Tehnica Măsurării Temperaturii

Măsurarea temperaturii este importantă, întrucât este unul din parametrii interni termodinamici, care caracterizează starea unui fluid.

Pentru studiul sistemelor fizice este importantă determinarea stării de echilibru şi a proceselor prin care sistemul trece de la o stare de echilibru la o altă stare de echilibru.

Schimbul de energie prin efect termic presupune determinarea temperaturii sistemelor aflate în studiu.

Lucrarea de faţă îşi propune evidenţierea performanţelor diferitelor metode de măsurare a temperaturii.

Măsurarea temperaturii ocupă un loc central în studiul fenomenelor asociate schimbului de căldură. Obiectele care conţin mărimea de măsurat pot fi constituite din solide (exemplu: suprafeţe metalice), lichide (exemplu: lichidul de răcire sau lubrifiantul motoarelor cu ardere internă) sau gaze (exemplu: aerul admis în motoarele cu ardere internă supraalimentate). Obiectele solide pot fi fixe (exemplu: schimbătorul de căldură aer-lichid pentru răcirea aerului din instalaţia de supraalimentare) sau sunt în mişcare (exemplu roţile propulsorului).

În funcţie de modul în care senzorul de temperatură vine în contact cu obiectul (mediul) supus măsurării, distingem următoarele tipuri de senzori:

• Senzor cu contact direct, elementul sensibil aflându-se în contact nemijlocit cu suprafaţa obiectului solid.

• Senzor de imersiune, utilizat pentru medii fluide (lichide sau gaze).

• Senzor fără contact, utilizat pentru determinarea temperaturii pieselor aflate în mişcare sau care sunt inaccesibile montării senzorilor cu contact direct.

În continuare se vor prezenta pe scurt principalele tipuri de senzori de temperatură, precum şi caracteristicile de utilizare ale acestora.

Senzorul cu termocuplu

Principiul de funcţionare

Traductoarele cu termocuplu (termoelectrice) reprezintă traductoare de tip generator şi sunt utilizate pentru măsurarea într-o gamă largă de valori a temperaturilor.

Funcţionarea traductoarelor termoelectrice se bazează pe acţiunea simultană a două efecte: efectul Thomson şi efectul Seebeck.

Fig. 1 Schematizarea efectului Thomson

Efectul Thomson constă în deplasarea în interiorul unui conductor omogen (în Fig. 1 conductorul a sau conductorul b) a purtătorilor liberi de sarcină (în cazul metalelor a electronilor) de la zona caldă la cea rece. Rezultă, astfel, o încărcare electrică negativă a capătului rece şi, în compensaţie, o încărcare electrică pozitivă a capătului cald.

Tensiunea electromotoare care ia astfel naştere se numeşte tensiune electromotoare Thomson şi depinde de natura conductorului omogen şi de mărimea diferenţei de temperatură şi se determină cu relaţia:

(1)

în care reprezintă coeficientul lui Thomson pentru conductorul a.

Efectul Seebeck constă în fenomenul de apariţie a unei tensiuni electromotoare la contactul (joncţiunea) a două metale diferite, ca urmare a concentraţiilor diferite de purtători de sarcină, precum şi datorită a diferenţei de potenţial care apare între cei doi conductori.

În circuitul prezentat în Fig. 1 tensiunea electromotoare care apare la joncţiunea cu temperatura va avea semn opus faţă de tensiunea electromotoare care apare la joncţiunea cu temperatura şi va avea o valoare absolută diferită. Ţinând cont de cele două efecte, rezultă următoarea expresie a tensiunii electromotoare totale care apare în circuit:

(3)

Această valoare depinde numai de natura materialelor care formează joncţiunile şi de temperaturile şi la care se găsesc acestea.