Istnieje wiele powodów, żeby stosować termometry elektryczne o krótkim czasie reakcji: optymalizacja wydajności, efektywniejsze wykorzystanie zakresu roboczego procesu, unikanie przeciążenia termicznego medium procesowego. Jak zatem mierzy się czasy reakcji, jaka jest ich podstawa normatywna i co należy wziąć pod uwagę?
Na wykresie widać za termometr (czerwony) działający za wolno
Specjalnie zaprojektowane termometry zapewniają, że zmierzona temperatura nie będzie „opóźniona” w stosunku do rzeczywistej temperatury procesu. Na przykład, na wykresie po prawej stronie, niebieska linia odpowiada temperaturze procesu. Natomiast czerwona linia pokazuje odczyt temperatury przekazywany przez termometr elektryczny.
Optymalna konstrukcja w „szybkim” termometrze rezystancyjnym lub termoparze jest niezbędna do uzyskania szybkiego czasu reakcji. Ważne jest również zminimalizowanie odprowadzania ciepła, które zawsze występuje.
Oznaczenie czasu reakcji
Prowadzi to do pytania, jak i na jakiej podstawie normatywnej mierzy się czasy reakcji termometrów elektrycznych.
Podstawę pomiaru stanowi kilka norm i wytycznych:
- VDI/VDE 3522 arkusz 1: Dynamiczne zachowanie termometrów kontaktowych – zasady i wartości charakterystyczne
- VDI/VDE 3522 arkusz 2: Dynamiczne zachowanie termometrów kontaktowych – doświadczalne wyznaczanie wartości procentowych czasu
- IEC 60751: Czujniki platynowe przemysłowych termometrów rezystancyjnych i platynowe czujniki temperatury (Definicja czasu reakcji termicznej – Specyfikacja parametrów pomiarowych)
Natomiast w tych częściach świata, w których dominuje Ameryka Północna, ASTM E644-11 „Standardowe metody badań przemysłowych termometrów rezystancyjnych” oraz ASTM E839-11 „Standardowe metody badań termopar płaszczowych i kabla termopary płaszczowej”, stanowią podstawę pomiarów i ich metod.
Ogólna różnica między pomiarem w wodzie i w powietrzu:
Część diagramu „Czas reakcji
Pomiar czasu reakcji w powietrzu jest w zasadzie podobny do pomiaru w wodzie. Również w tym przypadku wytwarzana jest skokowa zmiana temperatury (z T1 do T2) i mierzone jest opóźnienie czasowe. Jednakże, fizyczne warunki ramowe – takie jak opór przenikania ciepła powietrza do metalu czy właściwa pojemność cieplna powietrza – są inne niż w przypadku wody. Czasy reakcji w powietrzu – mierzone tym samym termometrem – są więc na ogół dłuższe niż w cieczach.
Ważnymi wartościami progowymi są procentowe wartości temperatury 50 % (t0,5), 63 % (t0,63) i 90 % (t0,9). Wartości te wskazują czas, po którym badany element dostosował się odpowiednio do 50 %, 63 % lub 90 % temperatury wody lub temperatury powietrza. Nie określono jednak wartości dla 100 %. Ze względu na efekt rozpraszania ciepła, w praktyce nigdy nie można tej wartości osiągnąć.
Łaźnia wodna z jednolitym, laminarnym przepływem
- Pomiar czasu reakcji w powietrzu jest w zasadzie podobny do pomiaru w wodzie.
Pompa nastawia jednolity, laminarny przepływ wody po odpuszczeniu. Wrażliwa na temperaturę część badanego elementu jest bardzo szybko przenoszona ze strefy temperatury otoczenia (T1) do strefy temperatury wody (T2) za pomocą ruchomego urządzenia (skokowa zmiana temperatury).
Graficzne przedstawienie reakcji krokowej
Opóźnienie czasowe (czas reakcji) do momentu osiągnięcia przez badany obiekt (znanej) temperatury wody jest określane i odpowiednio zapisywane (reakcja krokowa).
Parametry medium pomiarowego, woda (IEC 60751):
- Prędkość przepływu vmin: 0,3 m/s ± 0,1 m/s
- Krokowa zmiana temperatury: 10 … 30 K
- Pomiar czasu reakcji w powietrzu
Pomiar czasu reakcji termometrów elektrycznych
Dmuchawa ustawia przepływ powietrza po odpuszczeniu (T1) w jednolitym strumieniu (laminarnym). Badany element jest montowany w zacisku w strumieniu powietrza. Na koniec elektryczna sieć grzewcza gwałtownie generuje wyższą temperaturę (T2) dla strumienia powietrza
Parametry medium pomiarowego, powietrze (IEC 60751):
- Prędkość przepływu vmin: 3 m/s ± 0,3 m/s
- Krokowa zmiana temperatury: 10 … 30 K
Uwaga
Informacje na temat naszych termometrów rezystancyjnych i termopar można znaleźć na stronie internetowej firmy WIKA. Czy są Państwo zainteresowani zakupem termometrów rezystancyjnych lub termopar? Sklep internetowy firmy WIKA oferuje wybrane przyrządy w wersji standardowej. Jeżeli mają Państwo pytania, prosimy o zwrócenie się do osoby kontaktowej.
Przeczytaj również nasze artykuły
Rozproszenie energii cieplnej