1. Teplota

Teplota je základní fyzikální veličinou (označujeme T, jednotky K - kelvin). Vztah mezi °C a K je : TK = T-273,16, kde TK je teplota v kelvinech a T je teplota ve °C. Za 0K (kelvinů) se považuje absolutní nula, což je teplota, při které ustává veškerý pohyb všech částic (atomů) v látkách.
 
Teplotu měříme teploměry. Teploměry rozdělujeme na skleněné (zdravotní teploměr), odporové (Pt 100), termoelektrické (Fe - Cu) a pyrometry (bezdotykové měření teploty). Pro Měření a regulaci jsou zajímavé pouze odporové, termoelektrické teploměry a pyrometry. Skleněné nemají pro regulaci žádný význam
.

1.1. Odporové snímače teploty :
Odporové snímače teploty využívají vlastnosti kovů a polovodičů, u kterých se elektrický odpor mění s teplotou. U průmyslových snímačů teploty se používají zejména měděné, niklové a platinové vodiče. Platinové vodiče vykazují nejvyšší stabilitu a přesnost, proto jsou dnes nejvíce používané.
 
Poměr hodnoty odporu při 100°C a při 0°C se nazývá ODPOROVÝ POMĚR. Tento poměr současně vyjadřuje jakost odporu odporového čidla (platina 1,385).
 
STABILITA MĚŘÍCÍHO ODPORU vyjadřuje dovolené kolísání hodnoty základního odporu při změně teploty. Udává, o kolik se změní odpor, když jej vystavíme maximální teplotě, pro kterou má být použit, a pak změříme, o kolik se změnil základní odpor při 0°C. Odchylku pak označujeme jako NESTABILITA měřícího odporu. Základní odpor je hodnota odporu při 0°C.
 
Důležitým parametrem odporových snímačů teplot je OTŘESUVZDORNOST. Je to odolnost snímače vůči mechanickému chvění, které by mohlo mít za následek mechanické poškození měřícího odporu a tím by vneslo do měření nepřesnost. Otřesuvzdornost se zkouší přímočarým kmitavým pohybem se sinusovým průběhem. Specifikuje se buď amplitudou a rozsahem frekvencí anebo násobkem (g=9,81) a rozsahem frekvencí. Vztah mezi zrychlením a, frekvencí f a amplitudou A je dán vzorcem :
 
 


 
U měřících odporů se dále udává maximální měřící proud, aby nedocházelo k vlastnímu ohřátí měřícího odporu v závislosti na tomto měřícím proudu. Toto ohřátí by mělo za následek zanesení chyby do měření.
 
 
 

                                         Obr. 2.1. Příklady zapojení měřícího odporu
 
a) Dvouvodičové zapojení b)               Třívodičové zapojení c)                    Čtyřvodičové zapojení
 
Dosud nejrozšířenějším způsobem měření teploty odporovými snímači je měření změn hodnot měřícího odporu jeho zapojením do odporového (Wheatsonova) můstku. Měřící odpor je zapojen do jedné větve můstku, změna teploty způsobí změnu měřícího odporu, tím dojde k rozvážení můstku. To je indikováno měřícím přístrojem (M) zapojeným v úhlopříčce. Hodnoty odporů jsou voleny tak, aby při minimální hodnotě rozsahu byl můstek vyvážen - ručička měřícího přístroje má nulovou výchylku, při maximálním rozsahu je proud do můstku nastaven tak, aby ručka ukazovala maximální hodnotu. Pro rovnováhu Wheatsonova můstku platí:
,           

 kde Rp= Rj +Pt100 + R2 (viz. obr.2.1a)
Odpor vedení mezi přístrojem a odporovým snímačem se vlivem změny teploty okolí mění a způsobuje chybu měření, neboť je zapojen spolu s měřícím odporem ve stejné větvi můstku. Proto se tohoto zapojení využívá pro kratší vzdálenosti mezi měřícím místem a vyhodnocovacím přístrojem a pro větší rozsahy teplot, aby relativní chyba byla v poměru k velikosti rozsahu menší.
 
Vliv změn odporu vedení na přesnost měření je prakticky odstraněn třívodičovým zapojením odporového snímače (viz.obr.2.1b). U tohoto zapojení je snímač teploty a jeden vodič s vyrovnávacím odporem Rj zapojen do jedné větve odporového můstku a druhý vodič s vyrovnávacím odporem Rj do druhé větve. Třetí vodič je v napájecí větvi a napájecí bod je posunut až ke snímači teploty. Vliv okolní teploty na vedení je eliminován, protože přírůstky odporu působí v sousedních větvích a tím se navzájem ruší.
 
Tab. 2.2. Přehled měřících odporů plochých
 

Typ Měřící rozsah (°C)
PtpC - 100 ....... + 110
PrpD - 100 ....... + 110
ptpE   - 100 ....... + 110
ptpF   - 100 ....... + 110
ptpH - 100 ....... + 110
ptpS - 200 ....... + 350

Jmenovitý odpor při 0°C………1 * 100 ohmů
Max. měřící proud……………..10 mA
Přesnost………………………...1%
 

 

1.2. Přesnost měření teploty odporovými snímači :

Na přesnost měření teploty snímačem má obecně vliv více činitelů a chyby jimi způsobené můžeme zařadit do tří hlavních skupin :
a) Chyby způsobené umístěním snímače a tepelnými vlastnostmi prostředí, jímky, armatury, apod.
b) Chyby způsobené dynamickými vlastnostmi samotného snímače.
c) Chyby jednotlivých členů elektrického obvodu, které mají vliv na výslednou chybu měření teploty.
 
Hlavním předpokladem správného měření teploty je vhodné umístění snímačů teploty, aby byl zajištěn správný přestup tepla a dokonalý styk s měřeným prostředím. Přesto se mohou vyskytnout chyby způsobené:
 
1. změnou odporu vedení vlivem teploty
2. základní chyba vyhodnocovacího přístroje
3. nesprávným vyrovnáním vedení
4. měřícím odporem jako odchylkou od cejchovní řady
5. odchylkou kompenzačního vedení od cejchovní řady
6. termočlánkem jako odchylkou od normalizované cejchovní řady
7. odchylkou korekčního napětí
8. dalšími ovlivňovacími veličinami, např. okolní teplotou, napájecím napětím, apod. a jejich vlivem na přístroje.

Změna odporu vedení, např. vlivem teploty se projevuje jako chyba náhodná. Vliv chyby lze odhadnout podle uvedeného vzorce, který uvádí velikost chyby v %, jak se projeví na stupnici přístroje. Jde o poměrnou chybu vztažnou k rozsahu.
 


kde : Da přídavná chyba (%)
DR změna (či odchylka odporu vedení)
Ric celkový vnitřní odpor (t.j.odpor vedení a vnitřní odpor měřícího přístroje)

 

Obsah                                              2.Termoelektrické snímače teploty