2.3 Занятие №3
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОМЕТРА»
Цель работы – знакомство студентов с типами рабочих термопар, оценка динамических свойств.
Работа заключается в экспериментальном определении динамических характеристик термопар и расчете динамических погрешностей измерения.
Математическая модель термопары с большой точностью может быть представлена выражением:
, (4)
где
– постоянная времени, с; К
– коэффициент передачи термопары,
мВ/С;
С
– теплоемкость; S
– площадь соприкосновения среды и
термопары;
– коэффициент теплоотдачи.
Реальному датчику (первичному преобразователю температуры) соответствует образцовый прототип.
При подаче на оба преобразователя одинакового воздействия (t) разница в сигналах Eобр(t) и E(t) представляет собой абсолютную ошибку измерения
(5)
Для определения динамической погрешности термопары необходимо сравнить свойства реального инерционного преобразователя со свойствами образцового преобразователя :
Для расчетов динамической ошибки необходимо знать коэффициенты уравнения (1) и функцию (t).
Обычно основу расчетов составляют коэффициенты, полученные экспериментально по динамическим характеристикам, которые являются временными графиками изменения термо-Э.Д.С. при мгновенном погружении термопары в среду с постоянной температурой. В качестве типового детерминированного воздействия принимается единичное скачкообразное возмущение.
Необходимо отметить, что динамические показатели рабочих термопар, в отличие от статических, зависят непосредственно от их конструкции (защитный чехол, толщина термоэлектродов и т.д.).
В данной работе необходимо провести поверку динамических характеристик промышленных термопар на специальной установке.
Назначение элементов установки
Схема стенда для определения характеристик термопар представлена на рисунке 5 и выделена пунктиром.
Рис. 5. Схема лабораторной установки для определения характеристик термопары
В правой части стенда установлены нагревательный элемент 10 и подвижная термопара для снятия динамических характеристик. Автоматическое измерение и запись термо-Э.Д.С. (температуры, °С) осуществляется самопишущим потенциометром (КСП-2) 12.
Порядок проведения работы
Определение динамической характеристики термопары производится по временным графикам термо-Э.Д.С., полученным при мгновенном воздействии на термопару среды с постоянной температурой. В качестве максимально возможного воздействия на испытуемый элемент используется типовое единичное скачкообразное возмущение. Вид переходного процесса показан на рис.6
П
еред
проведением опыта по снятию временной
характеристики тумблером 19 T1 – “Сеть”
подается напряжение на нагреватель 10.
До подачи напряжения необходимо
проконтролировать положение подвижной
термопары – она должна находиться в
выдвинутом крайнем положении (на
воздухе). После выхода на режим элементов
установки (5 мин, после подачи напряжения)
включается измерительный самопишущий
прибор КСП-2, проверяется качество записи
на ленту и производится скачкообразное
воздействие на термопару, для чего
перемещают подвижную термопару 11 внутрь
до упора (без особого усилия). Одновременно
на диаграммной бумаге фиксируется
момент возмущения =0.
Реакция термопары на воздействие
единичного скачка температуры записывается
во времени на диаграммной бумаге (в
правой части рис.6). Скорость движения
диаграммной ленты необходимо
проконтролировать по электрическому
секундомеру. Окончание опыта определяется
новым установившимся значением,
фиксируемым автоматическим потенциометром.
Рис. 6. Снятие динамической характеристики термопары