Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Термометры. КП часть №1.docx
Скачиваний:
15
Добавлен:
17.11.2019
Размер:
2.43 Mб
Скачать

1.2 Расчет термоэлектрических термометров

Исходными данными для расчета являются:

а) диапазон изменения температуры датчика;

б) допустимая относительная погрешность прибора;

в) градуировочная характеристика термопары (рисунок 1.3 и приложение 1);

г) длина и диаметр термоэлектродов термопары и соединительных проводов.

1.2.1 Расчет параметров электрической схемы

Рисунок 1.3 – Характеристики термопар: — хромель-копель (Х-К); 2 — железо-копель (Ж-К); 3 — хромель-алюмель (Х-А); 4 — никель-железо-спецкопель (НЖ-11-СК.); 5 — никель-кобальт-спецалюмель (НК-СА); 6—платина-платинородий (П-ПР).

Расчет схем термоэлектрических приборов (рисунки 1.1, 1.2) производится на основании соотношения для величины допустимой дополнительной погрешности, вызываемой изменениями сопротивления внешней цепи из-за отклонения температуры от нормальной. При этом предполагается, что осуществлена полная компенсация дополнительной температурной погрешности указателя. Исходя из этого условия, можно записать:

λ= = =

где λ — относительная температурная погрешность прибора на 1 градус (приведенный температурный коэффициент прибора), 1/град;

Ri0 — сопротивление участков электрической схемы с одинаковыми температурными условиями и материалом, ом;

αi — температурные коэффициенты сопротивления участков цепи, 1/град;

RР — сопротивление рамки гальванометра, Ом;

RТС — сопротивление компенсационное (термистор), Ом;

RД — подгоночное сопротивление прибора, Ом;

RG0=RР+RТС+RД — полное сопротивление гальванометричес-кого указателя, Ом;

— общее сопротивление внешней цепи прибора, Ом;

— коэффициент, который берется в пределах от 1 10

αприв= — приведенный температурный коэффициент сопротивления внешней электрической цепи прибора, 1/град.

Для определения αприв необходимо найти величину сопротивления каждого участка внешней цепи прибора. Разобьем внешнюю цепь на участки сопротивлений:

R1, R2 – сопротивления термоэлектродов термопары (положительного и отрицательного соответственно);

R3, R4 – сопротивления термоэлектродов от приемника термопары до соединительных проводов;

R5, R6 – сопротивления соединительных проводов.

1.Определяем сопротивления R5, R6 и при нормальных условиях по формулам:

R50 = ; R60 =

где ρ5, ρ6 — удельные сопротивления материала соединительных проводов при 20 °С; медь ρ = 0,01752 · 10-6 Ом·м; хромель ρ = 0,7 · 10-6 Ом м; копель ρ = 0,7 · 10-6 Ом м;

L — длина соединительных проводов от разъемной колодки до указателя, м — до 10;

S= — поперечное сечение провода, м2 (величину D берут (1,5 ÷ 2,0) 10-3 м);

2. Определяем сопротивление термоэлектродов термопары R10 и R20:

положительный термоэлектрод

R10 = Ом

где ρ1 — удельное сопротивление положительного термоэлектрода термопары (никель-кобальтовый сплав

ρик=(0,319-0,921) Ом м при температуре 0÷900°С соответственно;

L1 — длина погруженной части термопары, м;

θ1— температура горячего спая термопары, град;

α1— температурный коэффициент материала термоэлектрода, равный (1,05÷0,37)·10-3 l/град при температурах 0÷900°С соответственно;

отрицательный термоэлектрод

R20 = Ом,

где ρ2 — удельное сопротивление отрицательного термоэлектрода (для алюмеля ρал= (0,33÷0,35)·10-6 ОМ м в диапазоне 0÷100° С);

θ2= θ1—температура горячего спая термопары, град;

α2— температурный коэффициент термоэлектрода термопары; (для алюмеля αал = 1,0·10-3 l/град в диапазоне 0÷100°С);

L2=L1 — длина погруженной части отрицательного термоэлектрода, м.

3.Аналогично определяем сопротивление термоэлектродов R30 и R40: от приемника термопары до соединительных проводов:

положительный термоэлектрод

R30 = Ом,

где ρ1 — удельное сопротивление положительного термоэлектрода;

θ3- температура свободных концов термоэлектродов;

L3 — длина электрода от приемника термопары до соединительных проводов, м, обычно 1,5 — 2,0 м;

S3, S4 - сечения проводов, м2;

отрицательный термоэлектрод

R40 = Ом.

4.Определяем сопротивление одной термопары при нормальной температуре

RT1 = R10+R20+R30+R40 Ом,

то же для комплекта термопар

RT=m RT1 Ом,

где m — число термопар, включенных последовательно.

5. Определяем сопротивление внешней цепи прибора

R50+R60+RT Ом.

6.Определяем приращение сопротивлений внешней цепи на 1 град

Ом.

7. Определяем величину αприв

αприв= = 1/град

8. Определяем величину k из формулы

k=

9. Определяем величину сопротивления рамки гальванометра.

Величина тока в цепи прибора равна

I= = мA,

где E — термо ЭДС, развиваемая термопарой в милливольтах

U = = мВ;

U — напряжение на зажимах гальванометра. Величину сопротивления рамки гальванометра найдем из условия допустимой мощности рассеивания Pp. Мощность, рассеиваемая в рамке гальванометра, принимается равной 4 8 мкВт. Величина сопротивления рамки гальванометра определяется из формулы

Rp = = Ом.

Учитывая, что сопротивление токоподводящих пружин обычно равно 2 Ом (приложение 2), получим:

2 Ом

10. Определяем сопротивление температурной компенсации указателя из условий полной компенсации его температурных погрешностей:

Rтс.тцт=

Rтс.твг=

где βР— температурный коэффициент линейного расширения материала рамки; медь 17·10-6 1/град; алюминий 26·10-6 1/град;

βмаг — температурный коэффициент линейного расширения материала магнита (8÷18)·10-6 1/град [5];

γВ - температурный коэффициент индукции 1/град.

Например, альнико V:

8,0

4,0

3,0

-0,024

-0,016

-0,016

альмико VI

8,0

3,6

2,0

-0,032

-0,020

-0,020

Lm, D— длина и диаметр магнита [6].

δЕ - температурный коэффициент модуля упругости материала противодействующих пружинок: фосфористой бронзы 4·10-4 1/град; бериллиевой бронзы 3·10-4 1/град;

βпр - температурный коэффициент линейного расширения материала противодействующей пружины: фосфористая бронза βпр =0,175·10-4 1/град; бериллиевая бронза βпр=0,185·10-4 1/град;

αр - температурный коэффициент сопротивления материала рамки гальванометра: медь αp=0,0043 1/град; алюминий αр = 0,0036 1/град;

αтс - ТКС (смесь окислов кремния и железа) α=3,4·10-3 1/град.

11. Определяем подгоночное сопротивление

RД = RG0 – (RP+RТС) = (RP+RТС) Ом.

Таблица 1.2 Ориентировочные технические параметры термоэлектрических термометров

Показатели

Единицы

измере-ния

Параметры термоэлектрических

термометров

Для газотурбинных

Для поршневых

Размах шкалы

240º

90º

Ток полного отклонения подвижной системы

мА

0,8-0,9

1

Вращающий момент на

полную шкалу

Н·м

13,0·10-6

30·10-6

Коэффициент добротности

1,5÷2

0,7÷0,9

Магнитная индукция в воздушном зазоре

Тл

0,7

0,2

Материал магнита

Магнико

Альнико

Величина воздушного зазора

мм

1,7

1,7

Температурный коэффи-циент магнитного материала

1/град

1·10-4

1·10-4

Размеры рамки

7×13

17×23

Число витков

80÷103

80÷92

Материал провода и

диаметр

мм

Алюминий

0,14 ПЭЛ

Алюминий

0,14 ПЭЛ

Сопротивление рамки

Ом

8,5÷9,2

6,5÷8,5

Вес рамки

Н

0,23·10-2

0,21

Вес подвижной системы

Н

0,57·10-2

0,32

Коэффициент заполнения

0,7÷0,8

0,7÷0,8

Материал и размеры пружинок

мм

Бериллиевая бронза

0,5×0,3 n=5,5

Модуль упругости

Н/м2

12·1010

Температурный коэффициент модуля упругости

1/град

4·10-4

4·10-4

Материал и радиус кернов

мм

Кобальт-вольфрам

0,06 0,06

Материал и радиус подпятника

мм

Корунд

0,25 0,2

Сопротивление термистора

Ом

7÷8

7

Сопротивление противо-действующих пружинок

Ом

1

1

Добавочное сопротивление

Ом

2÷3

2÷6

Подгоночное сопротивление можно разделить на подгоночное сопротивление соединительных проводов Rдук и подгоночное сопротивление указателя, т.е.

Rд = Rдсп+Rдук

Подгоночное сопротивление изготовляют из константа или манганина.