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