Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Факультет авиационных и космических систем

Кафедра информационно-измерительной техники

Лабораторная работа № 3

Термопара

Выполнила:

студентка |||–го курса

ФАКС, гр. ВВ-72

Черненко И. А.

Проверила:

Сикоза Е. Н.

Киев

2009

Цель работы: изучение основных свойств и схем включения термопар,

определить параметры схемы включения термопары,

обеспечивающие компенсацию температуры холодных спаев.

Приборы и принадлежности:

• набор термопар;

• термометр;

• объект с регулируемой рабочей температурой;

• макет, обеспечивающий соответствующую схему включения.

1. Краткие теоретические сведенья

Измерение температуры с по­мощью термопар осуществляется путем преобразования и последующего измерения с помощью вторичного прибора ВП термо-ЭДС. Значение термо-ЭДС зависит от разности температур рабочих и нерабочих (свободных) концов термопар. Эта особенность предопределяет специфичность схем подключения термопар к ВП. С экономических и конструктивных соображений термопара должна быть как можно короче. Поэтому вблизи точки измерения температуры (обычно в головке защитной арматуры термопары) подключаются термоэлектродные удлини­тельные провода, так как на них не в такой степени воздействует среда, температура которой измеряется. Термоэлектродные провода в диапа­зоне температур, определяемых температурой головки термопары и температурой эксплуатации ВП, должны развивать такую же термоЭДС, как и термопара, к ко­торому они подключаются.

Вторые концы термоэлектродных проводов через устройства компенса­ции (или стабилизации) изменений температуры «удлиненной» термопары подклю­чаются к ВП.

На рис.1 представлены основные схемы подключения термопар. В наиболее простой схеме (рис.1.1,а) при непосредственном подклю­чении термоэлектродов к ВП свободные концы находятся при температуре окружающей ВП среды и ее изменения влияют на результат измерения. В схеме (рис.1.1,б) должно быть предусмотрено отдельное место с по­стоянной и известной температурой в котором соединяются удлинительные и медные провода, подключаемые к ВП. При лабораторных измерениях температуру свободных концов лучше поддерживать 0 °С. В других случаях необходимо вводить поправки к показаниям ВП на величину, определяемую отличием температуры свободных концов от 0°С, поскольку номинальные статические характеристики известны для температуры свободных концов, равной 0 °С.

При промышленных измерениях применяется способ подключения термопар с коррекцией влияния изменений температуры свободных концов. В этом случае температура свободных концов может при­нимать случайные значения, которые измеряются с помощью дополнительного датчика температуры (например, термометром сопротивления). Формируемое при этом напряжение складывается с ЭДС термопары.

Термопары имеют низкие уровни термоЭДС. Это определяет необходимость применения соответствующего усиления сигналов или высокочувствительных ВП , что при значительных, как правило, расстояниях от измеряемого объекта накладывает требования на обеспечение помехоустойчивости измерения.

Рис.1.1 Схемы включения ПТ:

а — без компенсации на температуру свободных концов; б — с использованием термостатирования свободных концов; в — для измерения разности температур

Рис. 1.2

Температура и ЭДС термопары связаны нелинейной зависимостью. Графики выходных напряжений для шести стандартных термопар как функйии температуры приведены на рис. 2. Термопара К-типа характеризуется практически линейной зависимостью VV(T) в интервале температур от 0 до 1000°С. Для достижения хорошей точности при использовании термопарного термометра весь диапазон рабочих температур должен быть откалиброван.

Тип Металлы

+ -

E Хромель-константан

J Железо- константан

K Хромель-алюмель

R Платина-платина+13родия

S Платина-платина+10  родия

T Медь-константан

Другой подход заключается в использовании некоторой аппроксимации для зависимости напряжения от температуры, например, полиномиального приближения

(1.1)

где Т- температура; Х- выходное напряжение термопары; А - коэффициент полинома (свой набор для каждой термопары); n- порядок полинома. При увеличении n улучшается точность полиномиального приближения.

В данной лабораторной работе используется схема включения термопары, приведенная на рис.1.3.

Рис 1.3

Уравнение преобразования такой схемы можно представить в виде: (1.2)

где:

U_АЦП - напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя АЦП

Tp - измеряемая температура

Tск - температура свободных концов

K1 - коэффициент преобразования согласующего усилителя

K2 - коэффициент преобразования согласующего устройства для дополнительного датчика температуры AD.

 - коэффициент преобразования термопары

 - коэффициент преобразования дополнительного датчика температуры

Приведенное уравнение преобразования рекомендуется использовать для выполнения заданий лабораторной работы.