Раздел 1
Методы и средства измерений температуры
Лекция 5
Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
116 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Условие правильного измерения температуры
Что является условием правильного измерения температуры?
tТ tC
Температура измеряемой среды и температура термопреобразователя равны!
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
117 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Причины возникновения погрешности
Методы теплообмена: Если имеет место
• теплопроводность |
теплообмен между |
|
• конвективный |
термопреобразователем |
|
• радиационный |
и окружающей средой |
|
|
или технологическим |
|
Типы погрешностей: |
оборудованием, то |
|
tТ tC |
||
• статическая |
||
• динамическая |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
118 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Причины возникновения погрешности
Как можно учесть погрешность определения температуры?
Необходимо провести анализ условий измерения и условий теплообмена.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
119 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
Допущения:
1.передача теплоты по темопреоразователю осуществляется только за счет теплопроводности
2.термопреобразователь представляет из себя однородный стержень, заделанный одним концом, в стенку трубопровода
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
120 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
t |
C |
t |
Т |
|
tC tCТ |
|
|
|
|
|
|
P K |
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ch l |
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tст – температура стенки трубопровода
l, P, S – длина, периметр и площадь сечения термопреобразователя αк – коэффициент конвективной теплоотдачи λ – коэффициент теплопроводности
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
121 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
Пути уменьшения погрешности:
1.увеличение длины термопреобразователя l
2.увеличение периметра термопреобразователя P
3.уменьшение площади сечения термопреобразователя S
4.увеличение коэффициента теплопроводности λ
5. приближение tст к tc |
|
|
|
|
tC tCТ |
|
|
t |
C |
t |
Т |
|
|
||
|
|
||||||
|
|
|
|
P K |
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ch l |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
122 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
1. увеличение длины термопреобразователя
t |
C |
t |
Т |
|
tC tCТ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
P K |
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ch l |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как увеличить длину термопреобразователя в пространстве ограниченном параметрами трубопровода?
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
123 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
1. увеличение длины термопреобразователя
под углом |
в колене |
в расширителе |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
124 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
2. |
увеличение периметра |
tC tТ |
|
tC tCТ |
|
|
|
термопреобразователя P |
|
||||
3. |
уменьшение площади сечения |
|
P K |
|
||
|
термопреобразователя S |
|
|
ch l |
|
|
|
|
|
|
|||
4. |
увеличение коэффициента |
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|||
теплопроводности λ
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
125 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
Что ограничивает |
Механическая и |
|
термическая |
||
возможности |
||
прочность чехла |
||
влияния на эти |
||
термопрео- |
||
факторы? |
||
бразователя |
||
|
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
126 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
|
|
0 |
|||
5. приближение tст к tc tC tТ |
tC tCТ |
|
|||
|
|||||
|
|
|
P K |
|
|
|
ch l |
|
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
||
Какими |
|
Необходимо |
|||
методами |
осуществлять |
||||
можно этого |
|
тепловую |
|||
добиться |
|
изоляцию |
|||
|
трубопроводов |
||||
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
127 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные теплообменом за счет теплопроводности
При измерении в каких
условиях можно принять,
что теплообмен идет
только за счет теплопроводности?
Конвективный
Радиационный
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» доцент, к.т.н. Цыпин А.В.
Потоки жидкостей,
которые полностью
заполняют
трубопровод.
Какой теплообмен преобладает при
измерении температуры потоков газов с высокой температурой
128
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные радиационным (лучистым) теплообменом
tC tТ |
|
|
C0 ПР |
|
|
|
|
|
|||
|
|
T |
|
4 |
T |
|
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
K |
|
Т |
|
|
|
|
СТ |
|
|
|
|
100 |
|
100 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tст – температура стенки трубопровода в оС
tТ, ТТ - температура термопреобразователя в оС и К С0=σ 108, где σ – постоянная Стефана-Больцмана
εПР – приведенный коэф-т теплового излучения термопр-ль - стенка αк – коэффициент конвективной теплоотдачи
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
129 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные радиационным (лучистым) теплообменом
tC tТ |
|
|
C0 ПР |
|
|
|
|
|
|||
|
|
T |
|
4 |
T |
|
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
K |
|
Т |
|
|
|
|
СТ |
|
|
|
|
100 |
|
100 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как мы можем повлиять на приведенный коэффициент теплового излучения для уменьшения лучистого теплообмена?
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
130 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные радиационным (лучистым) теплообменом
Пути уменьшения εПР :
1. Полировка поверхности термопреобразователя
Какие минусы?
В реальных условиях поверхность быстро окисляется или изнашивается, что снижает эффективность.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
131 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные радиационным (лучистым) теплообменом
Пути уменьшения εПР :
2. Увеличение Тст за счет тепловой изоляции
Какие минусы?
В реальных условиях не всегда возможно выполнить.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
132 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные радиационным (лучистым) теплообменом
Пути уменьшения εПР :
2.Приближение Тт к Тст за счет экранирования
термопреобразователя
Какие минусы?
Относительно сложная конструкция.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
133 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные нестационарностью процессов
Динамическая погрешность:
несоответствие между количеством теплоты, которое необходимо передать ТП или отвести от него – нагреть или охладить его до новой температуры среды – и количеством теплоты которое может быть при данных условиях мгновенно передано ТП от среды или наоборот
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
134 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные нестационарностью процессов
Динамические свойства зависят от:
1.конструкции ТП
2.теплофизических свойств материалов ТП
3.условий теплообмена
Невозможно четко определить показатели тепловой инерции в технической документации.
Вводится показатель тепловой инерции ε, который может быть использован для сопоставления между собой динамических свойств ТП для выбора прибора с учетом температурной нестацианарности контролируемых процессов
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
135 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные нестационарностью процессов
Показатель тепловой инерции:
tT, oC
80
|
|
|
|
20 оС |
80 оС |
20 0 |
0,63(tн-tк) |
|
|
||
|
|
В промежуток времени от 0 до |
|||
0 |
|
с |
=tк-tн |
0 |
|
tС, oC |
|
||||
|
|
|
В промежуток времени от 0 до t∞ |
||
80 |
|
|
|
=tт-tс |
|
|
|
|
|
||
20 |
с |
ε=0,63(tн-tк) |
|
||
|
|
0 Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
136 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные нестационарностью процессов
Показатель тепловой инерции в соответствии с DIN EN 60751 (для ТПС):
Время отклика - это время, которое необходимо ТП, чтобы
среагировать на ступенчатое изменение температуры,
которое соответствует определенной процентной части
изменения температуры.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
137 |
|
Методы и средства измерений температуры Методика измерения температуры контактными средствами измерения
Погрешности, обусловленные нестационарностью процессов
Показатель тепловой инерции в соответствии с DIN EN 60751 (для ТПС):
В DIN EN 60751 рекомендовано время для 50 % и 90 % этого
изменения. Параметры t 0,5 и t 0,9 указывается в
характеристиках к датчикам для потока:
• воды (скорость 0,4 м/с) |
время для 63% не |
|
• воздуха (скорость 2,0 м/с) |
используется, поскольку |
|
Пересчет на другие среды и |
считается, что реальная |
|
функция передачи тепла |
||
скорости производится с помощью |
||
справочника |
существенно отличается от |
|
|
экспоненциальной |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
138 |
|