No 4 Temp Measurement

MEASUREMENTMEASUREMENTTEMPERATURETEMPERATURE

By Dr. By Dr. DiewDiew KoolpiruckKoolpiruck

RevicedReviced by by SompornSomporn

20072007

AGENDAAGENDA

A. IntroductionA. Introduction

B. ThermalB. Thermal--expansion methodsexpansion methods

C. ThermocouplesC. Thermocouples

D. ElectricalD. Electrical--resistance sensorsresistance sensors

E. Junction SemiE. Junction Semi--Conductor sensorsConductor sensors

F. Digital ThermometerF. Digital Thermometer

G. Fiber optic ThermometersG. Fiber optic Thermometers

H. Pyrometers H. Pyrometers

INC 336 Industrial process measurement, 2006INC 336 Industrial process measurement, 2006

• อณหภม : ระดบของความรอนหรอความเยนของวตถหรอสภาพแวดลอม ณ.จดอางองหนงๆ ทแนนอน

• กาลเลโอ : คนพบเครองวดอณหภม ในป ค.ศ. 1592 แตยงใชงานไดไมดนก ตอมามผผลตเครองวดอณหภมจนใชงานไดด โดยทาเปนหลอดปลายปดสญญากาศ แตกยงไมม Scale เปนทยอมรบ

IntroductionIntroduction


The zero law of thermodynamics: two bodies to be said to have the same temperature, they must be in thermal equilibrium.

Temperature Scale:Temperature Scale:

• Thermodynamic Kelvin scale

• Celsius scale

• Farenheit scale

• Reaumur scale

• Rankine scale

• International Practical Temperature scale

Daniel Fahrenheit(1686-1736)

Anders Celsius

(1701-1744)

William Thomson

(Lord Kelvin, 1824-1907)

Rene Antoine Ferchault

de Reaumur (1683-1757).


• 0°C : อณหภมของจดแขงของนา

• 100 °C : อณหภมของจดนาเดอด• 0°F : อณหภมของนาแขง + เกลอ• 0°K : อณหภมศนยองศาสมบรณ (Zero Abs. temp.) คอจด

ทไมมพลงงานความรอนอยในอะตอม อเลกตรอนตางๆ จะหยดโคจร• 273.16°K : จด triple point ของนา = 0 °C


0°K

273.16 °K = 0 °C

K

A. Introduction: Principle of temperature measurementA. Introduction: Principle of temperature measurement

• Thermal expansion techniquesThermal expansion techniques• Bimetallic• Liquid-in-glass• Filled Thermal

• Electrical TechniquesElectrical Techniques• Thermocouples• Electrical-resistance sensors• Junction Semi-conductor sensors

• Optical and Radiation techniquesOptical and Radiation techniques• pyrometer

• Chemical techniquesChemical techniques• Crayon• Lacker


*Contact

*Non-Contact

A. Introduction: Standard and CalibrationA. Introduction: Standard and Calibration

• International measurement system set up independent standards for only 4 quantities: length, time, mass, and temperature. Standard for all other quantities are basically derived from these.

• In 1927, the International Practical Temperature Scale (IPTS) was defined (revision in 1948, 1954, 1960, 1968, and 1990)

• IPTS was set up to conform as closely as practical with the thermodynamic scale. These primary fixed-point are listed as follows:

• the triple point of water (0.01 C)• the boiling point of liquid oxygen (-182.962 C)• the boiling point of water (100 C)• the freezing point of zinc (419.58 C)• the freezing point of silver (961.93 C)• the freezing point of gold (1064.43 C)



• Various secondary point also established:• A platinum resistance thermometer (-259.34 –630.74 C)• A platinum-10% rhodium and platinum thermocouple (630.74-1064.43 C)

Temperature fixedTemperature fixed--pointpoint

Temperature Calibrator



Uncertainties of temperature measuring instrumentsUncertainties of temperature measuring instruments



B1. Bimetallic ThermometersB1. Bimetallic Thermometers



B2. LiquidB2. Liquid--inin--glass Thermometersglass Thermometers



B3. Filled Thermal ThermometersB3. Filled Thermal Thermometers


1. Sensing Bulb : เปนสวนทรบรอณหภมทตองการวด

2. Capillary Tube : เปนทอเลกๆ ตอระหวาง 1 กบ 3

3. Pressure Sensing : เปนสวนเปลยนความดน เปนการเคลอนทไปขบเคลอนสวนชคา (4)

4. Indicator : สวนชคา

• โครงสรางของเทอรโมมเตอร

1. Bulb : กระเปาะทบรรจของเหลวทผนงยาง เพอใหความรอนถายเทไปยงกระเปาะไดดเปนสวนใชวดอณหภม

2. Stem : กานแทงแกวภายในเปนทอเลกๆ ใหของเหลววงขยายตว เมอไดรบอณหภม

3. Scale : ขดบอกอณหภม โดยดจากระดบของเหลว4. Contraction Chamber : ปองกนไมใหของเหลวหดตวเขาไปใน

กระเปาะมากเกนไป

5. Expansion Chamber : ปองกนไมใหของเหลวขยายตวมากเกนไป ถาไมม เทอรโมมเตอรอาจแตกได

6. Immersion Ring : ขดบอกวาใหจมลงไปถงระดบใด

B. B. ThermometersThermometers

C. ThermocouplesC. Thermocouples

Thermocouple protectionhead probe

Thermocoupleprobe

Thermocouplesheath options

Basic thermocoupleBasic thermocouple


C. Thermocouples: PrincipleC. Thermocouples: Principle

•• SeebeckSeebeck Effect:Effect: bonding wires of two dissimilar metals together to form a bonding wires of two dissimilar metals together to form a closed circuit caused an electrical current to flow in the circuclosed circuit caused an electrical current to flow in the circuit whenever a it whenever a difference in temperature was imposed between the end junction.difference in temperature was imposed between the end junction.•• ปป คค..ศศ.. 18211821 SeebeckSeebeck พบวาพบวา ถาใชโลหะสองชนดตอกนเปนวงจรปดถาใชโลหะสองชนดตอกนเปนวงจรปด และใหและให 22

จดตอมอณหภมตางกนจดตอมอณหภมตางกน จะจะเกดกระแสไฟฟาไหลเกดกระแสไฟฟาไหลรอบๆรอบๆ วงจรวงจร


T2>T1T1 T2

cu

Ir

ปรมาณการไหลของกระแสไฟฟานจะมากหรอนอยขนอยกบผลตางของ

อณหภมทปลายจดตอทงสอง

Metal A

Metal B


eab

eab = Seebeck Voltage

eab = αΔTSeebeck ไดจดอนกรมของโลหะไว 35 ชนด ตามลาดบของคณสมบตทางไฟฟาความรอนในวงจรทสรางขนโดยโลหะสองชนดใดๆ ทกระแสไหลทไหลทจดตอรอนจะไหลจากโลหะในลาดบหนาไปลาดบหลงในอนกรม

สวนหนงของอนกรม Seebeck มดงน

Bi – Ni – Co – Pd – Pt – U – Cu – Mn – Ti – Hg – Pb –Sn – Cr – Mo – Rh – Ir – Au – Zn – W – Fe – As – Sb

PeltierPeltier Effect:Effect: When the electric current flows in the same When the electric current flows in the same direction as the direction as the seebeckseebeck current, heat is absorbed at the hotter current, heat is absorbed at the hotter junction and liberated at the colder junction. (fundamental basijunction and liberated at the colder junction. (fundamental basis for s for thermoelectric cooling and heating).thermoelectric cooling and heating).

•• คค..ศศ.. 18341834 PeltierPeltier พบวาพบวา เมอกระแสไหลผานจดตอของโลหะเมอกระแสไหลผานจดตอของโลหะ 22 ชนดชนด ความรอนจะถกดดกลนทจดตอความรอนจะถกดดกลนทจดตอ เมอกระแสไหลในทศทางหนงเมอกระแสไหลในทศทางหนง

และจะปลอยความรอนถากระแสไหลในทศทางกลบกนและจะปลอยความรอนถากระแสไหลในทศทางกลบกน

ตวอยางตวอยาง ถาจดตอของเหลกถาจดตอของเหลก –– ทองแดงทองแดง ( (IrIr –– Cu)Cu)ความรอนจะถกดดกลนเมอกระแสไหลจากทองแดงไปเหลกความรอนจะถกดดกลนเมอกระแสไหลจากทองแดงไปเหลก และปลอยและปลอย

ความรอนเมอกระแสไหลจากเหลกไปทองแดงความรอนเมอกระแสไหลจากเหลกไปทองแดง

((โลหะแตละชนดนนแรงยดเหนยวของโลหะแตละชนดนนแรงยดเหนยวของelectron electron มไมเทากนมไมเทากน))

Q = Q = ¶¶IIΔΔTT Q = Q = ปรมาณความรอนทถายเทปรมาณความรอนทถายเท ,, ¶¶ == PeltierPeltier CoefficientCoefficient

I = I = กระแสไฟฟากระแสไฟฟา ,, ΔΔTT = = ผลตางของอณหภมผลตางของอณหภม 22 จดจด


•• Thomson Effect:Thomson Effect: A temperature gradient in a metallic conductor is A temperature gradient in a metallic conductor is accompanied by a small voltage gradient whose magnitude and accompanied by a small voltage gradient whose magnitude and direction depend on the particular metal. Thus allowing the use direction depend on the particular metal. Thus allowing the use of of extension wires with thermocouples because no electromotive forcextension wires with thermocouples because no electromotive force is e is added to the circuit.added to the circuit.

•• ThomsonThomson พบวาถาใหความรอนทจดตอหนงเพมขนเรอยๆพบวาถาใหความรอนทจดตอหนงเพมขนเรอยๆ โดยใหจดตออกโดยใหจดตออก

จดรกษาอณหภมไวคาหนงจดรกษาอณหภมไวคาหนง คาของกระแสไฟฟาทไหลในวงจรคาของกระแสไฟฟาทไหลในวงจรจะเพมจะเพมขนเรอยๆขนเรอยๆ แตเมอเพมตอไปเรอยๆแตเมอเพมตอไปเรอยๆ จนถงจดๆจนถงจดๆ หนงกระแสเรมลดลงๆหนงกระแสเรมลดลงๆ และผานศนยซงกคอและผานศนยซงกคอ

กลบทศของกระแสนนเองกลบทศของกระแสนนเอง


C. Thermocouples: Practical rulesC. Thermocouples: Practical rules

•• Law of the homogeneous circuit:Law of the homogeneous circuit:A thermocouple current cannot be A thermocouple current cannot be sustained in circuit of a single sustained in circuit of a single homogeneous material.homogeneous material.

•• Law of Intermediate Material:Law of Intermediate Material:The algebraic sum of the thermoThe algebraic sum of the thermo--electromotive forces in a circuit electromotive forces in a circuit composed of any number of dissimilar composed of any number of dissimilar materials is zero if all of the circuit is at materials is zero if all of the circuit is at uniform temperature. This means that a uniform temperature. This means that a third homogeneous material always can third homogeneous material always can be added to a circuit with no effect on be added to a circuit with no effect on the net EMF of the circuit as long as its the net EMF of the circuit as long as its extremities are at the same temperature.extremities are at the same temperature.

•• Law of Intermediate Temperature:Law of Intermediate Temperature:Algebraic summation of EMF can be Algebraic summation of EMF can be determined when the junctions are at determined when the junctions are at different temperatures (see in figure):different temperatures (see in figure):







nny-0.236 - 18.698-50 - 1768Platinum 10% Rhodium - PlatinumS

nny-2.26 - 21.108-50 - 1768Platinum 13% Rhodium - PlatinumR

nny-9.835 - 76.358-270 - 1000Chromel - ConstantanE

yyy-6.258 - 20.869-270 - 400Copper - ConstantineT

nny-6.458 - 54.875-270 - 1372Cromel - AlumelK

yyy-8.096 - 42.922-210 - 760Iron - ConstantanJ

VacuumReducingOxidizingE (mV)temp range (C)MaterialType

Comparison between standard thermocouples


Thermocouples: Color codeThermocouples: Color code

http://www.omega.com/techref/thermcolorcodes.html INC 336 Industrial process measurement, 2006INC 336 Industrial process measurement, 2006

C. Thermocouples: Reference JunctionC. Thermocouples: Reference Junction

ThermocoupleThermocouple จะใหแรงเคลอนไฟฟาออกมาจะใหแรงเคลอนไฟฟาออกมา เนองจากความแตกตางของอณหภมทเนองจากความแตกตางของอณหภมท

จดวดจดวด ((measuring junction)measuring junction) เทยบกบอณหภมทจดอางองเทยบกบอณหภมทจดอางอง

ดงนนในการใชงานตองมวธการเพออานคาของดงนนในการใชงานตองมวธการเพออานคาของ Thermocouple Thermocouple ไดถกตองไดถกตอง เมออณหภมทจดวดคงทแตจดอางองไมคงททาใหแรงเคลอนไเมออณหภมทจดวดคงทแตจดอางองไมคงททาใหแรงเคลอนไฟฟาเปลยนทงๆฟฟาเปลยนทงๆ ทอณหภมททอณหภมท

จดวดคงทจดวดคงท ทาใหคาทไดไมถกตองทาใหคาทไดไมถกตอง

•• วธควบคมวธควบคม Reference JunctionReference Junction เพอใหอานคาไดถกตองเพอใหอานคาไดถกตอง

วธทวธท 11 Fixed Reference TemperatureFixed Reference Temperature

วธทวธท 22 Electronic Reference CompensateElectronic Reference Compensate

วธทวธท 33 Mechanical Reference CompensateMechanical Reference Compensate

C. Thermocouples: C. Thermocouples: Fixed Reference TemperatureFixed Reference Temperature


1. รกษาอณหภมท Reference Junction ใหคงทดวยนาแขงหรอเครองทาความเยน

2. รกษาอณหภมท Reference Junction ใหคงทดวยoven เปนอปกรณทาความรอนทรกษาอณหภมใหคงท 50 องศาเซลเซยส

C. Thermocouples:C. Thermocouples: PrinciplePrinciple


วธนจะใชวงจรบรดจตออนกรมเขาไปในวงจรเทอรโมคปเปลโดยใชคาความ

ตานทานทเปลยนคาตามอณหภมเชน RTD, Thermister ตอเขาเปนสวนหนงของบรดจ เมอณหภมท Reference Junction เปลยนไปทาใหบรดจเกดไมสมดล จงเกดแรงดนไฟฟาไปเสรมวงจร Thermocouple ทาใหชคาถกตองเสมอ

3.3. Electrical Reference CompensateElectrical Reference Compensate

4. Mechanical Reference Compensate

ใชกบเครองแสดงคาแบบ Moving Coil และม Reference อยทเครองแสดงคา จะใช Bimetallic เปนตว Compensate เขม เมอ Reference Junction อณหภมสงขน Bimetallic จะโกงตวดงเขมเขาชอณหภมตามจดวดตลอดเวลา



• การใชงานจรงระยะทางจากจดวด และ Reference Junction มกจะอยหาง

กน แตเนองจากสายเทอรโมคปเปลมราคาแพงมาก จงตองหาสายทม

ราคาถกกวามาใชตอแทน ในชวงของ Connecting head ของเทอร

โมคปเปลกบ Reference Junction สาย Extension Wire ตองมคณสมบต

โคงงอไดงาย และใชกบอณหภมทไมสงมากนก

C. Thermocouples: Extension WireC. Thermocouples: Extension Wire

สาย Extension Wire ม 2 แบบ คอ

1. ทาจากโลหะประเภทเดยวกบเทอรโมคปเปล หรอทาจากสารทม

คณสมบตใหแรงเคลอนไฟฟาเหมอนเทอรโมคปเปลทกประการ สาย

ชนดนเรยกวา Compensating Extension Wire

2. ทาจากโลหะชนดเดยวกนทงสองเสน ไมมคณสมบตทางแรงเคลอนไฟฟา

ความรอน

*สวนใหญสาย Extension Wire จะทนอณหภมไดไมเกน 200ºC

• สายเทอรโมคปเปลทผลตออกมาขายนน เราไมสามารถทจะทาการ

ปรบแตงเพอใหมแรงเคลอนไฟฟาตาม Table ได เราทาไดเพยง

ตรวจสอบดวามแรงเคลอนไฟฟาอยในพกดหรอไมเทานน แตการ

Calibration ในหวขอนจะเปนการ Calibrate ตว Indicator และตว

Transmitter เทานน

• กรณ Oven

เมอใช Oven เปนตวรกษาอณหภม Reference Oven ทวไปจะรกษา

อณหภมท 50ºC

การปรบแตง Zero และ Span ท Indicator หรอ Transmitter

Ex. Indicator ม range 0-500ºC ใชกบเทอรโมคปเปล Type K แตให

ปอน Millivoltage source แทน

C. Thermocouples: CalibrationC. Thermocouples: Calibration

Cu

Cu

Oven 50ºC

Room Temp 25ºC

Millivoltage Source

การปรบ Zero

เปรยบเสมอนการวดอณหภม

0ºC จรงๆ ในการปอน millivolt

เขาไปตองดวาในขณะตอใชงาน

จรง แรงเคลอนไฟฟาท indicator

ไดรบจากเทอรโมคปเปลเปน

เทาไร?

วธคด ตองเปรยบเทยบกบคาในตารางมาตรฐานและสมการของการเกดแรงเคลอนไฟฟา

V = VTm - VTR

ดงนน การปรบ Zero เพอให indicator ช 0ºC ตองปอน millivolt =

0.0000 – 2.02 = -2.02 mV

C. Thermocouples: CalibrationC. Thermocouples: Calibration

ใหปรบปม Zero ให indicator ช 0ºC หรอ ปรบให Transmitter จายกระแส

ออกไป 4 mA

การปรบ Span

เปรยบเสมอนการวดท 500ºC จรงๆ ดงนนตองปอนแรงดน V = ?

V = 20.65 – 2.02 = 18.63 mV

ปรบปม Span ให Indicator ชคา 500ºC หรอ Transmitter จายกระแส 20 mA

ในการปรบ Zero กบSpan ตองปอน Voltage และปรบกลบไปกลบมาระหวาง

Zero และ Span หลายๆ ครง จนไดคาตามตองการ

กรณ Ovenในการปฏบตงานบางครงจาเปนตองปอน Source เขาทสาย extension wire

ดงรป

การปรบ Zero Ambient Temp 30ºC, Reference Junction Temp 50ºC สายท

ใชเปน Type K ดงนนจะมแรงเคลอนไฟฟาเหมอน Tc ทกประการ

ดงนน V = VTA – VTR

= 1.20 – 2.02 = -0.82 mV

แตในขณะตอใชงานจรงท indicator ไดรบ V = VTm-VTR

= 0.0 – 2.02 = -2.02 mV

ฉะนน ตองปอนแรงเคลอนไฟฟาเขาไปในสายเทากบ x mV

-2.02 = -0.82 + x

x = -2.02 + 0.82 = -1.2 mV

เพอใหแรงเคลอนไฟฟาทงหมดจาก Source รวมกบทเกดในสายแลวเทากบ

-2.02 mV

หรอสามารถคดอกวธวาแรงเคลอนไฟฟาควรเปนเทาไรเมอวด 0ºC

V = VTm – VTA = 0.00 – 1.2 = -1.2 mV

การปรบ Span• ปกตวดอณหภม 500ºC Ref. Jn. 50ºC Thermocouple จะให

แรงเคลอนไฟฟาออกมา?

V = VTm – VTR

= 20.65 – 2.02 = 18.63 mV

แรงเคลอนไฟฟาทเกดขนท Extension wire

V = VTA – VTR

= 1.2 – 2.02 = -0.82 mV

ฉะนน ตองปอน Voltage Source = 18.63 – (-0.82) = 19.45 mV

หรอคดวา Thermocouple ตองจาย Voltage ออกมาเทาไร?

V = VTM – VTA = 20.65 -1.2 = 19.45 mV

การCalibrate Indicator หรอTransmitter#Type K ในกรณ Reference

Junction เปนแบบ Auto-compensation ขณะท Reference Junction ม

อณหภม 25ºC วงจร Auto-

Compensate จะสราง 1 mV

เมอตองการปรบ Zero ตอง

ปอน Voltage?

V = VTm – VTR = 0.0 – 1.0 = -1.0 mV

ฉะนน ตองปอน -1.0 mV เขาทจดตอ Reference Junction เพอหกลางกบวงจร

ชดเชย

ตอนปรบ Span 500ºC ตองปอน Voltage = 20.65 – 1 = 19.65 mV เขาท Ref.Jn.

• Sensing Element - Thermocouple

• Thermocouple Junction เปนจดตอทอยท Connecting Head

• Thermocouple Insulators เปนฉนวนทกนระหวางสาย

Thermocouple 2 เสนไมใหแตะกน

C. Thermocouples: C. Thermocouples: สวนประกอบสวนประกอบ

ฉนวนม 2 ชนด

1. Nonceramic Insulation – Teflon, PVC

2. Hard Fired Ceramic Insulation - aluminum-oxide

Protection tube เพอปองกนเทอรโมคปเปลจากสภาวะการใชงาน เชน จากสาร

กดกรอน, ความเรวในการไหล, ปองกนสาย Tc ซงมราคาแพง

C. Thermocouples: C. Thermocouples: ThermowellThermowell



D1. Resistance thermometer (RTD)D1. Resistance thermometer (RTD)

Sir Humphrey Dery ไดพบความสมพนธของความตานทานไฟฟาของ

โลหะตออณหภม และ ค.ศ. 1835 Faraday ไดผลต Resistance

Thermometer โดยใชหลกการ Thermoresistive และไดมการปรบปรงและ

พฒนา จนไดนามาใชในอตสาหกรรมในทสด

หลกการของความตานทานไฟฟาตอความรอน เมออณหภมสงขนความตานทานไฟฟาจะมากขนตาม (Positive Temperature Coefficient of

Resistance) ( )atRRt += 10

R0 : ความตานทานลวดโลหะทอณหภมอางอง (ปกต 0ºC)

Rt : ความตานทานทอณหภม t ºC

a : สมประสทธของการเปลยนคาความตานทานไฟฟาตออณหภม



RTD protectionhead probe

RTD probe

....)1( 320 ++++= cTbTaTRRT


Platinum Resistance Thermometer

• เปนโลหะทนยมใชทาRTDมากทสด เพราะมยานการวดอณหภมกวาง

และทนสภาวะการใชงานในบรรยากาศตางๆ ไดด ส.ป.ส.ความตานทาน

ไฟฟาตออณหภม a = 0.00385Ω/ Ω/ºC และ Platinum ยงเปนมาตรฐาน

ของอตสาหกรรมในองกฤษและยโรปตะวนตก เพราะ Platinumเปน

โลหะทมความเทยงตรงสงในการทาเครองมอวดอณหภม Range : -100

ถง 890 ºC (PT-100)

• PT-100 : ความตานทานของPlatinumท 0 ºC =100 Ω• PT-50 : ความตานทานของPlatinumท 0 ºC =50 Ω

Nickel and Copper Resistance Thermometer

• Nickel RTD ยงไมเปนมาตรฐานทผผลตจะเลอก ส.ป.ส. ความตานทาน

ตออณหภมเปนคาใดแน จงทาใหลาบากในการเลอกใชอปกรณท

เหมาะสม และยงไมสามารถใชกบยหออนได แตจะม ส.ป.ส. ประมาณ

a = 0.0066 Ω/ Ω/ºC

• Copper Resistance Thermometer เปนแบบทม Linearity ในการวดด

ทสด แตยานการใชงานแคบประมาณ -200 ถง 150ºC ปกตทผลตจะม

ความตานทาน 10 และ 25Ω ท 0ºC

• Performance Characteristic

Accuracy ในการตรวจสอบความถกตองของการเปลยนแปลงคา

ความตานทานตออณหภม มวธการเทยบ (calibrate) กบจดตางๆ

ดวยกน 6 จด


the triple point of water (0.01 C)

the boiling point of liquid oxygen (-182.962 C)

the boiling point of water (100 C)

the freezing point of zinc (419.58 C)

the freezing point of silver (961.93 C)

the freezing point of gold (1064.43 C)


Stability ความไวใจไดในการใชงาน (เสถยรภาพ) ในทนเปนการ

ทดสอบตอ Drift

Drift คอการแปรสภาพไปตามอายการใชงาน ตรวจสอบโดย


1. นา RTD ไปอยในอณหภม 0 ºC ประมาณ 24 – 28 ช.ม.

2. แลวนามาไวในอณหภมหองประมาณ 24 ช.ม.

3. แลวนากลบไปทอณหภม 0 ºC อก

4. แลวตรวจดวาคาความตานทานมการเปลยนแปลงหรอไม

ถามคาการเปลยนแปลง หรอ Drift ตองอยในคาทกาหนด

(0.05 Ω)


Repeatability วดซาๆ คาเดม แตละครงตองเบยงเบนไมเกน 0.08 Ω

Response Time ตรวจสอบความไวในรป Time Constant เปนเวลาตงแตท Step Change อณหภมไป จนอานคาได 63.2% ของอณหภมท Step Change ไป เชนในการทดสอบเรมจากอณหภม 0 ºC เปลยนแบบ step change ไป 50 ºC คา Time Constant ตองนอยกวา 6 วนาท จงอยในกาหนด

Self-Heating เนองจาก RTD ตองมกระแสไฟฟาไหลผานตวมนจานวนหนง ทาใหเกดความรอนขน = I2R และความรอนนจะทาใหคาความตานทานของ RTD เพมขน แตทเพมขนไมใชเพมจากอณหภมภายนอกแตเพมจากอณหภมซงเกดจาก I2R นนเอง






D1. Resistance thermometer (RTD)D1. Resistance thermometer (RTD) การตอใชงานการตอใชงาน





1. Unbalance Bridge

RTD จะตดตงอยในจดทตองการวด ซงอยบนแขนขางหนงของ

Bridge สวนความตานทานอนๆ มคาคงท เมอ RTD มอณหภม 0ºC จะ

ทาใหวงจร Bridge สมดล DVM วดได 0 V

และเมออณหภมท RTD เพมขน จะทาใหคาความตานทานท RTD

เพมขนตาม ทาใหวงจรเกดไมสมดล และแรงเคลอนไฟฟาท DVM วด

ได จะมความสมพนธกบการเปลยนแปลงน

วธเหมาะสาหรบวดอณหภมอยางงาย ความถกตองไมสงมากนก


D1. Resistance thermometer (RTD) D1. Resistance thermometer (RTD) วงจรพนฐานวงจรพนฐาน

2. Balance Bridge

ดงรป โดยท R3 เปน R ปรบคาได เมออณหภมท RTD เพมขน จะทา

ใหความตานทานเพมขนทาใหวงจร Bridge ไมสมดล ใหปรบ R3 จน

Bridge สมดลคอ DVM วดได 0 V คา R3 ทวดได เปนคาเดยวกบคา

RTD ทอณหภมนน


D1. Resistance thermometer (RTD) D1. Resistance thermometer (RTD) วงจรพนฐานวงจรพนฐาน

1. วธ 2 Wire

ใชในการตอสายตอระหวาง RTD กบ Bridge ยาวไมมากนกแตถาสายตอยาวมาก ความสมดล/ไมสมดลของ Bridge นนไมไดขนกบความตานทานท RTD อยางเดยว แตเกดทสายตอดวย

Ex. เมอ Bridge สมดล R1 ⋅RTD = R2 ⋅ R3

ถา R1 = R2, R3 = RTD

ฉะนนคา R3 คอคาของ RTD ท

อณหภมนนๆ สามารถนาไปเปด ตารางได


D1. Resistance thermometer (RTD) D1. Resistance thermometer (RTD) วธการตอใชงานวธการตอใชงาน

Ex. เมอ Bridge สมดล

R1 ⋅(RTD+r1+r2) = R2 ⋅ R3

ถา R1 = R2,

R3 = RTD + r1 + r2

ฉะนนคา R3 จะไมใชคาของ RTD อยาง

เดยว จงนาไปเปดตารางเลยไมได



2. วธ 3 Wire

เปนแบบมาตรฐานทนยมใชในอตสาหกรรม สายทง 3 ทตอมายใชในการตอสาย RTD ตองมความยาวเทากนตลอด 3 เสน เพอใหความตานทานของสายทง 3 เปลยนแปลงไปในทางเดยวกนตลอดเปนการชดเชยปญหาความผดพลาดทเกดจากสาย





A=B=C, R1=R2 เมอ Bridge สมดล

R2(R3+A) = R1(RTD+C)

เมอ R1 = R2, R3+A = RTD+C

และ A=B=C ดงนน R3 =RTD

สามารถนาคา R3 นไปเปดตารางหาคา

อณหภมของ RTD ได

Ex.



Average temperature sensingAverage temperature sensing

Differential temperature sensingDifferential temperature sensing



D2. Bulk SemiD2. Bulk Semi--conductor sensor (conductor sensor (ThermisterThermister))

The thermistor's resistance to temperaturerelationship to temperature is given by the Steinhart& Hart equation:

T = 1 / ( a + b.ln(R) + c.ln(R)3 )

where a, b and c are constants, ln( ) the naturallogarithm, R is the thermistors resistance in ohmsand T is the absolute temperature in °K. While theSteinhart & Hart equation is a close fit to practicaldevices, it does not always provide the precisionrequired over the full temperature range.


Thermistors

• คณสมบตทวไปของ Thermistors

- มความตานทานปกตสงมาก

- การเปลยนแปลงคาความตานทานตออณหภมมคามาก 3-5% ตอ ºC

- เมออณหภมสงขน ความตานทานจะนอยลง

- ส.ป.ส. ความตานทานตออณหภมเปน nonlinearความสมพนธระหวางคาความตานทานกบอณหภม

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

00

11expTT

BRRT

R0 : คาความตานทานท Reference Temp. [T0 K] (Ω)

RT : คาความตานทานทอณหภม [T0 K] (Ω)

B : Constant ขนกบแตละชนด/แบบ ของ Thermister



ThermistorThermistor linearization networkslinearization networks






A summary of available semiconductor temperatures sensors is presented below, followed by more detail on some of the more popular devices. The sensors can be grouped into five broad categories:

• voltage output• current output• resistance output• digital output

• simple diode types



Examples of circuit implementation using AD590Examples of circuit implementation using AD590



Examples of circuit implementation using AD590Examples of circuit implementation using AD590






Comparison of thermocouple and RTD selectionComparison of thermocouple and RTD selection



Comparison of thermocouple and RTD selectionComparison of thermocouple and RTD selection




Example of a connection of sensors to transmitterExample of a connection of sensors to transmitter



Optical temperature sensor is specifically designed for general use in laboratories andindustrial applications. It features complete immunity to microwaves and RF (EMI/RFI), highvoltage and harsh environments. It has a high resistance to a wide range of temperatureand meets all requirements for long term survability to chemicals and solvents.


Nortech's fiber-optic temperature sensor probe consists of a gallium arsenide crystal and a dielectricmirror on one end of an optical fiber and a stainless steel connector at the other end. The entire

assembly is coated with Teflon as a buffer



H. PyrometersH. Pyrometers



Radiation pyrometers Radiation pyrometers

A radiation thermometer, in very simple terms, consists of an opticalsystem and detector. The optical system focuses the energy emittedby an object onto the detector, which is sensitive to the radiation.

The output of the detector is proportional to the amount of energyradiated by the target object (less the amount absorbed by the opticalsystem), and the response of the detector to the specific radiationwavelengths. This output can be used to infer the objects temperature.

The emittivity, or emittance, of the object is an important variable inconverting the detector output into an accurate temperature signal.



Radiation pyrometers Radiation pyrometers



Infrared pyrometers Infrared pyrometers

Infrared radiation thermometers/ pyrometers,

by specifically measuring the energy beingradiated from an object in the 0.7 to 20 micronwavelength range, are a subset of radiationthermometers.

These devices can measure this radiationfrom a distance. There is no need for directcontact between the radiation thermometerand the object, as there is with thermocouplesand resistance temperature detectors (RTDs).



Infrared pyrometers Infrared pyrometers



OpitcalOpitcal pyrometers pyrometers

The classic form of this type of instrument is the disappearing-filament optical pyrometer. It is the most accurate of all the radiation thermometers; however, it is limited to temperatures greater than about 700°C since it requires a visual brightness match by a human operator.



OpitcalOpitcal pyrometers pyrometers


Black body radiation sources forcalibration and testing of infraredradiation pyrometer, LINE-SCANNER andthermal imager

Calibration radiatorsCalibration radiators



SUMMARY AND CONCLUSIONSUMMARY AND CONCLUSION


Date post:	10-Apr-2015
Category:	Documents
Upload:	komepee
View:	335 times
Download:	3 times

No 4 Temp Measurement

Documents