НПК Приборист
Профессионализм, качество, умеренные цены!

8 (4967) 31-14-65
8 (4967) 75-53-63

заказ звонка
Главная » Статьи » Сущность процесса измерения температуры в термоэлектрических преобразователях типа “термопары”

Сущность процесса измерения температуры в термоэлектрических преобразователях типа “термопары”

Оглавление

1. Термоэлектропреобразование, тепловой баланс
2. Погрешности термометрии
3. Удельная теплоёмкость

>контуры термопары вертикальконтуры термопары горизонталь

Термоэлектропреобразование,
тепловой баланс

Преобразователь, функциональная технология которого основывается на процессах теплопередачи, носит имя теплового. К таковым относят термические резисторы и термопары, цельнометаллического и полупроводникового исполнения. Главная формула работы теплопреобразователя — уравнение теплового баланса. Вот его естественнонаучная интерпретация: тепло, поступающее на вход преобразователя, идет на повышение его теплосодержания (нагрев). В таком случае, если теплосодержимое преобразователя не изменяется(исходная величина температуры и агрегатного состояния), то количество направленного и теряющегося в среде тепла в теплообмене в единицу времени релевантно.

Тепло, направленное к преобразователю, есть сумма количества тепла, накапливаемого в результате экстракции в нем электросилы, и числа тепла, поступающего в преобразователь или отданного им во время теплообмена с прикрепляемой средой.

термоэлектрическое преобразование измерение температуры термопары

Погрешности термометрии

Основной сложностью в конструировании линий с использованием термоэлектрического преобразователя типа «термопары» для измерения температуры связана с их небольшим выходным напряжением, уступающему помехам, наводящихся на элементы измерительной линии в регулярных условиях. Поэтому необходимо с предельным вниманием тщательно экранировать и заземлить коммутацию, идущую от термопары к выводящему модулю. Модуль ввода рекомендуется размещать как можно ближе к термопаре, чтобы снизить длину коммутации и путь прохождения аналогового сигнала. Для понижения величины 50 Гц помех во вводных модулях используют фильтр режекции.
К сильной стороне термопар можно отнести сверхнизкое внутреннее сопротивление, что обозначает их практическую неуязвимость по отношению к емкостным наводкам.
Точность термопары определяется химсоставом материала. Пределы измерения медных термоэлектрических преобразователей находятся в диапазоне от −50 до +200 °С, платинородиевых от −260 °С до +1400 °С. Факторы среды, а именно:

  • давление,
  • коррозия,
  • радиация

калечат кристаллическую решетку в химсоставе материала, что в разы увеличивает погрешности процесса измерения.

Погрешность измерительного процесса подчиняется следующим пунктам:

  • случайная погрешность, вызванная чистотой содержимого агрегата и процентного содержания исходного метала в конечном электроде
  • случайная погрешность холодного спая;
  • погрешность, вызванная постепенным износом под воздействием высокой температуры;
  • систематическая погрешность компенсирования нелинейности свойства преобразования температуры в напряжение;
  • систематическая погрешность термического шунтирования (исходящая из теплоемкости термопреобразователя);
  • динамическая погрешность;
  • погрешность, порождаемая помехами из среды;
  • погрешность цифроаналогового преобразования.

Погрешности холодного спая, линеаризации, динамическая и погрешность цифроаналогового преобразования относятся к инструментальным погрешностям и указываются в сопроводительной документации для вводного модуля. Прочие погрешности идут под учёт отдельно, опираясь на тип эксплуатируемых термопар, электромагнитную обстановку, свойства среды измерения и далее.

термопары в ряд

Удельная теплоёмкость

Удельная теплоемкость металла или сплава — величина, численно равная количеству теплоты, направляемого на единицу массы металла для подъем его температуры на одну риску температурной шкалы.
Как подсчитать удельную теплоемкость металла? В условиях воздействия сверхвысоких и отрицательных температур значения абсолюта и термические зависимости удельной теплоемкости металлов заметно различаются.
Определение удельной теплоёмкости устройств производится с помощью подготовленных калориметрических установок, например, печью Смита, где тепло от сплава отводят или подводят к сплаву с постоянной скоростью, то есть, методом температурного перепада между печью и образцом.

Теплофизические свойства меди при различных температурах
температура в K плотность меди кг/м3 удельная теплоемкость, Дж/(кг·град) температуропроводность, м2/с теплопроводность меди, Вт.
50 ——  ——  —— 1250
100 ——  ——  —— 482
200  ——  —— 130 413
300 8,933 385,0 117 401,9
400 8,870 397,7 111 391,5
500 8,628 408,0 107 385,4
600 8,779 416,9 103 376,9
700 8,728 425,1 99,7 369,7
800 8,656 432,9 96,3 360,8
900 8,622 441,7 93,3 355,3
1000 8,567 451,4 90,3 349
1100 8.509 464,3 85,5 337,6
1200 8,451 480,8 80,6 327,5
1300 8,394 506,5 75,8 322,1
1400 7,98 513,9 42,7 175
1600 7,96 513,9 15,2 184

Тепловая энергия, обращенная при нагревании на упорядоченный сплав, не только увеличивает амплитуду атомических тепловых колебаний, но также вызывает разупорядочивание структуры., поэтому удельная теплоёмкость сплавов выше, чем аддитивно-рассчитанная из свойств компонентов. В ходе разупорядочивания структуры удельная теплоёмкость возрастает до тех пор, пока возле критической точки нарастания, она не достигнет пика.
В практике измерений температуры агрегатами на резистивных элементах принято использовать фиксированную величину нагрева преобразователя электрическим током для последующего вывода через вторичный прибор. Уменьшение этого увеличивает стоимость конечного агрегата в связи с необходимостью внедрения в конструкцию усилителя выходного сигнала, что в свою очередь увеличивает объем искажений.