Раздел 1
Методы и средства измерений температуры
Лекция 4
Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов.
Конструкция. Измерение термо-ЭДС.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
87 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Средства измерения температуры
Контактные Бесконтактные
волюметрические (изменение объема)
стеклянные термометры 
манометрические термометры
дилатометрические (изменение длины)
биметаллические термометры
термосопротивления (изменение сопротивления)
термоэлектрические (изменение термо ЭДС)
пирометрические |
спектрального отношения |
полного излучения |
монохроматические |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
88 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
E f t,t0
t – температура горячего спая (измеряемая температура) t0 – температура свободных концов термопары,
находящихся вне контролируемого объекта, при
температуре окружающей среды, которая изменяется.
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИЗМЕРЕНИЙ НЕОБХОДИМО ВВОДИТЬ ПОПРАВКУ НА ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СВОБОДНЫХ КОНЦОВ
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
89 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
|
Е |
|
|
E(t,0) |
|
|
E(t,t0) |
|
|
E(t0,0) |
t |
|
|
|
E t,t0 |
t0 t |
|
E t,0 E t0,0 |
|
|
E t,0 E t,t0 E t0,0 |
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
90 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Поскольку температура окружающей среды непостоянна,
то необходимо предусмотреть автоматическое устройство для введения поправки, которое выполняется в виде
отдельного блока либо встраивается в измерительную
схему прибора.
Как обеспечить автоматическое введение поправки?
Устройство введения поправки должно содержать термочувствительный элемент, температура которого равна t0 и который располагается рядом со свободными концами термопары.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
91 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
a’ |
b’ |
|
Х |
|
|
|
|
|
Ubx |
t |
|
R1 |
d |
R2 |
|
||
|
А |
a |
R |
|
Uab |
R |
b |
|
|
3 |
|||||
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
ИП |
|
E t,0 E t,t0 E t0 ,0
ВП
Rt - термосопротивление из меди или платины
R1,2,3 – постоянные сопротивления из
манганина ИП – источник питания
постоянного тока ВП – вторичный прибор
Условие компенсации: Uab=E(t0,0)
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
92 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
|
|
|
a’ |
|
|
|
b’ |
|
t |
Х |
|
R1 |
|
R2 |
Ubx |
ВП |
|
|
d |
|
|
|||||
|
А |
a |
R |
|
Uab |
R |
b |
|
|
|
3 |
|
|||||
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИП |
|
|
|
|
Ubx E t,t0 Uab E t,t0 E t0 ,0 E t,0 |
||||||
В правильно |
Uab E t0 ,0 при любой t0 |
работающем |
Ubx E t,0 |
компенсаторе: |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
93 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
a’ |
Определение Uab |
b’ |
Требования: |
|
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ubx |
ВП |
1. RвнутрИП=0 |
|
t |
|
|
R1 |
|
d |
R2 |
|
|
|
2. R |
→∞ |
||
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагр |
|
|
|
a |
R |
|
|
Uab |
R |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИП |
|
|
При t0=0 |
|
|
|
U |
|
U |
|
|
|
R1Rt |
R2 R3 |
Uab 0 |
|
|||
|
ab |
пит |
R |
R |
R |
R |
|
||||||
|
|
|
|
R1Rt R2 R3 0 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
2 |
t |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
94 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Возможно ли обеспечить на практике при |
|
E(t0,0), мВ |
|||
любой t выполнение условия |
|
Uab, мВ |
|||
0 |
|
|
|
|
|
Uab E t0 ,0 |
|
|
|||
возникает погрешность |
|
|
|||
|
Uab E t0 ,0 |
|
0 |
t0, oC |
|
|
|||||
|
E |
S |
мост балансируется |
||
|
|
|
|||
|
коэффициент преобразования |
|
при t0=0оС |
||
S t термопары при t0=0оС |
|
|
|||
Дополнительная
погрешность
согласно закону Джоуля Ленца при протекании тока через проводник выделяется тепло, что приводит к изменению Rt
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
95 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Какие еще методы компенсации температуры свободных концов могут быть?
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
96 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов Компенсация влияния температуры свободных концов с помощью соединительных коробок
свободные концы находятся в тепловых экранах для
стабилизации температуры
температура окружающей
среды измеряется с помощью ТПС
компенсация
осуществляется в
вычислительном устройстве
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
97 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Термоэлектродные удлиняющие провода
Будет ли вносится дополнительная погрешность если холодный спай находится в удалении от компенсирующего устройства и их температура отлична?
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
98 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Термоэлектродные удлиняющие провода
Термоэлектродные удлиняющие провода –
провода, термоидентичные
удлиняемым электродам, т.е. эти
провода в паре имеют ту же самую градировочную характеристику, что и удлиняемая термопара в диапазоне
возможного изменения температуры
мест соединения.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
99 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Термоэлектродные удлиняющие провода
Почему применяются термоэлектродные удлиняющие провода а не удлиняются электроды термопар?
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
100 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Термоэлектродные удлиняющие провода
Термоэлектродные удлиняющие провода применяются для удлинения:
1.термопар из благородных металлов для снижения стоимости;
2.высокоомных термопар уменьшения сопротивления цепи.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
101 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Термоэлектродные удлиняющие провода
Основные типы термоэлектродных удлиняющих проводов
НСХ |
Удлиняющие провода |
Обозначение |
Максимальная |
Погрешность, |
|
|
|
рабочая |
оС |
|
|
|
температура, оС |
|
ХА (К) |
медь-титан / медь-никель |
МТ-НМ |
300 |
5,5 |
ХА (К) |
медь - константан |
М |
100 |
4,9 |
ХК (L) |
хромель / копель |
ХК |
100 |
3,3 |
ПП (R) |
медь / сплав ТП |
П |
100 |
2,4 |
МК (М) |
медь / копель |
МК |
100 |
3,3 |
ВР (А) |
медь / медь-никель |
М-МН |
100 |
4,2 |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
102 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Компенсация температуры свободных концов
Термоэлектродные удлиняющие провода Важно:
•при применении термоэлектродных удлиняющих проводов необходимо соблюдать правило подключения – полярность.
•из-за неполного совпадения градуировочных характеристик термопары и удлиняющих проводов возникает дополнительная погрешность, которую необходимо учитывать при оценке общей погрешности измерения температуры
•проблема применения термоэлектродных удлиняющих проводов полностью снимается при применении термопар с встроенным нормирующим преобразователем.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
103 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Конструкция
Термоэлектрический преобразователь -
прибор в основе которого
заложена термопара с изолированными электродами и помещенная в защитную
арматуру.
1.защитный чехол
2.штуцер
3.головка
4.клеммник
5.термопровода
6.керамические
изоляторы (бусы)
7.рабочий спай
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
104 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Конструкция
Термоэлектроды: проволока диаметром от 0.5 мм (благородные металлы) и до 3 мм (неблагородные металлы).
Методы образования рабочего спая:
•пайка
•сварка
•скручивание (для вольфрам-рениевых)
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
105 |
|
Методы и средства измерений температуры Термоэлектрические преобразователи
Конструкция
Материалы защитных чехлов -
газонепроницаемые материалы,
выдерживающие высокие температуры
иагрессивное воздействие среды:
•углеродистая или нержавеющая сталь (менее 1000оС)
•керамические: фарфоровые,
карбофраксовые, алундовые, из
диборида циркония
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
106 |
|