Sistem de măsurarea temperaturii

I.1. Consideratii introductive. Definitii.

Notiunea de temperatura isi are originea in anumite senzatii ale organelor de simt umane prin intermediul carora se pot face aprecieri referitoare la starea termica a corpurilor.

Fundamentarea stiintifica a notiunii de temperatura este data prin intermediul termodinamicii si fizice statice care studiaza forma de miscare a materiei denumita “miscare termica”.Proprietatea de tranzitivitate permite compararea temperaturii pentru sisteme diferite fara a le pune in contact termic,folosind un anumit corp ca intermediar.

In vederea eliminarii caracterului conventional al termperaturii empirice, pornind de la principiul al doilea al termodinamicii se defineste notiunea de termperatura termodinamica T ca fiind inversul factorului integrant al expresiei schimbului de caldura in sistemele termodinamice.

dS=dQ/T

Unde dS este variatia elementara a entropiei sistemului si dQ este caldura schimbata corespunzatoare.

Se poate demonstra ca la o trecere cvasistatica reversibila a unui sistem termodinamic de la o stare la alta temperatura T nu-si schimba sensul si se postuleaza astfel ca temperatura termodinamica poate avea numai valori pozitive,de unde si denumirea de temperatura absoluta.Este de observat ca intre valorile temperaturii absolute T si cele ale temperaturii empirice ¸ se pot stabili relatii dependente de modul conventional in care se determina si se exprima ¸.

I.2. Scari de temperatura. Unitati de masura.

In principiu,constructia unei scari de temperatura presupune atribuirea de valori arbitrare ¸1, ¸2, temperaturilor corespunzatoare unor fenomente fizice cu o buna reproductibilitate (de exemplu, solidificarea sau fierberea substantelor pure).Intervalul ¸2-¸1 se imparte intr-un numar N oarecare de parti egale ,rezultind subintervalul de baza care se adopta ca unitate a scarii si caruia i se atribuie denumirea de grad de temperatura.

1ºC=(¸2-¸1)/N

In continuare se alege o proprietate fizica P a unui anumit corp (denumit corp termometric)care depinde liniar de temperatura cu suficient de buna aproximatie pe intervalul [¸1, ¸2]. Ca exemple de astfel de proprietati se pot mentiona dilatarea termica,variatia rezistentei electrice cu temperatura etc. In aceste conditii scara de temperatura este definita de relatia:

unde P2-P1, reprezinta variatia proprietatii P pentru intervalul considerat, iar P-P1,este variatia corespunzatoare pentru ¸.

Se observa ca impartind variatia P2-P1,a proprietatii P in N parti egale se obtine:

care exprima valoarea in grade a intervalului determinat de temeperatura de masurat ¸ in raport cu referinta ¸1.

Potrivit relatiilor de mai sus,rezulta ca se pot construi scari termometrice diferite in functie de valorile adoptate conventional pentru intervalul [¸1, ¸2] si de proprietatea P. Mai mult decat atat ,scarile de temperatura pentru acelasi interval si acelasi tip de proprietate pot conduce la valori numerice diferite pentru ¸, [¸1, ¸2]in functie de particularitatile corpului termometric.

In prezent exista doua tipuri de scari de temperatura adoptate de Conferinta Generala de Masuri si Greutati:

-Scara termodinamica de temperatura (STT);

-Scara internationala practica de temperatura (SIPT).

Scara termodinamica de temperatura,denumita si scara Kelvin,este o scara absoluta , construita pe baza teoremei lui Carnot care deriva din principiul al doilea al termodinamicei.

La cea de a 13-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati din 1967 s-a adoptat,pe linia celor de mai sus,urmatoarea definitie:

“Temperatura de baza este temperatura termodinamica al carui simbol este T; unitatea de temperatura termodinamica este kelvinul cu simbolul K. Kelvinul este fractiunea 1/273,16 din temperatura termodinamica corespunzatoare punctului triplu al apei”.

Aceeasi Conferinta a stabilit ca, in afara temperaturii termodinamice T, exprimata in kelvini, se poate folosi si temperatura Celsius ¸, pentru care punctul zero se afla cu 0,01ºK sub punctul triplu al apei.

¸=T-273,15 ºC

Un interval sau o diferenta de temperatura au aceeasi valoare indiferent de modul de exprimare in grade Kelvin sau grade Celsius.

I.3. Principiile functionale ale traductoarelor de temperatura. Clasificari.

Temperatura reprezinta una dintre marimile cele mai frecvent masurate in numeroase domenii datorita faptului ca in majoritatea proceselor fizice,chimice,biologice,naturale sau artificiale,intervin fenoimene de natura termica.

Supravegherea si/sau reglarea temperaturii pot fi intilnite practic in toate ramurile industriale,principalele scopuri fiind optimizarea fluxurilor termice in procesele tehnologice,intocmirea bilanturilor de energie termica,evaluarea si reducerea pierderilor prin transfer de caldura,asigurarea si mentinerea anumitor conditii climatice in fazele de productie,depozitare sau transport, etc.

Valorile temperaturilor care trebuie masurate variaza in limite largi de la 200ºC pana la 3000-3500ºC.

O prima clasificare a traductoarelor de temperatura, bazata pe modul in care elementul sensibil preia energia de la mediul a carui temperatura se masoara,permite sa se distinga doua mari categorii:

-traductoare de temperatura cu contact;

-traductoare de temperatura fara contact.

In cazul primei categorii elementul sensibil se afla in contact direct cu mediul, preluarea energiei termice efectuandu-se prin conductibilitate sau convectie.Traductoarele de temperatura cu contact reprezinta categoria cea mai frecvent utilizata in domeniul: 200…1600ºC.

Problema cea mai importanta ,din punct de vedere al preciziei, este aceea a influentei pe care o exercita introducerea elementului sensibil asupra campului de temperatura existent in mediul de masurat. Transferul de caldura de la mediul de masurat la elementul sensibil necesita un anumit timp, de dorit cat mai redus, pana la atingerea echilibrului termic.Constantele de timp caracteristice acestor traductoare sunt sensibil mai mari decat ale traductoarelor pentru alte marimi si ele reprezinta un indicator de performanta esential in proiectarea sistemelor de reglare.De asemenea trebuie relevata necesitatea unor mijloace de protectie a elementului sensibil la imersia acestuia in medii corozive,metale topite, etc.