Digitální učební materiál

1. Digitální učební materiál

2. Měření teploty Teploměry – druhy, principy, použití

3. Teploměry • Používají se k měření teploty; • Využívá se poznatku, že se změnou teploty se mění veličiny popisující • stav tělesa (objem, tlak, elektrický odpor, vyzařování); • Funkčně teploměry dělíme na: • dilatační; • tlakové; • odporové; • termoelektrické; • bezdotykové.

4. Kapalinové teploměry (dilatační) • Využití principu změny objemu kapaliny v závislosti na teplotě; • Měřítkem teploty je výška kapalinového sloupce v kapiláře; • Rozsah podle použité náplně; • etanol (-110°C až 70°C); • pentan (-200°C až 20°C); • toluen (-70°C až 100°C); • rtuť (-30°C až 350°C); • Jsou jednoduché, spolehlivé, ale křehké a nevhodné pro automatizaci.

5. Kapalinové teploměry (dilatační) stupnice baňka kapilára rezervoár Obrázek 2.1. Lékařský rtuťový teploměr

6. Dvojkovové teploměry (dilatační) • Využití principu roztažnosti pevných látek v závislosti na teplotě; • Vzniká naplátováním dvou kovových pásků s různou teplotní • roztažností (bimetal); • Změnou teploty se bimetalový pásek zakřiví; • Vyrábějí se jako ploché, stočené rovinné, šroubovité; • Rozsah použití do 400°C; • Jednoduché, levné, používají se pro regulaci (termostat) .

7. Dvojkovové teploměry (dilatační) stupnice ukazatel bimetalový pásek Obrázek 2.2. Venkovní bimetalový teploměr

8. Plynové teploměry (tlakové) • Využití závislosti tlaku plynu na teplotě při stálém objemu plynu; • Náplní teploměru bývá vodík, helium nebo dusík; • Široký rozsah měřených teplot (-200°C až 800°C); • Výhodou je přesnost, stálost parametrů, odolnost proti mechanickým • otřesům.

9. Plynové teploměry (tlakové) deformační člen kapilára plynové tělísko Obrázek 2.3. Plynový teploměr Obrázek 2.4. Princip plynového teploměru

10. Odporové teploměry • Využití závislosti elektrického odporu na teplotě; • Snímače teploty z kovových nebo polovodičových odporových materiálů; • Rozsah podle použitého materiálu; • platina (-200°C až 850°C); • nikl (-60°C až 150°C); • polovodič (-40°C až 120°C); • Výhodou je přesnost, možnost vzdáleného měření, využití v regulační • technice a automatizaci; • U digitálních přístrojů záznam a uchování naměřených hodnot.

11. Odporové teploměry teplotní snímač Obrázek 2.5. Digitální lékařský teploměr

12. Odporové teploměry teplotní snímač Obrázek 2.6. Domácí meteostanice

13. Termoelektrické teploměry • Využití termoelektrického jevu vznikajícího vodivým spojením dvou • různých kovů (termočlánek); • Ohřevem termočlánku v místě spoje, vznikne na volných koncích • elektrické napětí, které je úměrné teplotě (Seebeckův jev); • Rozsah podle použitého materiálu (-250°C až 2300°C); • nejčastěji termočlánek typu K (chromel-alumel) (-200°C až 1250°C); • Výhodou je přesnost, možnost vzdáleného měření, využití v regulační • technice a automatizaci.

14. Termoelektrické teploměry Obrázek 2.8. Digitální teploměr s termočlánkovou sondou HARKE. cit. 2013-09-06. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AThermoelement-Thermometer_Omega_(1).jpg Obrázek 2.7. Zapojení termočlánku

15. Bezdotykové teploměry • Využití principu vyhodnocení tepelného (světelného) záření těles, • jejichž teplotu chceme měřit; • Pyrometry (přímoměřící): • Optické pyrometry: Měření tepelného záření jedné vlnové délky; • Radiační pyrometry: Měření celého spektra tepelného záření; • Termovize (zobrazovací): • Měření povrchové teploty těles speciální kamerou, na monitoru • se zobrazení vizuální termosnímek; • Rychlé a snadné bezkontaktní měření povrchové teploty; • Lze provádět nebezpečná měření (předmětů pod napětím, • nedostupných předmětů, měření vysokých teplot).

16. Bezdotykové teploměry Obrázek 2.9. Bezdotykový digitální teploměr

17. Bezdotykové teploměry Obrázek 2.10. Termokamera MONTO, Tiia. cit. 2013-09-06. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AFluke_Thermal_Imager.jpg Obrázek 2.11. Termosnímek TUSZYNSKI, Jarek, TUSZYNSKI, Alex. cit. 2013-09-06. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AThermal_image_-_face_-_3.jpg

18. Shrnutí nejdůležitějších poznatků • Při měření teploty se využívá poznatku, že se změnou teploty se mění • fyzikální veličiny jako objem, tlak, elektrický odpor nebo vyzařování; • Teploměry dělíme na: • dilatační; • tlakové; • odporové; • termoelektrické; • bezdotykové.

19. Shrnutí nejdůležitějších poznatků • Volba vhodného typu teploměru je v praxi ovlivněna: • Rozsahem měřených teplot; • Požadovanou přesností měření; • Očekávaným výstupem (požadavky na rychlost měření, získávání, • zpracování a ukládání naměřených hodnot); • Podmínkami, ve kterých bude měření probíhat (mechanické namáhání, • rušivé vlivy, vysoké teploty, obtížná dostupnost, sterilní prostředí, atp.); • Cenou (pořizovací náklady, náklady na měření a údržbu).

20. Otázky a úkoly Popište lékařský kapalinový teploměr. Jaká náplň se dnes používá místo toxické rtuti? • Skládá se z rezervoáru, ve kterém je kapalina, kapiláry, stupnice a skleněné baňky. • Jako náplň se používá například etanol. Co je to bimetal? Jak se dá využít při měření teploty? • Bimetal (dvojkov) vznikne spojením dvou kovů s různou teplotní roztažností. • Při zahřátí se jeden kov prodlužuje více než druhý, čímž dojde k ohybu bimetalu. • Bimetalový teploměr se využívá k měření teploty, bimetal v termostatu se využívá • k regulaci teploty. Jakým způsobem probíhá převod neelektrické veličiny (teploty) na elektrické veličiny (odpor, napětí) u elektrických teploměrů? • Využívá se teplotní závislosti elektrického odporu kovů nebo polovodičů. • U termoelektrických čidel je využito termoelektrického (Seebeckova) jevu.

21. Otázky a úkoly Na jakém principu fungují bezdotykové teploměry? Zhodnoťte výhody a nevýhody bezdotykového měření teploty. • Fungují na principu detekce tepelného záření. • Výhody: Lze provádět nebezpečná měření předmětů pod napětím, měření • nedostupných předmětů, měření vysokých teplot. • Nevýhody: Měří se pouze povrchová teplota, měřený předmět musí být v dohledné • vzdálenosti, přesnost závislá na správném nastavení (různá emisivita). Jakým způsobem se dokumentují tepelné ztráty při zjišťování energetické náročnosti budov? • Tepelné ztráty budov se dokumentují například pomocí termosnímků. Jaké druhy teploměrů používáte doma? Na jakém principu fungují?

22. Použité zdroje • LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední • školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice pro střední • školy. ISBN 80-7196-184-1. • LORENC, Jiří. Elektrotechnická měření - Měření v automatizační technice • pro 3. a 4. ročník SPŠE. 1. vyd. Praha: SNTL, 1981, 208 s. Učebnice pro • střední školy. • VACULÍK, Jan. Plynové teploměry pro průmyslové použití. Automa: Časopis • pro automatizační techniku. Praha: FCC Public, 2013, č. 3. ISSN 1210-9592. • HUŠEK, Miloš. Qtest.cz: Princip bezdotykového měření teploty. [online]. • [cit. 2013-09-05]. Dostupný z WWW: • http://www.qtest.cz/bezdotykove-teplomery/bezdotykove-mereni-teploty.htm • Autoremobrázků, pokudneníuvedenojinak, je autor výukového • materiálu.

23. Použité zdroje Obrázek 2.3.: Kolektiv. TXR160XA (DN 160, s pevným stonkem).jpg. Obrázek použit s laskavým svolením KoertaSportela, obchodního ředitele společnosti STIKO. www.stiko.nl Obrázek 2.4.: VACULÍK, Jan. Schéma uspořádání plynového teploměru.jpg. Obrázek použit s laskavým svolením autora Ing. Jana Vaculíka. www.bhvsenzory.cz Obrázek 2.9.: HARKE. Commons.wikimedia.org: Thermoelement-Thermometer Omega (1).jpgonline. 2011-04-20 cit. 2013-09-06. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AThermoelement-Thermometer_Omega_(1).jpg Obrázek 2.10.: MONTO, Tiia. Commons.wikimedia.org: FlukeThermalImager.jpgonline. 2013-02-07 cit. 2013-09-06. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AFluke_Thermal_Imager.jpg Obrázek 2.11.: TUSZYNSKI, Jarek, TUSZYNSKI, Alex. Commons.wikimedia.org: Thermal image - face - 3.jpg online. 2013-04-24 cit. 2013-09-06. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AThermal_image_-_face_-_3.jpg