28.Термобиметаллические преобразователи. Особенности конструкции. Анализ источников статических погрешностей. Математическая модель преобразователя. Иллюстрация примерами.

_{Биметаллические пластины (рис.2), используемые в качестве чувствительного элемента биметаллического термометра (БТ), состоят из двух примерно одинаковых по толщине пластинок металлов или сплавов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры такой пластины она изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом линейного расширения.}

_{При жестком креплении одного конца пластины перемещение ее другого конца вследствие изгиба передается с помощью системы ры­чагов на указатель и служит мерой изменения температуры.}

_{Для закрепленной с одного конца биметаллической пластины длиной l и толщиной s перемещение А, ее ненагруженного конца при измене­нии температуры пластины от t1 до t2 определится выражением}

_{А = ζl2(t1-t2)/s , (1)}

где ζ — удельный изгиб пластины, зависящий в основном от разности коэффициентов линейного расширения использованных металлов;

_{Подключение к этому концу пластины какого-либо механизма для перемещения стрелки по шкале БТ приводит к возникновению силы F, противодействующей перемещению и частично подавляющей перемещение на величину А. Такая противодействующая сила определится выражением}

_{, (2)}

_{где b – ширина пластины; Е – модуль упругости.}

_{Очевидно, что выражения (1) и (2) справедливы только в том интервале температур, в котором оба, используемых металла обладают упругой деформацией. Это обстоятель­ство определяет принципиальные температурные границы применимости БТ. Подбором специальных сплавов удается создать БТ с рабочим диапазоном температур от -100 до 600 °С.}

_{Биметаллические термометры применяются в качестве элементов компенсации температурных погрешностей приборов, а также для измерения температуры в тех случаях, где необходимы надежные не дистанционные приборы.}

Биметаллические термометры основаны на принципе прямого преобразования сигналов и для него справедлива структурная схема (рис.3).

_{y – Деформация элемента, l - передаточная характеристика;}

_{ – угол отклонения стрелки.}

_{Для увеличения длины пластины при сохранении малых габаритов чувствительно­го элемента его выполняют в виде спирали. В этом случае изменение температуры от t1 до t2 вызывает поворот ненагруженного конца спирали на угол у.}

_{Если чувствительный элемент БТ не предназначен для работы в агрессивных средах, то он не требует защитного кожуха, и в этом случае термометры такого типа обладают сравнительно небольшой термической инерцией.}

_{Наибольшее распространение БТ получили для авто­матического регулирования. В этом случае чувствительный элемент приводит в действие систему управления контактами реле. Основная погрешность БТ составляет 1,0-1,5 %, а в области повышен­ных температур — до 3 % диапазона измерения. Градуировочные характеристики БТ близки к линейным. Однако чувствительные элементы термометров не взаимозаменяемы и приборы требуют индивидуальной градуировки. Она может осуществляться в термостатах путем сравнения с показаниями соответствующего образцового средства измерений.}

26. Термоэлектрические термометры. Принцип действия термопары. Область применения. Основные разновидности термометров, применяемых в авиации. Электрические схемы. Особенности конструкции датчика, указателя, сопряжение с каналом связи. Иллюстрация аддитивной и мультипликативной погрешностей и методы их компенсации.

Термоэлектрические термометры в авиации используются в основном для измерения температуры отдельных частей силовых установок и газовых потоков, выходящих из реактивного сопла двигателя. Принцип действия термоэлектрического термометра основан на использовании термоэлектрического эффекта.

Явление термоэлектричества заключается в возникновении термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) в спае двух проводников из двух разнородных токопроводящих материалов при наличии разности температур места соединения проводников и их свободных концов.

Сплавы: ХК – хромель-капель, ХА – хромель-алюмель, НЖ-СК – никель железо - спец. алюмель, НК-СА – никель кобальт – спец. алюмель.

В обоих спаях возникает одинаковая по величин, но обратная по знаку контактная разность потенциалов, причем суммарная термоЭДС в замкнутой цепи равна нулю. При нагреве одного из спаев до температуры t_ГС электроны на горячем конце приобретут более высокие энергии и скорости, чем на холодном. Возникающие в результате этого потоки электронов и связанные с ними накопления зарядов приводят к тому, что контактная разность потенциалов в нагретом спае, увеличивается, а в холодном остается прежней. В результат возникает термоЭДС, зависящая от разности температур t_ГС – t_ХС. В цепи потечет ток. Направление тока зависит только от материала термоэлектродов. Условились называть положительным тот электрод, по направлению к которому течет ток через горячий спай (положительный - А).

Таким образом, измеряя термоЭДС, развиваемую термопарой, можно определить температуру горячего спая. В этом и состоит принцип действия термоэлектрических термометров.

Электродвижущую силу, развиваемую термопарой, можно измерить с помощью гальванометра или компенсационным методом (логометром).

По своему назначению авиационные термоэлектрические термометры можно разделить на три группы.

К первой группе относятся термометры типа ТВГ, ИТГ и ТСТ, служащие для измерения температуры выходящих газов турбореактивных, турбовинтовых авиационных двигателей и турбостартеров.

Ко второй группе относятся термометры типа ТЦТ, измеряющие температуру головок цилиндров поршневых двигателей и других твердых тел.

В третью группу объединяются измерительные системы типа ИТ, ИА, предназначенные для измерения температуры газов, выходящих из реактивного сопла двигателе и турбин низкого и высокого давления.

Температура чувствительного элемента может быть равна температуре окружающей среды или от нее отличаться, это зависит от формы материала и расположения ч.э. Любой ч.э. искажает инфу, и это происходит за счет передачи тепловой энергии через различные устройства. При измерении температуры выходных газов имеющих большие скорости особое значение приобретает переход тепловой энергии в местах торможения газового потока. В этих местах т-ра термоприемника может значительно отличаться от температуры потока. Это вызвано преобразованием кинетической энергии газового потока в потенциальную, что приводит к увеличению температуры. Степень отклонения т-ры ч.э. определяется рядом параметров.

где Т_Т – температура торможения газового потока

Т – истинная температура; V – скорость газового потока; r – коэффициент торможения; I – механический эквивалент температуры; Cp – теплоемкость измеряемого потока.

В идеальном случае r=0.98, r=1 невозможно при V≥300 м/с

Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется, свойственны следующие методические погрешности.

1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности. Эта погрешность обусловлена тем, что температура стенок трубопровода отличается от измеряемой температуры газа или жидкости, текущих по этому трубопроводу. В результате наряду с полезным теплообменом между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности.

2. Погрешность от неполного торможения газового потока. В термометрах, предназначенных для измерения истинной температуры Т встречного потока воздуха, возникает погрешность, причиной которой является повышение температуры датчика из-за перехода в тепло кинетической энергии потока воздуха при его торможении датчиком.

3. _{Динамическая погрешность. Эта погрешность обусловлена тем, что тепло передается от среды к чувствительному элементу с некоторым запаздыванием вследствие конечной скорости передачи тепла, зависящей от материала, массы и поверхности термопатрона.}