Реферат Курсовая Конспект
Измерение температуры - раздел Приборостроение, 8. Электрические Измерения Неэлектрических Величин 8.1. Измерение Те...
|
8. Электрические измерения неэлектрических величин
8.1. Измерение температуры
В окружающем нас мире существует великое множество неэлектрических величин. И для оценки их значений в настоящее время широко используются электрические методы и средства измерений. Для того, чтобы использовать все достоинства электрических форм преобразования информации, необходимо предварительно преобразовать неэлектрическую физическую величину в электрическую (электрическое напряжение, ток, электрическое сопротивление или емкость, частоту следования импульсов, индуктивность, заряд или др.).
Рассмотрим применение этих подходов на примере измерения некоторых неэлектрических величин, наиболее часто встречающихся в практических задачах.
Температура – одна из важнейших физических величин, оцениваемых в задачах различных научных, технических, промышленных исследований. В настоящее время используются как электрические, так и неэлектрические методы и средства измерения температуры. Неэлектрические методы представлены, например, обычными жидкостными термометрами. Электрические методы (основа современных измерений) реализованы, например, в термометрах и регистраторах на основе термоэлектрических преобразователей.
Различают статические (в которых предполагается неизменность значения температуры в течение времени наблюдения) и динамические измерения (когда процесс достаточно быстро меняется и принципиально важно знать характер поведения величины и (или) важно оперативно отслеживать все изменения, как, например, в системе автоматизированного управления). Существует также деление средств измерения температуры на показывающие и регистрирующие. Первые реализуют статические модели и имеют только шкалу или цифровой индикатор для отсчета текущего значения. Вторые предназначены для динамических моделей и позволяют записывать изменения температуры (как функции времени) в течение некоторого, порой достаточно длительного, интервала времени.
По способам преобразования информации методы и средства измерения (регистрации) делят на аналоговые и цифровые. Цифровые термометры имеют ряд известных преимуществ перед аналоговыми – более высокие метрологические и эксплуатационные характеристики, быстродействие, надежность. Кроме того, цифровая форма представления информации обеспечивает простоту дальнейшей автоматизированной обработки, хранения, передачи и представления данных.
По принципу взаимодействия прибора с объектом методы и средства измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Первые проще в применении и могут обеспечивать более высокую точность. Вторые удобнее в работе (а в некоторых задачах просто незаменимы), позволяют получить результат быстрее, хотя, может быть, и с большей погрешностью.
Многоканальные измерители (регистраторы) температуры предназначены для регистрации нескольких процессов и/или синхронных измерений температуры в нескольких точках.
В настоящее время в практике температурных измерений используются, как правило, цифровые средства измерения температуры, основанные на электрических методах преобразования. При этом применяются как статические, так и динамические модели объектов и процессов. Одинаково широко распространены и контактные, и бесконтактные методы и средства.
Одноканальные измерители применяются чаще многоканальных, хотя широко используются комбинированные цифровые приборы, которые могут измерять две или несколько различных физических величин, например, температуру и относительную влажность воздуха или температуру и скорость потока воздуха (термоанемометр). Среди регистраторов температуры многоканальность встречается чаше, чем в показывающих приборах.
Основными требованиями, предъявляемыми к средствам измерения и регистрации температуры (как и к другим средствам технических измерений), являются: необходимая достоверность результатов измерения, надежность и возможность работы в жестких условиях эксплуатации, малые габаритные размеры и масса, простота и удобство работы, отсутствие влияния (точнее – пренебрежимо малое влияние) на ход исследуемых процессов, наглядность представляемой информации, доступная цена.
8.1.1. Контактные методы и средства измерений
Если преобразовать неэлектрическую физическую величину – температуру θ – в какую-либо пропорциональную электрическую величину (ЭДС Е, напряжение U, ток I, сопротивление R, частоту сигнала f и т.п.) с помощью первичных измерительных преобразователей, то затем ее значение можно легко определить средствами электрических измерений.
При построении первичных измерительных преобразователей (датчиков) используются разнообразные физические эффекты. В основном применяются следующие разновидности термоэлектрических датчиков:
• металлические термометры сопротивления (ТС);
• термоэлектрические преобразователи (ТП) – термопары;
• полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы);
• полупроводниковые интегральные сенсоры (датчики);
• пьезоэлектрические (кварцевые) преобразователи с частотным выходным сигналом.
Основные англоязычные термины этого класса преобразователей таковы: Resistance Temperature Detector (RTD) – термометр сопротивления; Thermo-Couple (ТС) – термопара; Thermistor – термистор; Monolithic Linear Temperature Sensor – монолитным полупроводниковый датчик (с линейной характеристикой преобразования); Quartz Sensor – кварцевый датчик.
Рис. 8.1 качественно иллюстрирует различия в характеристиках преобразования наиболее распространенных типов датчиков.
а б в г д
Рис. 8.1. Различия характеристик датчиков температуры:
а – термометр сопротивления; б – термопара; в – термистор; г – интегральные полупроводниковые датчики; д – кварцевый резонатор
Можно кратко охарактеризовать основные особенности этих первичных измерительных преобразователей следующим образом.
Металлические ТС обеспечивают высокую точность, хорошие линейность, стабильность и повторяемость характеристик. Основные недостатки — возможное значительное влияние (на результат измерения) сопротивления проводников линии связи, необходимость дополнительного источника питания (напряжения или тока). Кроме того, возможен саморазогрев ТС от протекающего по нему тока, что может привести к дополнительным погрешностям.
Термопары не требуют вспомогательного источника питания, имеют широкий диапазон измеряемых температур. Однако им присуща заметная нелинейность характеристики преобразования. Некоторые проблемы создает необходимость учета (или компенсации) влияния температуры свободных концов ТП на результат измерения. Кроме того, малое выходное напряжение (и сравнительно невысокая чувствительность) требует довольно чувствительных вторичных преобразователей (усилителей) и/или выходных приборов.
Термометры сопротивления и термопары отличаются достаточно высокими точностью, стабильностью и повторяемостью своих характеристик преобразования.
Термисторы (полупроводниковые сопротивления), в свою очередь, имеют высокую чувствительность, простую двухпроводную схему включения (не требующую компенсации температуры свободных концов, как у ТП), сравнительно высокое быстродействие. Но при этом у них есть серьезные недостатки: резко нелинейная характеристика преобразования и плохая повторяемость характеристики. Кроме того, они имеют сравнительно узкий диапазон измеряемых температур.
Полупроводниковые интегральные датчики характеризуются высокой линейностью характеристики преобразования, однако имеют ограниченный диапазон измеряемых температур (до 150...200°С) и, кроме того, требуют наличия внешнего источника питания.
У датчиков на основе кварцевых резонаторов выходной величиной является изменение резонансной частоты колебаний при изменении температуры. Такие датчики обеспечивают наиболее высокую точность, правда, в узком диапазоне температур. Кроме того, часто основные параметры характеристики преобразования таких датчиков и их температурные коэффициенты не стандартизованы и подразумевают индивидуальную градуировку.
Все упомянутые датчики выпускаются в различном конструктивном исполнении, что позволяет решать самые разнообразные задачи (работать с жидкостями, газами, сыпучими средами, с поверхностями различных профилей, в различных температурных диапазонах и др.). Есть датчики для поверхностных измерений, погружные, воздушные, магнитные датчики (которые легко крепятся на ферромагнитных, например, стальных поверхностях), датчики, закрепленные на «липучей» ленте, датчики на подшипниках и др.
Контактные электрические методы, реализованные в различных средствах измерения/регистрации на основе таких преобразователей, позволяют работать в достаточно широком диапазоне температур (–200...+2000 °С). Погрешность таких контактных измерителей температуры зависит не только от качества первичных измерительных преобразователей (датчиков), но и от организации линии связи датчик – измеритель, а также от характеристик вторичных преобразователей. Типичные значения погрешностей таких термометров ±(0,2... 1)%, хотя в некоторых моделях достигаются значения погрешностей ±(0,01 ...0,1) %. Типичная чувствительность результатов измерения – доли градуса Цельсия.
Рассмотрим подробнее особенности применения наиболее распространенных типов датчиков.
Термометры сопротивления. Приборы и преобразователи на основе металлических ТС используют зависимость электрического сопротивления металлов Rт от температуры θ. У чистых металлов эта зависимость практически линейна и количественно выражается следующим образом:
Rт = R0 (1 +αθ),
где R0 – сопротивление при температуре 0 °С; α – температурный коэффициент сопротивления.
Температурный коэффициент сопротивления α, 1/°С, определяется по формуле
α =(DR/ R) / Dθ,
где DR/ R – относительное изменение сопротивления датчика при изменении температуры Dθ.
Этот коэффициент можно задать иначе, % / °С:
α =(DR×100 / R) / Dθ.
Значения температурного коэффициента сопротивления α у современных ТС лежат в диапазоне 0,003...0,006 1/°С, что соответствует приращению сопротивления примерно на 0,3...0,6 % от исходного (номинального) значения (при 0 °С) при увеличении температуры на 1 °С.
Наиболее часто используемые материалы: медь (для диапазона температур – 50... + 200°С) и платина (для диапазона – 250... + 1000 °С) – рис. 8.2. Номинальные значения сопротивления ТС определяются конструкцией и материалом датчика, конкретной градуировкой и лежат в диапазоне 10... 1000 Ом (при 0°С или при комнатной температуре).
Медные ТС выпускаются с различными номинальными значениями сопротивления: 25... 1000 Ом. Например, на рис. 8.2, а показана характеристика медного ТС с номинальным (при 0 °С) сопротивлением R0 – 53 Ом.
Платиновые ТС довольно широко распространены в различных технических измерениях. Они изготовляются из чистой платины (99,99 %). Чаше всего используются ТС с номинальным сопротивлением 100 Ом (Рt 100) при 0 °С, хотя существуют ТС и с другими значениями номинального сопротивления: 25, 500, 1000 Ом. Номинальные значения токов, протекающих по ТС, обычно таковы: 1 мА (для Р1 100) и 0,1 мА (для Рt 1000). Температурный коэффициент сопротивления а платиновых (Рt 100) ТС имеет два значения: по европейской версии αе = 0,00385 Ом/Ом/°С и по американской версии αа = 0,00392 Ом/Ом/°С (рис. 8.2, б).
Конструктивно ТС состоят из собственно чувствительного элемента, защитного кожуха (чехла) и элементов крепления. Чувствительный элемент представляет собой намотку из тонкой изолированной проволоки (диаметром доли миллиметра) на диэлектрическом каркасе (стержне), выполненном из слюды, керамики или стекла. Существуют также ТС фольгового (тонкопленочного) исполнения, обеспечивающего минимальную тепловую инерционность датчика. Фольговые (пленочные) ТС имеют в 5... 10 раз меньшее значение времени реакции (отклика),
а б
Рис. 8.2. Характеристики медных (а) и платиновых (б) ТС
чем у проволочных ТС, что чрезвычайно важно при работе с миниатюрными объектами в динамических измерениях при быстроменяющихся температурах.
Как правило, ТС включаются в мостовые схемы. Различают уравновешенные и неуравновешенные мостовые схемы. Уравновешенный мост имеет один или несколько резисторов, сопротивление которых может целенаправленно изменяться (вручную или автоматически) с тем, чтобы добиться равновесия. Равновесие моста характеризуется отсутствием разности потенциалов (и, следовательно, тока) в измерительной диагонали моста (в цепи чувствительного нулевого индикатора И), что означает равенство произведений сопротивлений R1, R2, R3, Rx резисторов R1, R2, R3, Rx противоположных плеч моста (рис. 8.3, а):
Rx R2 = R1 R3
Рис. 8.3. Включение ТС в мостовую схему
Зная значения сопротивлений R1, R2, R3, можно определить значение неизвестного сопротивления:
Rx = R1 R3 / R2.
Если в роли Rx выступает ТС с сопротивлением Rт (рис. 8.3, б), то можно, зная характеристику ТС, оценить значение температуры θ, которая действует на датчик. В случае неуравновешенного моста значение Rт сопротивления ТС (и, следовательно, температуры θ) определяется по значению разности потенциалов измерительной диагонали моста. Уравновешенные мосты обладают более высокой точностью в сравнении с неуравновешенными.
Главная проблема при работе с датчиками – ТС – влияние на результат измерения сопротивления проводников линии связи rл.с. Не всегда мостовая схема может быть расположена в непосредственной близости от объекта, на котором установлен датчик, поэтому в общем случае может потребоваться многометровая линия связи. В зависимости от специфики конкретных задач измерений применяются двухпроводное, трехпроводное или четырехпро-водное подключение ТС к измерителю.
Преимущество двухпроводной схемы в том, что для подключения ТС требуются всего два проводника линии связи (что особенно важно в случаях, когда линия связи большой длины). Однако при двухпроводной линии связи (см. рис. 8.3, б) сопротивление rл.с соединительных проводников (и его изменения при естественных колебаниях температуры окружающей среды) прямо входит в результат измерения. Поскольку длина линии связи может быть значительной (десятки метров), то и погрешность может оказаться большой.
Существуют различные способы компенсации этой погрешности. Один из них – использование трехпроводной схемы подключения ТС (рис. 8.4, а).
В этом случае при равновесии мостовой схемы выполняется соотношение
(Rт + rл.с) R2 = R1(R3 + rл.с)
а б
Рис. 8.4. Трехпроводное (а) и четырехпроводное (б) включение ТС
Если в схеме моста R1 = R2 и сопротивления rл.с соединительных проводников одинаковы (это естественное предположение), то результат измерения будет определяться только температурой ТС и не будет зависеть от значения сопротивлений rл.с. Отметим, что сопротивление проводника rл.с в цепи индикатора И не имеет значения, так как в случае равновесия моста в этой цепи тока нет.
Применяются также и четырехпроводное включение (рис. 8.4, б). Правда, это уже не мостовая схема. В основе такого измерителя источник известного постоянного тока I0, который протекает через сопротивление ТС Rт. При этом сопротивления соединительных проводников rл.с и их изменения практически не влияют на значение тока I0 и, следовательно, на результат измерения. Вольтметром V (с большим входным сопротивлением) измеряется падение напряжения собственно на сопротивлении ТС Rт.
Одним из проявлений методической погрешности является возможное искажение результата вследствие нагрева ТС протекающим по нему током. Уменьшение напряжения питания моста Е0 позволяет уменьшать этот ток, но в то же время приводит к снижению чувствительности. Поэтому иногда для достижения высокой чувствительности и одновременно сохранения допустимого среднего значения тока в резисторах применяют для питания моста не постоянное напряжение, а импульсное достаточно большой амплитуды.
Термопары. Приборы и преобразователи на основе термопар широко распространены. Компактные цифровые термометры на основе термопар являются в настоящее время основным и самым массовым инструментом в температурных измерениях.
Выходной сигнал термопары – постоянное напряжение – довольно легко может быть преобразован в цифровой код или измерен простыми средствами (например, малогабаритным цифровым мультиметром). Термопары могут быть подключены для дальнейшего преобразования к различным вторичным измерительным преобразователям (приборам) как аналоговым, так и цифровым, для статических и динамических измерений.
Диапазон температур, измеряемых с помощью ТП, довольно широк: от – 200 до +2000 °С. Измерители на основе ТП отличаются высокой точностью и чувствительностью, хорошей повторяемостью характеристики преобразования. Обычный диапазон выходных напряжений составляет 0...50 мВ (в зависимости от используемых в ТП материалов), типичный температурный коэффициент преобразования (чувствительность ТП) лежит в диапазоне 10...50мкВ/°С.
В основе ТП лежит термоэлектрический эффект, суть которого заключается в следующем. Если два проводника из различных металлов (сплавов) соединены в замкнутую цепь, причем температура одного соединения (спая) заметно отличается от температуры другого, то возникает термоЭДС Ет (и в замкнутой цепи будет протекать ток), значение которой зависит от разности температур спаев и характеристик материалов проводников. Если в разрыв свободных концов включен измеритель ЭДС или вольтметр V, то его показания будут определяться разницей температур (θ1 – θ2) (рис. 8.5, а).
а б в
Рис. 8.5. Термоэлектрические преобразователи (термопары):
а – возникновение термоЭДС; б – термобатарея; в – дифференциальная термопара; θ1 – температура рабочего спая; θ2 – температура свободных концов; V – измеритель ЭДС или напряжения
Зависимость термоЭДС от разности температур спаев нелинейна, но для небольших диапазонов температур, при невысоких точностных требованиях (или упрощая взгляд на характеристику ТП) ее можно считать линейной. И тогда значение термоЭДС термопары Ет определяется (в первом приближении) следующим образом:
Ет = Sт (θ1 – θ2),
где Sт – чувствительность ТП (коэффициент преобразования); θ1 – температура рабочего (так называемого «горячего») спая; θ2 – температура свободных (так называемых «холодных») концов.
Для обеспечения однозначной зависимости термоЭДС от температуры θ1 необходимо поддерживать постоянной и известной температуру θ2. Обычно это 0 или +20 °С. Таким образом, зная значение Sт и измерив значение термоЭДС термопары, можно определить температуру θ1. Конечно, для работы в широких температурных диапазонах необходимо пользоваться более точными выражениями – полиномиальными аппроксимациями нелинейной зависимости Ет от разности температур. В современных цифровых термометрах применяется автоматическая линеаризация храктери-стик приеобразования ТП.
В настоящее время, как правило, вместо методов и средств поддержания постоянства значения θ2 применяются способы и устройства автоматической компенсации влияния температуры окружающей среды на свободные концы ТП.
Для повышения чувствительности таких термометров иногда объединяют последовательно несколько термопар в термобатарею (рис. 8.5, б). При этом рабочие концы всех термопар находятся при температуре исследуемого объекта θ1, а свободные – при постоянной (или известной) температуре θ2. Суммарная выходная термоЭДС, естественно, будет равна сумме термоЭДС отдельных ТП.
Для нахождения разности температур двух объектов применяются так называемые дифференциальные термопары, которые состоят из двух встречно включенных ТП (рис. 8.5, в). Рабочие концы ТП имеют разную температуру (θА и θБ), а свободные – одинаковую θ2. В результате выходное напряжение пропорционально разности температур.
В соответствии с общепринятой международной классификацией термоэлектрические преобразователи (термопары) разделяются на несколько типов в зависимости от применяемых материалов и характеристик. Характеристики некоторых основных типов ТП приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Основные характеристики некоторых типов ТП
ТипТП | Материал ТП | Диапазон измерения (кратковременно), °С | Коэффициент преобразования, мкВ/'Спри 20 °С |
Е | Хромель — константан | -270... + 1000 | |
У | Железо — константан | -210...+ 1000 (1200) | |
К(ТХА) | Хромель — алюмель | -200... + 1000 (1372) | |
Л(ТПП) | Платина — платинородий (13% родия) | -50...+1500 (1700) | |
5(ТПП) | Платина — платинородий (10% родия) | -50...+1600 (1768) | |
Г(ТМК) | Медь — константан | -270...+400 |
В практике типовых температурных измерений чаще всего используются ТП трех типов: J, К, Т. Термопары типа J имеют минимальную стоимость, высокую чувствительность, умеренную точность, но не могут (не должны) использоваться длительное время при экстремальных температурах (выше 1000 °С), так как нарушается их градуировочная характеристика. Термопары типа К характеризуются средней стоимостью, средней точностью, хорошей чувствительностью и широким диапазоном температур (до 1300 °С). Именно этот тип ТП является наиболее распространенным. Термопары шипа Т имеют среднюю стоимость, среднюю чувствительность, высокую точность. Они удобны для работы с невысокими температурами.
Для работы при высоких температурах и/или в условиях действия агрессивных сред применяются ТП типов R и S.
Термисторы.Существует особый класс датчиков – полупроводниковые термометры сопротивления, имеющие значительно больший, чем обычные ТС, температурный коэффициент сопротивления, равный 1...20 1/°С, причем знак этого коэффициента может быть как положительным (у позисторов), так и отрицательным (у термисторов). Это обеспечивает значительно более высокую чувствительность термометров на их основе. Основные преимущества: малые габариты и масса (и, следовательно, малая теплоемкость и тепловая инерционность), простота конструкции и, следовательно, хорошие надежность и механическая прочность, а также — низкая цена. Основные недостатки этих преобразователей: сравнительно узкий диапазон измеряемых температур (типично – 50... + 150°С), значительная нелинейность преобразования (сопротивление термисторов с ростом температуры уменьшается примерно по экспоненциальному закону), плохая повторяемость характеристики преобразования от экземпляра к экземпляру (что означает необходимость индивидуальной градуировки и затрудняет замену датчиков даже одного типа), значительная временная нестабильность характеристики, особенно при длительной работе на высоких температурах.
Интегральные полупроводниковые датчики.Интегральные датчики появились сравнительно недавно благодаря успехам микроэлектроники. Эти датчики обеспечивают выходной сигнал (напряжение или ток), практически линейно зависящий от температуры θ. Схемы подключения этих датчиков к собственно измерителю показаны на рис. 8.7.
а б
Рис. 8.7. Подключение интегральных полупроводниковых датчиков: a – напряжения; б – тока
На рис. 8.7, а приведена схема подключения интегрального датчика напряжения. Выходное напряжение U = f(θ) датчика черезусилитель-повторитель подается на вход цифрового вольтметра ЦВ или аналого-цифрового преобразователя АЦП, преобразующего это напряжение, пропорциональное температуре, в цифровой код. Чувствительность таких датчиков обычно 10 мВ/°С.
Рис. 8.7, б иллюстрирует подключение интегрального датчика тока. Выходной ток I = f(θ) датчика преобразуется посредством резистора Я в пропорциональное напряжение и также подается на вход ЦВ или на вход АЦП, преобразующего далее это напряжение в цифровой код. Типичная чувствительность таких датчиков обычно составляет 1 мкА/°С.
Сравнение возможностей различных датчиков.Сравнить возможности различных датчиков температуры позволяет диаграмма на рис. 8.8, где показаны ориентировочные диапазоны применения наиболее распространенных первичных измерительных преобразователей температуры: термометров сопротивления – платиновых (ТСП) и медных (ТСМ); термоэлектрических преобразователей – термопар различных типов; термисторов; интегральных полупроводниковых датчиков и кварцевых резонаторов.
Рис. 8.8. Типичные диапазоны применения датчиков различных типов
Для динамических измерений температуры и регистрации быстроменяющихся тепловых процессов важным параметром является тепловая инерционность термоэлектрических преобразователей, которая в основном определяется конструкцией датчика и особенно – устройством его защитной арматуры. В экспериментах с быстроменяющейся температурой, если не учитывать это обстоятельство, возможны значительные динамические погрешности. Это особенно важно для регистраторов и измерителей температуры, работающих в составе систем управления, где, как правило, необходимо обеспечение режима так называемого реального времени. Значение времени реакции датчиков на скачкообразное изменение температуры (времени достижения уровня 99 % асимптотического значения) лежит в диапазоне от единиц секунд до десятков минут. В отдельных специальных разработках конструкций термометров сопротивления (пленочных) и термисторов могут быть достигнуты времена реакции термисторов в десятые доли секунды.
Устройство и характеристики цифрового термометра.Рассмотрим один из наиболее распространенных вариантов устройства цифрового термометра (ЦТ), входным датчиком которого является ТП.
На рис. 8.9 приведена упрощенная структура контактного ЦТ, которая, естественно, напоминает структуру любого цифрового измерительного прибора.
Рис. 8.9. Структура контактного цифрового термометра
Термопара подключается ко входу усилителя, назначение которого поднять уровень входного сигнала с единиц-десятков милливольт до единиц вольт. Аналого-цифровой преобразователь АЦП преобразует усиленный сигнал ТП в цифровой код, пропорциональный уровню термоЭДС и, следовательно, значению измеряемой температуры. В автономных ЦТ, как правило, применяются АЦП, использующие интегрирующие методы преобразования, обеспечивающие высокие точность, чувствительность, разрешающую способность, высокое подавление периодических помех общего и нормального вида, уровень которых может быть значительным. Выходной код АЦП запоминается (и затем некоторое время хранится) в регистре и выводится на цифровой индикатор (цифровое отсчетное устройство). Микропроцессорный контроллер управляет работой всех узлов прибора. Он же выполняет функцию линеаризации характеристики ТО. С помощью клавиатуры оператор задает режимы работы. В структуре прибора может присутствовать интерфейс для обмена информацией с внешними цифровыми
устройствами (например, для передачи результатов регистрации в персональный компьютер и/или в систему автоматизированного управления).
Известны модели многоканальных ЦТ (чаше двухканальных). Отличие этих приборов — наличие коммутатора входных ТП, который позволяет поочередно подключать датчики ко входу усилителя. Двухканальные ЦТ обычно имеют режим измерения разности температур. Такие приборы называются дифференциальными термометрами.
Современные ЦТ отличаются малыми габаритами (Hand-held – «удерживаемые в ладони») и массой (100...500 г), сравнительно низкой стоимостью, достаточно высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.
Возможна работа прибора с термопарами различных типов (например, К, J, T). Прибор имеет цифровой жидкокристаллический индикатор, простую понятную клавиатуру, размещен в пыле-влагозашищенном противоударном корпусе. Укомплектован несколькими термопарами различного конструктивного исполнения (для поверхностного измерения, воздушные, погружные, магнитные и др.).
Специфика контактных измерений температуры. Даже при очень точном измерителе (регистраторе) температуры можно получить большую погрешность результата из-за неправильной организации эксперимента, неудачной (неграмотной) установки датчиков на объекте. При контактных измерениях температуры поверхности необходимо учитывать следующие важные обстоятельства.
1. Если контакт датчика с объектом недостаточно хорош, мала площадь соприкосновения, то может иметь место слабая теплопередача от объекта к датчику. При этом в общем случае могут также возникать нежелательные тепловые потоки вдоль корпуса зонда (защитного чехла), которые также искажают результат измерения.
2. Датчик, установленный на поверхности объекта, в общем случае испытывает не только влияние интересующей экспериментатора температуры, но и температуры окружающей среды. Чем больше разница этих температур, тем сильнее может отличаться результат измерения от ожидаемого (от истинного) значения. Кроме того, может сказываться естественная конвекция воздуха вокруг датчика.
3. Если теплоемкость объекта мала (масса и габариты невелики как, например, в случае исследования температуры поверхности контактной клеммы низковольтного маломощного электропривода), то возможно сильное влияние датчика (особенно массивного) на температуру исследуемого объекта (искажение режима объекта). Это приводит к появлению значительной погрешности взаимодействия в статических измерениях и к заметной динамической погрешности при изменениях температуры объекта.
4. Если интересует температура горячей воды, текущей внутри трубопровода, и есть результат измерения температуры внешней поверхности этого трубопровода, то необходимо отдавать себе отчет в том, что это не одно и то же. Разность результата измерения и фактической температуры воды может быть весьма значительной (несколько градусов).
Конечно, температуру внешней (доступной) поверхности трубопровода можно измерить с высокой точностью, но установить связь ее с температурой содержимого гораздо важнее (и одновременно сложнее). Следует попытаться определить эту связь теоретически (с помощью хотя бы грубой модели) или экспериментально, например, используя (там, где это возможно) стационарные термометры, погруженные в поток.
А, = рО>'.
8.3.2. Методы и средства измерения
В настоящее время применяются несколько десятков различных способов измерения скорости движения и расхода вещества. В зависимости от вида, состава и свойств исследуемой среды применяют различные методы и средства измерения скорости и расхода.
Наиболее распространены сегодня следующие принципы (и приборы на их основе): манометрические (работающие на переменных или постоянных перепадах давления, создаваемых потоком измеряемой среды); тахиметрические (турбинные, крыльча-тые, шариковые); электромагнитные (индукционные, основанные на эффекте электромагнитной индукции); ультразвуковые (основанные на измерении разницы времен прохождения звукового сигнала в движущейся среде или на измерении изменения частоты отраженного ультразвукового сигнала); вихревые (основанные на оценке частоты колебаний завихрений потока); тепловые (основанные на изменении температуры датчика, обтекаемого движущейся средой).
Рассмотрим некоторые электрические методы и средства измерения скорости и расхода из этих наиболее распространенных.
– Конец работы –
Используемые теги: Измерение, температуры0.05
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Измерение температуры
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов