Temperaturgivare Värmetransport på 3 sätt: * Värmeledning * Konvektion * Strålning Typer av givare för temperatur: * Beröringstyp (värmetransport via värmeledning) * Beröringsfri typ (värmetransport via strålning)

Temperaturgivare Givare av beröringstyp * Termoelement * Motståndstermometrar (Pt-100) * Halvledartermometrar (termistorer) - NTC (Negative Temperature Coefficient) - PTC (Positive Temperature Coefficient) Beröringsfria givare * Strålningspyrometrar - Totalstrålningspyrometer - Delstrålningspyrometer

Temperaturgivare Termoelement * Mätområde –200 oC - 2000 oC * Relativ temperaturmätning * Bygger på den s.k. Seebeck-effekten (u. 1821) * Två ihoplödade metaller/legeringar i vilka en elektrisk spänning uppkommer pga olika temperaturer vid lödställena Thomas Johan Seebeck

Temperaturgivare Termoelement där SA och SB är de s.k. Seebeck-koefficienterna för metallerna A och B.

Temperaturgivare Seebeck-koefficienterna beror egentligen av temperaturen. - Här är en härledning av den approximation som gjorts:

Temperaturgivare Linjär approximation av Ttip: Polynomapproximation av TTip:

Temperaturgivare Tabell över Seebeck-koefficienter (Enhet: μV/oC, Referenstemperatur: 0 oC)

Temperaturgivare Standardtyper av termoelement

Temperaturgivare Toleranser för olika typer av termoelement http://www.thermometricscorp.com/thertypk.html

Temperaturgivare Termoelements sammansättning, märkning m.m. http://www.thermometricscorp.com/thertypk.html

Temperaturgivare Temperaturkurvor för olika typer av termoelement http://www.thermometricscorp.com/thertypk.html

Temperaturgivare Skyddskapslade termoelement Isolerad mätpunkt Den säkraste konstruktionen som är att föredra i de allra flesta fall. Man kan t ex utan hinder använda givaren för differensmätningar, slipper problemet med jordströmmar och vinner mekanisk hållfasthet. Jordad mätpunkt Trådarna svetsas fast i förslutningen. Ger något kortare svarstid. Mantel, isolering och termoelementtrådar har olika värmeutvidgning. Snabba och stora temperaturförändringar kan leda till att trådarna lossnar från spetsen. Exponerad mätpunkt Mätpunkten ligger utanför manteln och röret tätas med t ex glasmassa. Styrkan är kortast möjliga svarstid. Men på samma gång tar man bort flera av det slutna manteltermoelementets fördelar som hög temperatur-tålighet. Exponerad mätpunkt rekommenderas endast när kort svarstid ligger absolut högst på kravlistan.

Temperaturgivare Termoelement med bryggkompensering * Brygga med NTC-termistor och korrektionsspänning för att kompensera för temperaturvariationer hos det kalla lödstället

Temperaturgivare Motståndstermometrar * Mätområde: –260 oC - +1200 oC * Större noggrannhet än hos termoelement * Baseras på resistivitetens temperaturboeroende - Ökande resistivitet med ökad temperatur (PTC) * Vanligast använda metallerna: Platina, nickel, koppar

Temperaturgivare Resistivitetens temperaturberoende hos nickel och platina

Temperaturgivare Motståndstermometrar * Temperaturberoende: * Tabell för koefficienter för Pt och Ni: (polynomapproximation av grad 2) (linjär approximation)

Temperaturgivare Vanligaste typen av motståndstermometer: Pt-100 (Platina, 100 W vid 0oC) Okapslad Kapslad

Temperaturgivare Problem vid mätning med Pt-100 * Temperaturberoende ledningsresistanser ==> Kompensering med flera ledare Grundkoppling (brygga) Tvåtrådskoppling Tretrådskoppling Fyrtrådskoppling (med konstant strömkälla)

Temperaturgivare Annan variant av fyrtrådsmätning (2- och 3-tråds också med för lättare jämförelse): 2-tråds 3-tråds 4-tråds

Temperaturgivare OP-förstärkare i differentialkoppling

Temperaturgivare OP-förstärkare i bryggkoppling med Pt-100

Temperaturgivare Termistorer (halvledartermometrar) * PTC (Positive Temperature Coefficient) * NTC (Negative Temperature Coefficient)

Temperaturgivare Två typer av PTC-termistorer 1. Sensor: Kiselresistor med ganska linjär temperaturkarakteristik även kallad ”silistor” eller LPTC. 2. Switch: Switchande PTC-termistor med kraftigt olinjär temperaturkarakteristik. Dopat polykristallint keramikmaterial som används som strömskydd/temperaturskydd för olika utrustningar.

Temperaturgivare ”Linjär” PTC (LPTC) AM-LPT2000 AM-LPT1600 AM-LPT1000 25oC

Temperaturgivare LPTC (”Linjär” PTC) * Arbetsområde -50 oC - +150 oC

Temperaturgivare NTC-termistorer Utgångspunkt (referens) 25 oC = 298 K

Temperaturgivare ”Linjärisering” av NTC-termistor genom spänningsdelning

Temperaturgivare NTC-termistor - ”linjärisering” t ”Mest linjär” i inflektionspunkten (2:a derivatan = 0)

Temperaturgivare NTC-termistorer * Mätningar i intervallet 0 < T < 573 [K] * R25 från 1 W till 1 MW * Små dimensioner ger snabb respons (liten tidskonstant) * Hög förstärkning (som dock minskas vid linjärisering) * Möjlighet till hög resistans minskar inverkan av ledarresistanser

Temperaturgivare Optisk pyrometer * Justering av lampans ström tills samma intensitet som hos temp.källan

Temperaturgivare Strålningspyrometer

Temperaturgivare Totaltrålningspyrometer * Bygger på Stefan-Boltzmanns lag där T är temperatur i K, A arean och P(T) är totala utstrålade effekten. Emissiviteten e är 1 för en perfekt svartkropp. Koefficienten s (Stefan-Boltzmanns konstant) ges av

Temperaturgivare Selektiv strålningspyrometer * Bygger på Plancks strålningslag: Spektralradiansen ges av (enhet: W/m3/sr där sr=steradian (rymdvinkel)): kB = Boltzmanns konstant, h = Plancks konstant, l = våglängd, n = frekvens

Temperaturgivare Pyrometrar * Exempel på olika utformningar