10. Czujniki, stosowane do elektrycznych pomiarów

10. Czujniki, stosowane do elektrycznych pomiarów temperatury i poziomu
cieczy
(to co w nawiasie, to nie było tego w DWÓCH SKRYPTACH)
10.1. CZUJNIKI W POMIARACH TEMPERATURY
W pomiarach temperatury metodami elektrycznymi stosowane są dwa rodzaje czujników termoelektrycznych:

czujniki termoelektryczne PARAMETRYCZNE, w których temperatura wpływa na zmianę właściwości
fizycznych zastosowanych materiałów takich jak:
o rezystywnośd przewodników lub półprzewodników,
o przenikalnośd magnetyczną materiałów ferromagnetycznych,
o przenikalnośd dielektryków
o przewodzenie złącza półprzewodnikowego
Głównie: termorezystory i termistory.

czujniki termoelektryczne GENERACYJNE – termoelementy, które stanowią ogniwa termoelektryczne o sile
termoelektrycznej E zależnej od różnicy temperatur. Czujnik termoelektryczny z układem pomiarowym
stanowi termometr elektryczny.
TERMOREZYSTOR - stanowi uzwojenie wykonane z metalu (niklu, platyny ,miedzi) nawinięte na kształtkę z materiału
izolacyjnego. Działanie jego polega na zmianie rezystancji przewodnika pod wpływem zmiany temperatury. Powstałe
w ten sposób zmiany rezystancji są mierzone i stanowią miarę temperatury. Termorezystory znalazły ogromne
zastosowanie w przemyśle dzięki wysokiej temperaturze topnienia oraz ogromnym zakresie pomiarowym (-200°C do
3000°C).
TERMISTOR – jest elementem półprzewodnikowym w którym wykorzystano zależnośd zmiany rezystancji od zmiany
temperatury. Wykonane są z tlenków żelaza, niklu, litu, tytanu. Termistory w zależności od swego składu, mogą
wykazywad wzrost lub spadek przewodności przy rosnącej temperaturze. Termistory nadają się bardzo dobrze do
pomiaru temperatury oraz do sterowania jej zmianami w zakresie od -50°C do +300°C z błędem nie przekraczającym
0,1 do 0,2°C.
TERMOELEMENT - połączone na jednym koocu dwa różne materiały: metale czyste, stopy metali lub niemetale,
tworzą termoelement. Miejsce łączenia nazywa się spoiną pomiarową zaś pozostałe kooce - koocami wolnymi.
Przewody termoelementu nazywają się termoelektrodami. Pomiar temperatury przy pomocy termoelementów
bazuje na własności, iż w miejscach połączeo pomiędzy termoelektrodami, powstaje napięcie termoelektryczne.
PIROMETR - stosuje się w metodzie bezdotykowego pomiaru temperatury. W metodach tych wykorzystuje się
długośd fal od 0,4 µm do 20 µm co odpowiada promieniowaniu widzialnemu oraz podczerwieni. Jeśli na drodze
promieniowania znajduje się materiał to zachodzą w nim zjawiska: absorpcji, refleksji, przenikania.
DIODA PÓŁPRZEWODNIKOWA - w diodach półprzewodnikowych wykorzystuje się spadek napięcia na diodzie w
funkcji temperatury.
CZUJNIK KWARCOWY – zbudowany jest z kryształku kwarcu wbudowanego w obwód generatora, częstotliwośd
drgao jest proporcjonalna do temperatury.
ZŁĄCZE P-N – jest to złącze dwóch półprzewodników niesamoistnych o różnych typach przewodnictwa: p i n.
10.2. CZUJNIKI W POMIARACH POZIOMU CIECZY
Pomiar poziomu jest jednym z najpopularniejszych pomiarów w przemyśle. Pomiary poziomu można podzielid na:
•
•
pomiary procesowe - są konieczne tam, gdzie informacja o poziomie medium w zbiorniku ma wpływ na
proces technologiczny. Ważna jest tu szybkośd pomiaru, mniej ważna -wysoka dokładnośd.
pomiary rozliczeniowo-magazynowe - nie są bezpośrednio związane z produkcją, wymaga się tu raczej
wysokiej dokładności pomiaru, a nie szybkości.
W energetyce informacja o poziomie, względnie o różnicy poziomów wody otwartych zbiorników jest konieczna dla
prawidłowej gospodarki zasobami energetycznymi elektrowni wodnych i zbiorników przeciwpowodziowych.
Wymagania dokładności pomiarów są tutaj bardzo wysokie.
POMIAR CIŚNIENIOWY
Ciśnieniowe przetworniki poziomu stosowane są do pomiaru poziomu cieczy o niezmiennej gęstości w zbiornikach
otwartych i ciśnieniowych. Zasada działania opiera się na pomiarze ciśnienia hydrostatycznego (w przypadku
pomiaru w zbiornikach otwartych) lub różnicy ciśnieo (w przypadku zbiorników ciśnieniowych).
POMIAR RADAROWY I ULTRADŹWIĘKOWY
Pomiar radarowy i ultradźwiękowy ma zastosowanie do mediów stałych i ciekłych. Mogą one mied zróżnicowaną
gęstośd. Zasada działania obu pomiarów jest zbliżona, zostanie omówiona na przykładzie pomiaru radarowego. Czas
potrzebny sygnałowi radarowemu na przejście od nadajnika do powierzchni medium i z powrotem jest
proporcjonalny do odległości pomiędzy anteną i powierzchnią. Tak więc znając ten czas można określid poziom
medium w zbiorniku.
POMIAR NURNIKOWY
Nurnikowe przetworniki poziomu służą do pomiaru poziomu cieczy o niezmiennej gęstości w zbiornikach otwartych i
ciśnieniowych. Zasada działania nurnikowego przetwornika poziomu opiera się na pomiarze siły wyporu (miarą
poziomu jest siła F potrzebna do utrzymania nurnika na niezmiennej wysokości).
POMIAR PŁYWAKOWY
Zasada pomiaru: zmiana poziomu lustra wody (przesunięcie liniowe) za pośrednictwem nadajnika pływakowego,
sprzężonego mechanicznie z kołem napędowym, przetwarzana jest na przesunięcie kątowe mierzone
przetwornikiem elektrycznym. Koło jest sprzężone mechanicznie z przetwornikiem przetwarzającym kąt obrotu w
sygnał elektryczny. W zależności od producenta może to byd przetwornik analogowy: rezystancyjny, pojemnościowy,
magnetyczny, selsynowy lub też tarcza kodowa.
METODA POJEMNOŚCIOWA
Zmiana pojemności „kondensatora”, utworzonego pomiędzy izolowaną sondą a metalową ścianą zbiornika lub rury
osłonowej jest proporcjonalna do wysokości słupa cieczy – pojemnośd maleje przy opróżnianiu zbiornika i rośnie przy
jego napełnianiu.
METODA HYDROSTATYCZNA
Pomiar poziomu polega na wyznaczeniu ciśnienia hydrostatycznego, wywieranego przez słup cieczy o danej
wysokości, zgodnie z zależnością: P = h*g*ρ ,
gdzie: P – ciśnienie hydrostatyczne, h – poziom cieczy, g – stała grawitacji, ρ – gęstośd cieczy
METODA RADIOMETRYCZNA (izotopowa)
Zasada działania przyrządów radiometrycznych opiera się na pomiarze absorpcji promieniowania gamma,
przechodzącego przez mierzony produkt (przy pomiarze prawie całe promieniowanie ulega absorpcji przez medium).
Źródła:




MIERNICTWO ELEKTRYCZNE Rysia Roskosza (czyt. DWA SKRYPTY xD)
P.P.H. ENERGO-SILESIA Sp. z o.o. – PDF w materiałach
PREZKA z http://www.konopczynski.com/stronazawodowa/egzamin/pomiarytemperatury.ppt
Opracowanie z forum (te rzeczy w nawiasach)