne teče struja jer su polja jednaka pa se poništavaju.

Termoelektrički efekt vidljiv je ako su materijali različiti.Napon (Seebeck-ov napon) koji mjerimo ovisi samo o razlici temperatura

materijala vodiča. Struja ovisi o obliku i duljini vodiča.

SEEBECK-OV EEKT


49/178

TERMOPAR (engl. Thermocouple):

Aktivni pretvornik, koristi termoelektrički efekt – Seebeckov efekt.Izravna pretvorba termičke u električku energiju Svojstva opisuje norma IEC584.

Gdje je:

Seebeckov koeficijent koji tipično iznosi od 5 – 50 V/K T1 temperatura mjernog objekta T2 temperatura okoline

SEEBECK-OV EEKT


50/178

TERMOPAR (engl. Thermocouple):

Aktivni pretvornik, koristi termoelektrički efekt – Seebeckov efekt.Izravna pretvorba termičke u električku energiju Svojstva opisuje norma IEC584.

Gdje je:

Seebeckov koeficijent koji tipično iznosi od 5 – 50 V/K T1 temperatura mjernog objekta T2 temperatura okoline

Temeljna pravila spajanja termoparova:


51/178

1. Zakon homogenog materijala: Termoelektrička struja ne teče u homogenom strujnom krugu2. Zakon ubačenog materijala: Algebarska suma termoelektričkih napona u strujnomkrugu koji se sastoji od više spojeva različitih materijala biti će nula ako su svi spojevi na istojtemperaturi.

Zahvaljujući ovom zakonu možemo ubaciti voltmetar u strujni krug, a da ne utječemo na

pokazivanje.Spoj se smije ostvariti trećim metalom, npr. lemljenjem (metal C).

3. Zakon sumacije međutemperature: Ako (T1, T2) daje U1 i (T2, T3) daje U2, tada (T1,T3) daje U1+U2


52/178

Usporedba standardnih tipova termoparova:


53/178


54/178

MJERENJETEMPERATURE


55/178

Temperatura i mjerenje temperature

Temperatura je fizikalna veličina koja odražava termodinamičko stanjematerije. Prema međunarodnom sustavu jedinica (SI) mjerna jedinica zatemperaturu je Kelvin (K).

Definira se kao 273,16-ti dio termodinamičke temperature trojne točke vode.

Na toj jedinici temelji se osnovna temperaturna mjerna skala koja započinje stzv. apsolutnom nulom (0 K), pri kojoj prema molekularnoj teoriji zamire svako

gibanje čestica.

Razlike temperature mjere se stupnjevima Celzija (°C) na Celzijevojtemperaturnoj skali.

Jedan stupanj Celzija po iznosu je jednak Kelvinu.

Preračunavanje temperatura izraženih u različitim skalama može se izvršiti s pomoćuizraza:


56/178

izraza:

a) Kelvinova i Celsiusova skala

b) Celsiusova i Fahrenheitova skala

c) Rankineova i Fahrenheitova skala


57/178

Usporedni prikaz skala temperature

Mjerenje temperature


58/178

j j p

Iako je temperatura jedna od najčešće mjerenih fizikalnih vrijednosti, izravno mjerenje

temperature nije moguće.

Pri tome se koriste instrumenti za mjerenje temperature čiji se osjetnik stavlja u dodir smjerenim objektom kako bi s njime došao što bliže toplinskoj ravnoteži, te se tada na

pokaznom dijelu instrumenta očitava neka mjerna veličina koju se dovodi u vezu stemperaturom.

Temperaturu je, međutim, moguće mjeriti i bez kontakta s mjerenim objektom.

Takve se metode mjerenja najčešće temelje na mjerenju energije zračenja površine tijela, aliima i drugih poput, npr. akustičke, gdje se mjeri brzina širenja zvuka koja je ovisna otemperaturi medija.

Kod beskontaktnih metoda mjerenja temperature, načelno nije potrebno postizati toplinskuravnotežu mjernog objekta i osjetnika mjernog instrumenta.

Povijest mjerenja temperature


59/178

• Galen (A.D. 130-200) – klinička termometrija, razvrstava ljude po udjelu topline, hladnoće,vlaznosti i suhoće(??) Uvodi pojam standardne ili neutralne temperature koja bi se postiglamješanjem jednakih količina vrijuće vode i leda. (Koja bi se temperatura time postigla? Zašto?)Na svaku stranu postavlja četiri stupnja topline i četiri stupnja hladnoće.

• Hasler iz Berna (1578), prema Galenu također koristi četiri stupnja topline za ljude koji žive naekvatoru i četiri stupnja topline za ljude koji žive u polarnim krajevima. • Santorio iz Padove (1612) - Prvi opis termometra; navodno ga je izumio Galileo (1592)

(koristio je rastezanje zraka – termobarometar (zašto?)• Jean Rey (1632) – prvi termometar s tekućinom (vodom) u otvorenoj staklenoj cijevi Ferdinand

II (veliki vojvoda od Toskane) (1641) – prvi zatvoreni termometar s alkoholom u staklenoj cijevi is podjelom na 50 stupnjeva

• Robert Hooke (1664) – bojani alkohol u zatvorenoj cijevi s temperaturom leda kao početnojvrijednosti na skali; uvodi skalu od -7 do +13 stupnjeva (svaki stupanj otprilike 2.4 °C); početakmeteoroloških mjerenja

• Fahrenheit (1708-1724) – uvodi živu u staklenoj cijevi; postavlja skalu sa dvije fiksne točke: 96stupnjeva za temperaturu ljudskog tijela i 32 stupnja za temperaturu zamrzavanja vode

Amontons razvija plinski termometar s konstantnim volumenom plina; ustanovljava da se

temperatura u Parizu ljeti prema temperaturi zimi odnosi kao 6:5; zaključuje da bi najnižamoguća temperatura odgovarala tlaku zraka P=0. • Anders Celsius (1701-1744) uvodi skalu koja dijeli razmak izmedju vrenja i ledišta vode na 100

jednakih dijelova (vrenje = 0 i ledište =100) Carolus Linnaeus 1745 obrće skalu ledište = 0 ivrenje = 100 (skala centigrada).

Tek 1948 usvaja se Celsiusev stupanj °C i Celsiuseva skala.


60/178

Mjerenje temperature zraka


61/178

Održavanje instrumenta

• Redovito kalibrirati – provjeravati točnost,

• ne izlagati naglim promjenama temperature, tresti, premještati,

Stakleni termometar - ne dodirivati prstima, redovito čistiti destiliranom vodom.

• metalni termometar – osušiti i očistiti,

• Elektronski – osušiti i očistiti sonde, redovito mijenjati, baterije, ne izlagati

niskim temperaturama i velikoj vlazi.

K t kt i b k t kt j j t t


62/178

Kontaktno i beskontaktno mjerenje temperature

Kako je upravo spomenuto, razlikuju se dva načelno različita pristupa mjerenjutemperature:

• Kontaktno mjerenje temperature,• Beskontaktno mjerenje temperature.

Kontaktno mjerenje temperature, kako to sam naziv pokazuje, temelji se na uspostavi

dodira između mjerenog objekta i osjetnika temperature mjernog uređaja. Već sama tačinjenica upućuje na ograničenje primjene takvih mjernih metoda na objekte kojima je

moguće pristupiti.

Beskontaktno mjerenje temperature služi određivanju temperature objekata bezfizičkog kontakta s njima. Ovdje će biti riječi samo o uređajima čiji se rad temelji naodređivanju intenziteta zračenja objekata kao što su bolometri, pirometri i termografskiuređaji.

Oni omogućuju mjerenje temperature na proizvoljno udaljenim objektima, ako suispunjeni određeni uvjeti, od kojih je najvažniji onaj da objekt mjerenja mora biti “vidljiv” osjetniku mjernog uređaja.

V t t t


63/178

Vrste termometara

TERMOMETAR (franc. thermometre, grč. θέρμη "toplo" + μετρέω "mjerim")

Termometrom u širem smislu treba smatrati svaki uređaj za mjerenje temperature, no u

užem smislu se termometrom može nazvati instrument za kontaktno mjerenje

temperature. Tada se može razlikovati sljedeće vrste termometara:

1. Termometri rastezanja,

2. Termoparovi,

3. Otpornički termometri,

4. Poluvodički termometri.

http://hr.wikipedia.org/wiki/Gr%C4%8Dki_jezikhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Gr%C4%8Dki_jezikhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Gr%C4%8Dki_jezikhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Gr%C4%8Dki_jezik


64/178


65/178

Tri osnovna aspekta temperaturne skale

1. Definicija veličine jednog stupnja,

2. Fiksne referentne točke poznatih temperatura,

3. Način interpolacije između tih fiksnih točaka.


66/178

Termometri na bazi rastezanja tekućina u staklu


67/178

Termometri sa stlačenim plinom ili tekućinom

1. Termometri rastezanja


68/178

Termometri rastezanja koriste efekt promjene duljine ili volumena neke tvari u ovisnosti

o temperaturi. Neki primjeri termometara rastezanja prikazani su na slici.

Mjerenje temperature se zasniva na pojavi promjene volumena tekućine s promjenom

temperature. Kao medij se obično upotrebljava živa ili alkohol, koji se oboji radi lakšeg očitavanja. Najčešće se koriste u laboratorijskoj i medicinskoj primjeni. Krhki su i lako lomljivi, pa se njima treba pažljivo rukovati. Radi zaštite od loma često se koriste u zaštitnim kućištima. Stabilni su i relativno jeftini.

Prikaz temperaturnih mjernih područja za različite tekućine


69/178

Termometar punjen tekućinom

Termometar punjen tekućinom u zaštitnom kućištu

Kapilarni termometar – pogodan je za mjerenje temperatura kad je mjerno mjesto


70/178

nepristupačno

Kapilarni termometar

Bourdonov termometar se sastoji od spiralne metalne cijevi (kapilarne cijevi), ručice, ljestvice i kazaljke. Spiralna metalna cijev (koja se nalazi u termometru/kućištu) jeizvučena van i spaja se na sondu koja je (olovna, bakrena ili platinska), a punjena jenajčešće živom. Ovaj termometar je sve više zamijenjen suvremenijim digitalnimtermometrom.

2. Termoparovi


71/178

Shema spajanja termopara

Termoparovi svoju funkciju u mjerenju temperature ispunjavaju u skladu sa

Seebeckovim efektom prema kojemu se u dva različita materijala A i B generira

električni napon, ovisan o razlici temperature T1, njihovog spoja i usporedbenetemperature T2

Seebeckov efekt je pojava termoelektromotornog napona na krajevima poluvodiča koji su na različitim

temperaturama. Može se kazati da se pojava izravnog pretvaranja toplinske u električnu energiju naziva

Seebeckovim efektom, opisanog izrazom:

U = 2 - 1

gdje je koeficijent termoelektromotornog napona .

Priključci


72/178

Termoelektrično mjerenje temperature


73/178


74/178

Shema spajanja termopara s usporedbenom temperaturom

Termoelementi (termoparovi)


75/178

Ovi termometri kao osjetnik temperature imaju različite termoparove. Sva bitna obilježja

termometara određena su samim svojstvima navedenih termoparova. Ovi termometri su

ujedno i najrasprostranjeniji, a njihove prednosti su da mogu raditi u velikom rasponutemperature, nisu osjetljivi i krhki i relativno su jeftini.

Mjerenje temperature termoelementom

Tref. Tmj.


76/178

Termometri s termoparom

Temeljna pravila spajanja termoparova:

1. Zakon homogenog materijala: Termoelektrička struja ne teče u homogenom strujnom krugu.


77/178

2. Zakon ubačenog materijala: Algebarska suma termoelektričkih napona u strujnom krugu kojise sastoji od više spojeva različitih materijala biti će nula ako su svi spojevi na istoj temperaturi.Zahvaljujući ovom zakonu možemo ubaciti voltmetar u strujni krug, a da ne utječemo na

pokazivanje. Spoj se smije ostvariti trećim metalom, npr. lemljenjem (metal ″C″).

3. Zakon sumacije međutemperature: Ako (T1, T2) daje U1 i (T2, T3) daje U2, tada (T1, T3)daje U1+U2


78/178

Problem kod mjerenja: promjena temperature ″hladnog″ krajaKompenzacija temperature hladnog kraja (″Cold″ Junction Compensation)Ako je temperatura okoline T2 konstantna tada je napon U proporcionalan sa temperaturom


79/178

Ako je temperatura okoline T2 konstantna tada je napon U proporcionalan sa temperaturom

mjernog objekta T1

Referentnu temperaturu T2 može se održavati konstantnom (npr. 0°C) na više načina: • držanjem hladnog kraja u posudi sa komadićima leda,

• upotrebom Peltierovog hladila,• električkim grijačem.

Elektronička kompenzacija promjene temperature okoline

Promjenom temperature T2 mijenja se otpor NTC-a što uzrokuje disbalans mosta.

Na mostu se javlja napon koji mora kompenzirati promjenu napona termopara zbog promjene temperature T2

MJERENJE TLAKA


80/178

Oznaka za tlak je p a osnovna SI jedinica je Pa (Pascal ). Prema definiciji

za tlak je 1 Pa omjer sile od 1 N ( Newtona ) i površine od 1 m2.

Jedinica Pa je mala po iznosu tako da se u tehnici vrlo često koristi

jedinica 1 bar koja je 105 veća od 1 Pa.

Važnije anglo-američke jedinice:

Pound per square inch ( psi ) 1 psi = 6894,76 Pa, 1 at = 14,22 psi

Pound per square foot ( psf ) 1 psf = 47,8803 Pa


81/178

Stapni manometri za umjeravanje. Mjerni opseg manometara je 0-1000

bar s klasom točnosti 0,1 %.

DEFORMACIJSKI MANOMETRI


82/178

Deformacijski manometri rade na osnovu elastične

deformacije materijala koja nastaje pod djelovanjem razliketlaka.

Dijele se na: 1. Bourdonove cijevi

2. Membrane3. Mjehove

1. Bourdonova cijev je u industriji najčešći manometar. Izrađen je odelastičnog i šupljog srpa koji ima jedan kraj učvršćen za kućište


83/178

elastičnog i šupljog srpa koji ima jedan kraj učvršćen za kućište

instrumenta a drugi kraj mu je slobodan. Zbog razlike tlaka u cijevi

manometra i okoline dolazi do savijanja slobodnog kraja čiji se

pomak pomoću mehanizma pretvara u zakret kazaljke instrumenta.Budući da je deformacija Bourdonove cijevi određena razlikom

mjerenog i vanjskog tlaka, to takovi manometri uvijek mjere nadtlak

iznad atmosferskog.Slika 7. Deformacijski manometri: A) Bourdonova cijev, B) Bourdonova spirala,

C) Bourdonov heliks

Priključak za

tlak Spirala

Priključak za

tlak

Priključak za

tlak

Heliks

Pomični

kraj

mjerni signal

mjerni signal

mjerni signal

Bourdonovi manometri:


84/178

A) analogni (s kazaljkom), mjerni opsezi 0-1 bar,

0-50 bar, klasa točnosti 3 %;

B) digitalni mjerni opsezi 0-1 bar, 0-100 bar, klasatočnosti 0,25 %, mjerni signal 4 - 20 mA

B A

2. Skice mjernih membrana: A) ravna membrana;


85/178

gibanje

presjek membrane

pomak

mjerni signal

nosač

ulazni tlak

B) slog membrana (mijeh)

Manometri sa membranama i mjehovima se najviše koriste zamjerenje malih nadtlakova ili podtlakova


86/178

j j p

ulazni tlak

opruga pomični

kliznik priključak na

Wheastoneov

most

Skica pretvornika ("transducer") tlaka u električni signal pretvorbom

pomaka membrane u pomak kliznika potenciometra.

Na slici je prikazano načelo pretvorbe tlaka u električni signal. Pomakmembrane se preko pomične grede prenosi na pomak kliznika

potenciometra. Promjenljivi otpornik (potenciometar) priključuje se u

jedu granu otporničkog Wheastoneovog mosta, čime se kao izlazni signal

dobije napon. Izlazni napon se nadalje pomoću električnog sklopa

Deformacija membrane može se pomoću transformatora razlike također pretvoriti uelektrični signal. Transformator razlike ima sekundarnu zavojnicu spojenu od dva dijela

i ič j j li i ik k i č k i i i k d d ih


87/178

i pomičnu jezgru. To je linearni pretvornik pomaka i često se koristi i kod drugih

mjernih uređaja za pretvaranje pomaka u električni signal, na primjer kod rotametara za

mjerenje protoka tekućina.

A) B)

membrana

pomak, hod

membrane jezgra

transformatora

transformator

razlike

magnetska

pločica

Bourdon

heliks

elektro-

magnet

Shematski prikaz manometra s pretvorbom tlaka u električni signal: A) sa membranom i

transformatorom razlike; B) Bourdonova cijev i elektromagnet


88/178

Slika minijaturnog pretvornika tlaka u električni signal

Pretvornici tlaka u električni signal mogu se izvesti u minijaturnoj

izvedbi kojima je moguće on-line mjeriti raspodjelu tlaka u nekom

procesnom prostoru (npr. sušari, destilacijskoj koloni, itd.)

Vakuumetri

V k i i j j i kih l k jč šć jih d 100 P


89/178

Vakuumetri su manometri za mjerenje niskih tlakova, najčešće manjih od 100 Pa.

Najpoznatiji su McLodeov, Piranijev i ionizacijski vakuumetar. Piranijev vakuumetar se

koristi za mjerenje tlakova u proizvodnji lijekova, i također u proizvodnji vrijednih

sastojaka hrane.

)()()( 02

T T P hS I T R

Mjerenje niskog tlaka se zasniva na efektu promjene koeficijenta prijenosa topline sa

vruće niti zavisno od tlaka. Osnovni dijelovi uređaja su staklena cjevčica u kojoj se

nalazi žarna nit. Nit se napaja sa konstantnom strujom i električna energija pretvara se u

toplinu koja se prenosi kroz hidrodinamički granični sloj oko niti na plin u okolini.

Temperatura niti je određena koeficijentom prijenosa topline i koristi se kao mjerni

signal tlaka. Na površini niti zavaren je termočlanak tako da se elektromotorna sila

termočlanka baždari u zavisnosti od mjerenog tlaka. Baždarna funkcija određena je

bilancom topline za nit

R(T) je otpor mjerne niti koji je funkcija temperature niti T, I je struja kojom se

napaja nit, S je površina niti, h je ukupni koeficijent prijenosa topline koji se mijenja

sa mjerenim tlakom P i T0 je temperatura plina u okolini

I

R T


90/178

P

EMS TERMO^LANKA

R TTo

PIRANIJEV VAKUUMETAR

K

AM IP

VK

VM

V A

IONIZACIJSKI VAKUUMETAR

Shematski prikazi Piranijevog manometra

Osim temperature može se kao mjerni signal upotrijebiti i električni

otpor Piranijeve niti tako da se ispitna cijev spoji u otpornički

Wheastoneov most. Mjerno područje Piranijevih vakuumetara je od 1

mPa do 0,1 kPa.

I

R TT


91/178

Za niske tlakove, u području od 1 Pa do 10 mPa koriste se ionizacijski vakuumetri. Zamjerenje se koristi trioda u kojoj se nalazi plin čiji se tlak mjeri. Osnova mjerenja je

ionizacija plina do koje dolazi prijelazom naboja između katode i anode. Katoda je

užarena i dolazi do termičke emisije elektrona koji se ubrzavaju zbog napona mrežice i

anode. Tijekom prijelaza dolazi do sudara elektrona i molekula plina i plin se ionizira.

Negativni naboj se prenosi sa katode na anodu, a pozitivni naboji se prenose u

suprotnom smjeru. Ukupna struja u krugu ovisi o stupnju ionizacije i mjerni je signal za

tlak plina u triodi. Efikasnost ionizacije zavisi od vrste plina tako da se mjerni uređaj

baždari zasebno za svaki plin.

P

EMS TERMO^LANKA

To

PIRANIJEV VAKUUMETAR

K

AM IP

VK

VM

V A

IONIZACIJSKI VAKUUMETAR

elastična


92/178

membranamjerni signal-

kapacitivni

Wheastoneov

most

komora s visokim

vakuumom

mjereni

tlak

pločice

kondenzatora

vakuum

pumpa

Kapacitivni pretvornik vakuuma

Piezoelektrični element (pojava)

Piezoelektrični ( grčki piez = tlačiti ) elementi se rabe u različitim mjernim uređajima


93/178

Piezoelektrični ( grčki piez tlačiti ) elementi se rabe u različitim mjernim uređajima

(sustavima), kao na primjer za sljedeća mjerenja: razina, tlak, sila, pomak, ultrazvučno

mjerenje protoka, ultrazvučna spektrografija (slikanje) u medicini, itd. Piezelektrični

efekt je pojava deformacije nekih kristala (npr. kvarc, SiO2) i keramičkih materijala uelektričnom polju, i obrnuto, pojava električnog naboja na površini tih materijala ako se

deformiraju djelovanjem mehaničke sile.

Vulaz

izlazni signal-

pomak

Vizlaz

ulazni signal-

sila

Prikaz Piezoelektrične pojave:

A) pojava deformacije kristala zbog električnog polja

B) pojava električnog napona zbog deformacije kristala djelovanjem sile

Piezoelektrični pretvornici tlaka mogu se izvesti u minijaturnom mjerilu, imaju

izvrsne dinamičke značajke, i zahvaljujući linearnoj statičkoj karakteristici


94/178

omogućuju precizno umjeravanje i veliku točnost mjerenja.

nosač

brtva

nosač

kvarcni kristal

elektrode

membranavanjska cijev

električni signal

navoj

pojačalo

matica

navoj

nosač

Piezoelektrični pretvornik tlaka

izlazni signal ulazni signal

Generator ultrazvuka Detektor ultrazvuka


95/178

Vulaz

g

ultrazvuk

Vizlaz

ulazni signal

ultrazvuk

ν > 20 kHz ν > 20 kHz

Glavna primjena piezoelektričnih elemenata je za izvedbu generatora i detektora

ultrazvuka.

Generator je izveden tako da je piezoelektrični element u izmjeničnom električnom

polju visoke frekvencije ( > 20 kHz) zbog čega dolazi do njegove oscilirajuće

deformacije koja se prenosi na okolinu (zrak, kapljevina, tkivo) u obliku tlačnog

poremećaja, odnosno ultrazvuka. Isto načelo se koristi i za izvedbu detektora. Kod

detekcije tlačni val okoline djeluje na piezoelektrični kristal, dolazi do deformacije

kristala zbog kojeg dolazi do električne polarizacije. Na osnovu intenziteta prostiranja

ultrazvuka, promjene frekvencije (Dopplerov efekt) i faznog kuta reflektiranog snopa

izvedeni su najsuvremeniji mjerni uređaji u medicini, ali koji imaju i primjenu u

procesnoj industriji.

MJERENJE RAZINE


96/178

Razinu definiramo kao visinu stupca kapljevine (ili sipkog materijala) u

nekom spremniku, reaktoru ili nekoj drugoj procesnoj jedinici. Uobičajna

oznaka za razinu je h i izražava se u metrima, h (m).

Metode mjerenja razine:

1. Mehanički pretvornici razine2. Tlačna mjerila razine

3. Električni pretvornici razine

4. Rastezna osjetila razine (vage za mjerenje razine )

5. Ultrazvučno mjerenje razine

Manometar pri dnu pokazuje tlak P2 koji je jadnak zbroju

hidrostatsko tlaka i tlaka iznad kapljevine P g h P


97/178

hidrostatsko tlaka i tlaka iznad kapljevine P g h P 2 1 .

Razlika dvaju tlakova omogućuje određivanje razine

g P P h

12

Tlačno osjetilo razine.

Promjena sastava kapljevine, ilitemperatura, mogu utjecati na varijacije

gustoće tako da je potrebno točno

poznavati gustoću za precizno mjerenje

razine.

Električni pretvornik razine (kapacitivna metoda)

Kapacitivno mjerenje razine zasniva se na razlici dielektrične konstante plina (zraka)


98/178

apac t v o je e je a e as va se a a c d e e t č e o sta te p a ( a a)

iznad kapljevine i dielektrične konstante kapljevine. U posudi se nalaze uronjene dvije

ravne ploče između kojih se nalazi kapljevina i plin iznad kapljevine. Između ploča

nalazi razlika električnog potencijala tako da ploče tvore ravni kondenzator. Ukupan

kapacitet je zbroj kapaciteta C1, kondenzatora za koji je dijalektrik zrak, i dijela C2, za

koji je dielektrik tekućina.

C(h)

h

H

C

C

C

1

2

L

d

Shematski prikaz načela kapacitivnog mjerenja razine.

Oba kondenzatora su spojena paralelno, tako da jeukupan kondenzator jednak zbroju kapaciteta


99/178

C C C 1 2Pojedini kapaciteti su:

d

h LC

d

h H LC

2211

Ukupan kapacitet je

hd

L

d

H LC

121

Kapacitet C je proporcionalan razini h i koeficijent osjetljivosti je

određen razlikom dijelektričkih konstanata. Kondenzator se priključuje

na kapacitivni mjerni most koji je napajan izmjeničnom strujom i

ispravljemi signal sa dijagonale mosta se nakon pojačala koristi kao

mjerni signal.

Ultrazvučno mjerenje razine

Primjena ultrazvuka omogućava bezkontaktno mjerenje razine Metoda


100/178

Primjena ultrazvuka omogućava bezkontaktno mjerenje razine. Metoda

se primjenjuje za mjerenje razine kapljevina i sipina (sloja sitnih krutih

čestica). Mjerni signal je razlika u vremenu između impulsa emitiranog

iz izvora ultrazvuka i signala koji nakon refleksije sa površine sipine ili

kapljevine se vraća u detektor.

I D

vrijeme t

signal

t


101/178

120 snop

mjerni

opsegrazine

“mrtva”zona

mjerni

signal


102/178

Na granici zraka i kapljevine ili sipkog materijala dolazi da refleksije

ultrazvučnog vala. Instrumentom se precizno mjeri trenutak emitiranja

impulsa ultrazvuka i zatim vrijeme kada se reflektirani impuls registrira udetektoru. Ultrazvučni val je usmjeren prema dnu posude pod točno

određenim kutem tako da se iz razlike vremena t može jednostavnoodrediti razina u spremniku.

Metoda se odlikuje izuzetnim karakteristikama. Baždarna funkcija je

linearna, jednostavna i pouzdana. Mjerni signal je nezavisan o uvjetima,

kao što su tlak i temperatura, i promjene sastava materijala ne utjeću na

mjerenje. Instrument se povezuje on-line sa računalom za nadzor i

upravljanje procesa.


103/178

Mjerenje razine rasteznim osjetilom ( "vaga za razinu")

J d d ih či j j i j t ij b t ih


104/178

Jedan od suvremenih načina mjerenja razine je upotrijeba rasteznih

osjetila (" tenzo traka "). Takav način mjerenja razine se vrlo često koristi

kod mjerenja razine u biokemijskim reaktorima. Rastezna osjetila sumetalni ili poluvodički otpornici izvedeni u obliku dugih i tankih savitih

niti.

L

L + L

RASTEZNO

OSJETILO


105/178

otpornikvodovi

rastezno osjetilo

podloga


106/178

priključni

vodovi

Takova osjetila su posebnim ljepilima zalijepljena na metalne podloge

koje se deformiraju pod djelovanjem sile ( na primjer pod težinom


107/178

kapljevine). Deformacija podloge se direktno prenosi na deformaciju

rastezne trake koja se pri tome izdužuje ili skračuje. Zbog promjene

dužine otpornika dolazi i do promjene njegovog električnog otpora

Otpor niti je proporcionalan električnom specifičnom otporu

materijala , dužini niti L, i obrnuto proporcionalan presjeku niti S.

S

L R

V V L S S L

S

0


108/178

S S

L L

Nakon uvrštavanja u izraz za R dobije se proporcionalnost između izduženja i promjene električnog otpora:

L

S

R

2

Rastezna osjetila se spajaju u otpornički mjerni most koji ujedno

omogućava kompenzaciju temperaturne promjene otpora. Električni

signal je pad napona u dijagonali mosta i nakon pojačanja pretvara se u

naponski ili strujni signal za povezivanje sa računalom. Tako dugo dok

se radi o elastičnoj deformaciji mjerni signal je linearan u odnosu na

razinu ili masu kapljevine. Baždarenje je vrlo jednostavno i pouzdano a

mjerna metoda ima brzi vremenski odziv, malu vremensku konstantu.


109/178

Baždarenje u otporničkom mjernm mostu

Senzori za kontinuirano mjerenje pomaka


110/178

Potenciometarski senzori

• Potenciometarski senzori mogu bitilinearni ili okretni.

• Osjetilo pomaka spaja se na osovinupotenciometra.

• Senzor se spaja u potenciometarskispoj.

• Izlazni napon Uiz nije proporcionalanpomaku, tj. omjeru d/L, već je ovisan io otporu tereta R t.

• Pogreška se smanjuje za R t » R p .

U xU

x x R R

iz p

t

0

1 1( )

gdje su:

x = d/L, omjer potenciometra

Uiz – izlazni naponekvivalentan pomaku d

Rt – otpor teretaRp – otpor potenciometra

U 0 L

R t

d

U iz

R p



111/178

fiksno

pomično

fiksno

pomično

pomak

fiksno

fiksno

Kapacitivni senzori pomaka

Kapacitivni senzori primjenjuju se za mjerenje vrlomalih pomaka reda veličine od 1μm, te zamjerenje dinamičkih pomaka frekvencije reda do 1kHz. Najčešće korišteni način je mjerenje pomaka

s promjenom razmaka između ploča (d).Kapacitet pločastog kondenzatora dan je izrazom:

gdje je ε – dialektrična konstanta dialektrika izmeđuploča, A – površina ploča i d razmak između ploča.

C A

d



112/178

Induktivni senzori pomaka

Pomična kotva

• Nedostatak ovog senzora je nelinearna ovisnost induktiviteta o pomaku(x), a nelinearnost se može kompenzirati spajanjem kondenzatoraparalelno zavojnici.

x

L

K 1

S

x

A

V

l

w

Pomičnakotva

Mjerenje kutnog pomaka i brzine vrtnje

I t j i t h t


113/178

Istosmjerni tahogenerator

Istosmjerni tahogenerator je senzor brzine

vrtnje analognog tipa.Na stezaljkama daje istosmjerni napon

proporcionalan brzini vrtnje:

E = k·Φ·ω = k1 ·Φ·n

Tahogenerator predstavlja istosmjerni generators konstantnom uzbudom koja je najčešće

realizirana permanentnim magnetima.

Φ

ω

E

E

ω, n

NS

Prednosti

• direktno mjerenjeNedostaci

• značajno dinamičko opterećenje nelinearnaovisnost kod malih brzina potreban AD

pretvornik

Mjerenje kutnog pomaka i brzine vrtnjeApsolutni enkoder


114/178

A

B

C

D

“gray” kod

A

B

C

D

binarni kod

0

1

3

26

7

5

4

12

13

15

1410

11

9

8

Mjerenje kutnog pomaka i brzine vrtnje


115/178

Inkrementalni enkoder

• Inkrementalni enkoderi mogu biti pravocrtniili kutni.

• Izvor svjetla (npr. foto dioda) šalje svjetlosniimpuls koji prolazi kroz odgovarajuću matricu i aktivira fotoosjetljivu komponentu

(npr. foto tranzistor), koja na svom izlazudaje jedinični ili nulti signal.

• Kutnim ili pravocrtnim pomakom matricedobiva se niz impulsa koji se broje pomoću digitalnog brojača da bi se odredio pomak.

Izvor svjetla

ABZ

Foto -

tranzistori

ω

A

900

B

z = 8

= 360°/z

kodiranje (engl. encoding )


116/178

MJERENJE PROTOKA


117/178

Protok je jedna od osnovnih fizikalnih veličina koja se mjeri u

industrijskom pogonu.

Mjerenjem protoka određuju se energetske i materijalne bilance na

osnovu kojih se određuje produktivnost procesa proizvodnje.

Istovremeno protok je najčešće i osnovna veličina čijom se promjenom

upravlja procesom proizvodnje.

Mjerenje protoka kapljevina, plinova, višefaznih tekućina i suspenzija je

složeno, podložno je brojnim pogreškama, i zato je razvijen je veliki broj

različitih mjernih postupka u svrhu preciznog i pouzdanog mjerenja.


118/178

ODREĐIVANJE PROTOKA MJERENJEM PADA TLAKA NA SUŽENJUP P

1 2 Na slici prikazano je


119/178

1 0 2

x

x

v(x)

x

P(x)

protjecanje tekućine

(kapljevine ili plina) kroz

cijev u koje je ugrađenomjerno suženje. Zbog

suženja dolazi do povećanja

brzine tekućine i pada tlaka.

Strujnice tekućine su putanjedjelića tekućine koja protječe

kroz cijev i njihovo

maksimalno skupljanje je na

mjestu iza najužeg

geometrijskog otvora

A) mjerna ploča


120/178

ravna ploča

priključci za tlak

obvojnica

Izračunat je volumni protok idealne kapljevine za izmjerenu razliku tlakaP1-P2 na mjernim mjestima 1 i 2. Rezultat uključuje i parametar k m( koeficijent suženja mlaza ) koji ne možemo odrediti iz upotrijebljenih


121/178

( koeficijent suženja mlaza ) koji ne možemo odrediti iz upotrijebljenih

jednadžbi. Ovo je maksimalna vrijednost protoka jer idealna kapljevina

protječe bez pada tlaka, bez otpora, kroz cijev.Protok za realnu kapljevinu odredimo tako da protok idealne tekućine

množimo sa koeficijentom brzine :

)(

)(

kapljevinanaideal q

kapljevinanareal q

V

V

odnosno protok realne kapljevine je:

2102

0

22

1 P P A

k k k q

m

mV


122/178

MJERENJE PROTOKA ROTAMETROM

Rotametar je najčešće upotrebljavani uređaj za mjerenje protoka u

l b ij č k i i i j i d iji V lik lj


123/178

laboratoriju, a često se koristi i procesnoj industriji. Velika zastupljenost

rotametra je posljedica jednostavnosti uređaja, široke primjenljivosti s

obzirom na mogućnost mjerenja protoka plinova i kapljevina i vrloveliki mjerni opseg.

X

D

D o x

( D-D o) /2

F + FU T

G

tok

težina

ravnoteža x

ronilo

kosa cijev


124/178

Laboratorijski rotametri (A i B); C) industrijski rotametar, maksimalni

mjerni opseg 3 m3 min-1, klasa točnosti 2%.

Pregled karakteristika:

mjerni signal je položaj ronila


125/178

j g j p j

mjerenje protoka kapljevina i plinova

široko mjerno područje, naročito za mjerenje vrlo malih protoka

mjerenje se može provesti pri različitim temperaturama i tlakovima baždarenje se mora provesti posebno za svaku tekućinu i uvjete ( temperaturu i

tlak)

kod baždarenja treba osigurati stalnu temperaturu i tlak, čistoću tekućine,

položaj cijevi rotametra mora biti strogo vertikalan i eliminirati vrtloženje

tekućine prije ulaska u cijev rotametra stalni pad tlaka na rotametru

dobra točnost mjerenja ali bitno zavisi od točnosti baždarne karakteristike

loša strana rotametara je nemogućnost mjerenja protoka tekućina u kojima ima krutih čestica (biomase) ili kapljevina sa mjehurićima plinova

za pretvaranje položaja ronila u električni signal potrebno je upotrijebititransformator razlike (ronilo je mehanički povezano sa jezgrom transfor -matora) ili elektromehaničko slijedilo pomaka ronila

ELEKTRODINAMIČKO MJERENJE PROTOKA Tekućina koje protječe kroz cijev je električki vodljiva i njezino

tj j k t k lj j l ib j itk l kt ič


126/178

protjecanje kroz magnetsko polje je analogno gibanju svitka električnog

vodiča između polova magneta. Upotrebljava se izmjenično magnetsko

polje da se izbjegne trajna polarizacija elektroda.

N

S

E M S

E

E

V D

Mjerni signal za protok je

inducirana EMS sila između

elektroda (E). Iznos EMS je

određen zakonom indukcije

v D Bk EMS

B jakost magnetskog polja

D promjer cijeviv srednja brzina tekućine

k konstanta proporcionalnosti

određena baždarenjem


127/178

Elektrodinamički instrument za mjerenje protoka. Maksimalni mjerni

opseg 0 - 3 m3 min-1 vode, klasa točnosti 0,5 %.

ULTRAZVUČNO MJERENJE PROTOKA

Mjerenje se zasniva na Dopplerovom efektu, odnosno na činjenici da se


128/178

frekvencija ili valna dužina ovisi i o brzini izvora. Primjeri : pomak

spektra u astronomiji i promjena tona sirene za vrijeme približavanja i

zatim udaljavanja od mjeritelja.

A) metoda s prolaskom vala: v je srednja brzina tekućine, I i D su frekvencijeultrazvuka izvora ( I ) i detektora ( D ), je kut priklona snopa ultrazvuka, M jemjehurić zraka na kojemu dolazi da refleksije ultrazvuka i R je radijus cijevi

izvor detektor


129/178

izvor detektor

tok

refleksija

B) metoda s refleksijom vala.

izvor i detektor su piezoelektrični kristali,


130/178

frekvencija (100 kHz ,5MHz) pomak frekvencije = k v ( proporcionalan brzini), pomak redaveličine 10 Hzkapljevina mora imati barem 25 ppm mjehurića zraka ili krutih čestica

većih od 30muređaj ima veliki mjerni opseg, od 0,01 m/s do 1000 m/s, klasa točnosti

0,5 %ne postoji pad tlaka protjecanjem kroz uređaj


131/178

A) Ručno Dopplerovo

mjerilo protoka, mjerno

područje 0,1 -10 m/s,

klase točnosti 2%;

B) Dopplerovo mjerilo

protoka s refleksijom na

vrtlozima (npr koji nastaju

pri protjecanju kroz koljenocijev), mjerno područje 0,1

-10 m/s, klase točnosti 2%.

MJERILO " MASENOG PROTOKA " (mass flow meter, ili Thomasovo mjerilo)

Precizno mjerenje protoka kapljevina i plinova ostvareno je preciznim


132/178

Precizno mjerenje protoka kapljevina i plinova ostvareno je preciznim

mjerenjem toplinske bilance koja je uvjetovana masenim protokom tvari.

zavojnica grijača

napajanje grijača

T1ulazna temperatura

T2izlazna temperatura

napajanjeWheastonovog

mosta

most pojačalo mjerni

signal

tok


133/178

ANEMOMETRI SA VRUĆOM ŽICOM u`arena nit Pt


134/178

MJERNO

OSJETILO

V

V konstantno ili

I konstantno

teku}ina

Bilanca topline služi za mjerenje lokalnih brzina strujanja plinova ili

kapljevina primjenom uređaja anemometar s vrućom žicom ("hot wire

anemometer"). Kratka tanka žice platine napaja se električnom energijom

koja se pretvara u toplinu. Sa površine žice toplina se konvekcijom

prenosi u okolinu, kapljevinu ili plin koji struji. Toplinski tok je jednoznačno određen brzinom strijanja, ali i jako ovisi o transportnim i

termodinamičkim značajkama tekućine.

CORIOLISOVO MJERILO MASENOG PROTOKA

Pojava da se na tijelo, ili tekućinu, koja se giba i istovremeno rotira

dj l j i t if l il i C i li il k i ti j il


135/178

djeluje osim centrifugalne sile i Coriolisova sila koristi se za mjerilo

masenog protoka.

i

j

k

a centripetalno

a prividno

a Coriolisovo

w kutno

m

qmS

O1


136/178

qm

qm

SO2

II

Uređaj se sastoji od dvije paralelne cijevi savite u obliku slova U kroz

koje protječe tekućina u istom smjeru. Princip rada zasniva se na torzijicijevi koje osciliraju a kroz njih protječe tekućina. Gornja i donja cijev

osciliraju u protufazi, tako da kada se gornja cijev kreće prema gore

donja cijev ima suprotan smjer kretanja.

izlazni

tok sila


137/178

Oscilacije su pobuđene elektromagnetskim djelovanjem i dolazi do

rezonancije kada cijevi titraju vlastitom ili prirodnom frekvencijom.

Frekvencija titraja je od 100 do 300 Hz s vrlo malom amplitudom,

manjom od 1 mm. Zbog Coriolisove sile tekućina djeluje silom na

stjenke cijevi i dolazi do njihovog savijanja (torzije) i pomaka u

oscilacijama.

vibrirajuća cijev

ulazni

tok sila

smjer Corriolisove sile

poprečni presjek

kut torzije

kut torzije

Klasa točnosti 0,2 %- izuzetno prikladno za mjerenje protoka u procesnoj industriji

- jednostavno mjerenje s nenewtonskim tekućinama i tekućinama s


138/178

visokom viskoznošću

- linearna statička karakteristika, jednostavno baždarenje

- električni signal omogućuje jednostavno on line povezivanje s

računalom

- mjerni signal je neovisan o tlaku, temperaturi, sastavu i gustoći

materijala

Primjeri upotrebe:

Kemijski tehnološki procesi Biotehnološki procesi

polimeri sok od naranče

asfalt putar od kikirikijanafta melasa od šećerene repe

prirodni plin

MEHANIČKA MJERILA PROTOKA

Najjednostavnije načelo mjerenja protoka zasniva se na prijenosu

količine gibanja tekućine (kapljevine ili plina) na mehanički uređaj s


139/178

količine gibanja tekućine (kapljevine ili plina) na mehanički uređaj s

rotorom.

osjetilo rotacije

poklopac

kučište

navoj

tok

prirubnica

električni mjerni signal


140/178

Rotacija propelera osjetila elektromagnetskom indukcijom

pretvara se električni mjerni signal. Mjerni signal (napon) je

proporcionalan brzini vrtnje, odnosno prosječnoj brzini protjecanja

tekućine cijevi. Zbog složenosti hidrodinamičkih efekata potrebno

je mjerni uređaj posebno umjeriti za svaku tekućinu pri određenoj temperaturi i tlaku (za plinove). Nedostatak mjerne metode je pad

tlaka koji nastaje na propeleru, nemogućnost mjerenja protoka

višefaznih tekućina (suspenzija krutine ili plina).


141/178

TERMOGRAVIMETRIJSKO MJERENJE U

TERMOTEHNICI

Sir Isaac Newton 1666 g


142/178

Sir Isaac Newton, 1666.g.

• Bijelo svjetlo se sastojiod spektra boja

• Svjetlo nije “nedjeljivo”kako se do tada smatralo

PRIZMA

Sir William Herschel 1800 g


143/178

Sir William Herschel, 1800.g.

• Razlikuju li se bojespektra u temperaturi?


144/178

INFRACRVENO ZRAČENJE


145/178

• Odbija se od svih predmeta

• Prouzrokovano je kretanjem i rotacijom

molekula u materiji

• Molekularna aktivnost povećava se s

temperaturom

• Infracrvenozračenje povećava se s

molekularnom aktivnosti

INFRACRVENO ZRAČENJE


146/178

Elektromagnetsko zračenje

• Infracrveno zračenje iste je prirode kao svjetlost,

• Ono se širi u prostoru brzinom svjetlosti,

• Razlika između svjetlosti i infracrvenog je u valnoj duljini,

• Elektromagnetski spektar definira i druge vrsteelektromagnetskog zračenja u našoj okolini.

Spektar elektromagnetskog zračenja


147/178

ELEKTROMAGNETSKI

SPEKTAR

Quelle: http://www.zom.de/schule/dwv.

mit: c = brzina svjetlosti

= valna duljinaf = frekvencija

c = f

Infracrvena termografija je bezkontaktna metoda određivanja temperature i njezine raspodjele na

površinama objekata. Temelji se na registriranju infracrvenog (IC) zračenja koje emitira svako realno

tijelo. U termografskom se uređaju (kameri), IC zračenje pretvara prvo u električni, a nakon toga u


148/178

video signal-termograf, koji predstavlja temperaturnu sliku promatranog objekta.

Kao bezkontaktna temperaturna mjerna metoda IC termografija omogućuje korisniku otkrivanje

raznolikih potencijalnih grešaka i to bez potrebe prekida procesa proizvodnje i troškova koji su

povezani tim prekidom.

Omogućava inspekciju turbina, motora, pumpi, kompresora, toplinskih postrojenja i plinovoda.

Sprječava gubitke toplinske energije zbog npr. nepoznatog propusta podzemne vrelovodne

instalacije ili pak zbog loše izvedene toplinske izolacije u garđevinarstvu, odnosno njenog propusta.

Postoje softveri ugrađeni u samu kameru koji omogućavaju veliku paletu vrsta i analize termograma.

Preko izbornika na kameri i računalu moguć je izbor infracrvenog ili video zapisa, odabir mjernog

područja temperature i raspona temperature kao i podešavanje oštrine i aplete boja termograma.

Pomoću računala se obrađuje slika termograma. Optika koja se koristi u IC uređajima po obliku je

jednaka onoj kod fotografskih uređaja, no različita po materijalima iz kojih je izrađena (germanij, cink

sulfid, cink selenid za dugovalna IC zračenja, safir, kvarc ili magnezij za srednjevalna IC zračenja).

Osjetilo na termografskoj kameri mjeri količinu energije koja pada na njegovu površinu i koja

odgovara intenzitetu zračenja definiranog IC spektra. Ova metoda pruža mogućnost da zavirimo u

područje ne vidljivo te dobijemo dvodimenzionalni temperaturni odraz nekog objekta.


149/178

Slabljenje toplinskog zračenja


150/178

Prijenosni put

Slabljenje toplinskog zračenja

I za IR - tehniku vrijede granice

propusnosti !!

Ali : osjetljivost u području 8-12 µmi temperaturnoj rezolucija veća od

0,1°C omogućava ponajčešće„dovoljnu vidljivost“

Slabljenje radi:

magle,

kiše,snijega,dima...

Odašiljač Primatelj

Što je to infracrvena termografija?

IC termografija je BESKONTAKTNA metoda mjerenjaš


151/178

temperature i njezine raspodjele na površini tijela.Temelji se na mjerenju intenziteta infracrvenog zračenja spromatrane površine.

Princip radasuvremene IC kamere

U IC dijelu spektra na objektu postaju vidljiviTOPLINSKI tragovi zbivanja

Termografija


152/178


153/178


154/178


155/178

Vizualna slika Toplinska slika (termogram)

Vidljivi spektar Infracrveni spektar


156/178

Vizualna slika Toplinska slika (termogram)

Vidljivi spektar Infracrveni spektar

Toplinska slika (termogram)


157/178




158/178


Vrste termografije


159/178

Podno grijanje Propust instalacije

Vrsta rashladnog kanala Dimovna instalacija

Energetsko postrojenjeKontrola proizvoda

Primjeri primjene IC termografije

HVAC

HVAC je skraćenica od engleskih riječi Heating, Ventilation, i Air-


160/178

j g j g, ,Conditioning, koje na hrvatskom znače grijanje, ventilaciju i hlađenje, koji

su usko povezani i potrebni u svakom kućanstvu. Osnovna zadaća HVACsustava je održavanje ugodne temperature prostora, reguliranje vlažnosti idovođenje svježeg zraka. Ti parametri su bitni, kako bi boravak ljudi uprostorijama bio što ugodniji, te kako bi se smanjio rizik od bolesti.

Grijanje

Grijanje služi za podizanje temperature prostorije tijekom hladnih


161/178

dana. Postoji više načina grijanja. Centralno grijanje se sastoji od peći,

bojlera, cijevi, radijatora i pumpe. Peć služi za zagrijavanje sredstva

kojim se prenosi toplina. To je najčešće voda, premda se mogu koristiti

i para i zrak. Zagrijana voda se cijevima odvodi do radijatora preko

kojih se grije zrak u prostoriji. Pumpa tjera vodu da bi se toplina

jednako raspodijelila prema svim radijatorima. Regulirati se može

temperatura svake prostorije posebno ovisno o korištenju i vlastitim

željama.

Zagrijavanje strojnog dijelaTermografija


162/178


163/178

Termovizijska slika sabirničkih kanala – nadzor nedstupnih dijelova razvoda

Infracrvena termografija zato što: FINANCIJE:

M ji b j kid d či b lj d kti t


164/178

Manji broj prekida rada znači bolju produktivnost. Problemi u postrojenju rješavaju se prije nastanka kvaraili oštećenja ostalih dijelova postrojenja. Prepoznavajući moguće kvarove i planirajući popravkesmanjuje se broj “paničnih situacija”, vrijeme nužnog iskupog prekovremenog rada, te iznosi novčanih premija

za neočekivane kvarove pogona i ozljede radnika.SIGURNOST:

Industrijski su procesi pouzdani, a radni okoliš je siguran. Smanjuje se opasnost od požara. Loše projektirani, loše izvedeni ili preopterećeni električni spojevi uzrokuju pregrijanjakoja mogu biti otkrivena na vrijeme.

KVALITETA:

Procesi koji rade pouzdano rezultiraju većom kvalitetom.

Korištenje infracrvene termografijekod visoko temperaturnih uređaja

Održavanje peći i kontrola dimnjaka


165/178

Održavanje peći i kontrola dimnjaka.

Dijagnoza kondenzatorskih rebara.Detekcija kvarova na cijevima.

Provjera rada izmjenjivača topline.

Korištenje infracrvene termografijekod visoko naponskih uređaja Nestabilnost strujnih spojeva/priključaka uzrokuje


166/178

povećanje temperature.

Pad učinkovitosti mreže rezultira gubicima. Oksidacija visokonaponskih sklopki.

Pregrijani spojevi/priključci.

Neispravno učvršćeni spojevi/priključci.


167/178


168/178

Lako otkrivanje mjesta pregrijanja.


169/178


170/178

Stambeni i nestambeni sektor zgradarstva u Hrvatskojzajedno troše preko 40 % ukupne potrošnje energije – više od transporta i više od industrije!


171/178

Jednostruki prozor

Loša izolacija


172/178

Loša izolacija i toplinski mostovi

Loše brtvljenje

Vlaga


173/178


174/178


175/178

Infracrvena kamera radi u dijelu spektra na koji nijeosjetljivo ljudsko oko.


176/178


177/178


178/178

mjerenje u termotehnici_nastavni materijali

Documents