4приборы и датчики температуры 1Назначение



жүктеу 266.45 Kb.
Дата10.05.2019
өлшемі266.45 Kb.

4ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

4.1Назначение


Приборы, измеряющие температуру (термометры), и датчики температуры применяются на летательных аппаратах для получения информации о тепловом режиме работы двигателя, о работе системы терморегулирования и вентиляции и для определения температуры наружного воздуха и воздуха в различных отсеках летательного аппарата. На летательных аппаратах используются термометры и датчики температуры газов в газотурбинных двигателях (до 1500°С), температуры в камерах сгорания реактивных двигателей (до 3000°С), температуры масла и охлаждающей жидкости (до 150°С), температуры наружного воздуха и воздуха в кабине самолета (± 60°С) и др.

4.2Методы измерения температуры


Рассмотрим следующие методы измерения температуры: объемный, манометрический, терморезисторный (метод термосопротивлений), термоэлектрический и пирометрический.

Объемный метод измерения температуры основан на тепловом расширении (изменении объема) различных тел. По этому принципу строятся дилатометрические, биметаллические и жидкостные термометры.

Манометрический метод измерения температуры основан на; тепловом изменении давления газа (пара) внутри замкнутого объема. По этому методу действуют газовые и парожидкостные термометры.

Терморезисторный метод измерения температуры основан на тепловом изменении электрического сопротивления проводнике или полупроводников.

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении контактного потенциала между двумя контактирующими между собой разнородными проводниками (или полупроводниками) при разности температур свободных и рабочего концов этих проводников.

Верхний предел измеряемых температур, определяемый главным образом теплостойкостью термоэлектродов, достигает для хромель-копелевых термопар + 800° С, платино-платинородиевых +1600° С, вольфрамомолибденовых до 2400° С и т. д.



Оптический метод измерения температуры основан на зависимости энергии, излучаемой нагретым телом, от его темпе туры. Яркость излучения оценивается визуально с помощью оптических устройств или преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектрических чувствительных элементов. Построенные по этому методу приборы называют пирометрами из­лучения. Различают пирометры полного излучения (радиационные), пирометры частичного излучения (яркостные) и пирометры цветовые (спектрального соотношения).

На летательных аппаратах нашли преобладающее применение терморезисторные датчики температуры (термосопротивления) и термоэлектрические датчики (термопары) благодаря своей простоте, стабильности характеристик и возможности преобразования температуры непосредственно в электрическую величину.

Терморезисторы и термопары используются как в качестве воспринимающих устройств систем автоматического регулирования и управления, так и в качестве датчиков электрических дистанционных термометров.

На современных ВС наиболее частое употребление нашли термометры сопротивления и термоэлектрические термометры.


4.3Термометры сопротивления

4.3.1Характеристики проволочных и полупроводниковых терморезисторов


Чувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой проволочный или полупроводниковый терморезистор, величина которого изменяется в зависимости от температуры (рис. 4.3.1).

Зависимость электрического сопротивления проволочного терморезистора от температуры (статическая характеристика) в малом диапазоне температур близка к линейной:





ε %

где R0 сопротивление при 0° С;



α – температурный коэффициент электрического сопротивления;

θ – температура в °С.

Чувствительность терморезистора



При изменении температуры в широких пределах зависимость R от θ нелинейная: ε = %, где Rθ


Рис. 4.3.1 Примерные характеристики термосопротивлений:

а – проволочного; б – полупроводникового

сопротивление при температуре θ о С; R20 – сопротивление при 20 о С.

При оценке средней чувствительности пользуются средним значением температурного коэффициента α ср, вычисленным для определенного интервала температур, например от 0 до 100° С.

Для изготовления проволочных терморезисторов применяют чистые металлы, поскольку они имеют большее значение температурного коэффициента, чем сплавы металлов. В табл. 4.3.1 приведены характеристики наиболее употребительных материалов проволочных терморезисторов.

Таблица 4.3.1

Характеристики материалов проволочных терморезисторов


Наименование металла

Удельное сопротивление Ом мм2

Средний температурный коэффициент электрического сопротивления для интервала 0 ÷ 100о С, 1/град

Температурный предел измерения в оС

Нижний

Верхний

Платина

0,0981

3.91 10–3

– 250

1250

Медь

0,018

4,26 10–3

– 150

+ 180

Никель

0,12

6,4 10–3

– 200

+300

У медного терморезистора при изменении температуры от – 50 до +180° С сохраняется линейная зависимость R от θ, причем α = 4·26·10 – 3 1/град.

У платинового терморезистора в диапазоне температур от –200 до 0° С.



а в диапазоне от 0 до +650о С



где А =3,96847 10 –3 1/град;



В = –5,847 10 –7 1/град2;

С = –4,22 10 –12 11град4.

Для никеля зависимость R от θ еще более сложна.

Полупроводниковые терморезисторы (ПТР) имеют обратную зависимость R от θ: с увеличением температуры сопротивление падает по экспоненциальному закону (см. рис. 4.3.1. 6):

где Т – абсолютная температура;



А и В коэффициенты, зависящие от материала и размеров ПТР.

Вследствие существенной нелинейности статической характеристики температурный коэффициент ПТР в большой степени зависит от температуры:



В справочных данных обычно приводятся значения R и α при 20° С.

В табл. 4.3.2 приведены характеристики некоторых полупроводниковых терморезисторов.

Таблица 4.3.2

Характеристики некоторых ПТР


Тип ПТР

R20 ком

Α20 1/град

В оК

θmax

ММТ-1; ММТ-4,

ММТ-5

1÷200

–(2,4 ÷ 3,4) 10–2

2060 ÷ 2920


120о



КМТ-1,МТ-4

20÷1000

–(4,5 ÷ 6,0) 10–2

3880 ÷ 5150

180о

Пользуясь табличными данными, можно определить R при любой температуре по формуле


4.3.2Конструкция термометров сопротивления


На летательных аппаратах применяются унифицированные термометры сопротивления с диапазоном измерения от –70 до +150 °С, предназначенные для измерения температуры топлива, масла, охлаждающей жидкости, наружного воздуха и д. р.

Прибор состоит из датчика и указателя, соединенных между собой по схеме рис. 4.3.2., а.

На рис. 4.3.3 показана конструкция терморезисторного датчика, входящего в комплект унифицированного термометра сопротивления. Теплочувствительный элемент выполнен из никелевой проволоки диаметром 0,05 мм, намотанной на слюдяной пластинчатый каркас и защищенной от механических повреждений тонкостенным цилиндрическим корпусом из нержавеющей стали.

Для лучшей передачи тепла между стенками корпуса и никелевой проволокой помещены теплопроводящие серебряные пластины, изолированные от проволоки тонкими слюдяными прокладками. Корпус датчика снабжен утолщенной головкой с резьбой, предназначенной для крепления датчика. В головке датчика расположены штепсельный разъем и добавочное манганиновое сопротивление, включаемое последовательно с никелевой обмоткой. Добавочное сопротивление предназначено для приведения температурного коэффициента датчика к стандартному значению с целью обеспечения взаимозаменяемости датчиков (вследствие значительного влияния примесей температурный коэффициент электрического сопротивления никеля имеет слишком большой разброс).





Рис. 4.3.2. Схемы термометра сопротивления:

а электрическая; бструктурная; 1 – датчик; 2электрическая цепь; 3логометр; θ – температура; Rсопротивление датчика; r1 и r2 сопротивления рамок логометра; R1 ÷ R8 – постоянные сопротивления электрической цепи; i1/ i2 – отношение токов; φ – угол отклонения стрелки



Рис. 4.3.3. Конструкция терморезисторного датчика температуры:

1 – добавочное манганиновое сопротивление; 2 – клемма; 3 – выводной конец никелевой теплочувствительной обмотки; 4, 7 – слюдяные прокладки; 5 – теплопроводящая металлическая пластина; 6защитный корпус; 8 – штепсельная вилка; 9 – головка; 10ответная часть штепсельного разъема

Конструкция указателя унифицированного термометра сопротивления приведена на рис. 4.3.4. В корпусе указателя размещен логометр с подвижным магнитом (такой же, как в электрических дистанционных манометрах) и постоянные сопротивления, входящие в электрическую схему термометра сопротивления (см. рис. 4.3.2).





Рис. 4.3.4. Конструкция указателя унифицированного термометра сопротивления:

1 – логометр; 2 – штепсель; 3 – катушки сопротивления;

4 – основание; 5 – корпус

Градуировочная характеристика унифицированного термометра сопротивления в интервале температур от +50 до +300° С приведены в табл. 4.3.3.



Таблица 4.3.3.

Градуировочная характеристика унифицированного термометра сопротивления


4.3.3Основные погрешности термометров сопротивления


Погрешности термометров сопротивления складываются из погрешностей, вносимых датчиком, электрической цепью и логометром.

Датчику присущи методические погрешности1, общие для термометров:



  1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности.

  2. Погрешность от неполного торможения газового потока.

  3. Динамическая погрешность.

Кроме того, для терморезисторных датчиков характерна погрешность, вызываемая нагревом термосопротивления протекающим по нему током. Величина этой погрешности в установившемся режиме.

Д
ля полупроводниковых ПТР величина допустимого тока, в зависимости от типа ПТР, лежит в пределах от долей до десятков ма.

Электрическая цепь обладает температурной погрешностью, выражающейся в изменении отношения токов i1/i2 вследствие изменения сопротивления рамок логометра. Для компенсации этой погрешности сопротивления R3, R4 и R7 (см. рис. 4.3.2., а) выполняются из меди.

4.4Термоэлектрические термометры

4.4.1Характеристики термопар


Чувствительный элемент термоэлектрического термометра (термопара) состоит из двух разнородных электродов А и В, соединенных между собой путем спайки, сварки или сплавления (Рис. 4.4.1., а).

Действие термопары основано на зависимости контактной разности потенциалов, возникающей между проводниками А и В, от температуры места соединения и свободных концов.

Контактная разность потенциалов возникает как между проводниками, изготовленными из металлов, так и между полупроводниками.

Принцип действия термопары можно объяснить следующим образом: энергия свободных электронов не одинакова в различных проводниках и по-разному возрастает с повышением температуры. Если вдоль проводника существует перепад температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном. В результате этого возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшее падение потен­циала не создает встречный поток электронов, равный первич­ному потоку, вызванному различием тепловых скоростей. Разность таких падений потенциала в двух проводниках, образую­щих термопару, и обусловливает возникновение термо – э. д. с.

Зависимость контактной разности потенциалов от температуры не связана с формой и геометрическими размерами электро­дов, а определяется только материалами, из которых они изготовлены.



Рис. 4.4.1. Схема термопары: а разомкнутой; б – замкнутой

Если замкнуть свободные концы термоэлектродов А и В, то образуется замкнутая цепь (см. рис.4.4.1, б) с двумя контактными соединениями.

Если температуры мест соединений одинаковы (θ1 = θ2), то суммарная э.д.с. в контуре равна нулю и электрический ток в замкнутом контуре отсутствует.

Если температуры мест соединений неодинаковые, например θ1> θ2, то в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила и по ней потечет электрический ток.

Место соединения проводников с более высокой температурой (θ1) называется рабочим спаем, а с более низкой (θ2) – свободным спаем (в практике измерений их называют также горячим и холодным спаями).

Таким образом, термоэлектродвижущая сила зависит от температур горячего и холодного спаев. Существует аналитическая зависимость е(θ1, θ2), полученная методами квантовой физики. Однако эта зависимость является весьма приближенной и на практике пользуются данными, полученными экспериментально для различных металлов и сплавов. Они приводятся в виде таблиц в справочниках физических величин. Для сокращения объема справочных данных значения термо-э. д. с. обычно приводятся для различных металлов и сплавов, соединенных в паре с нормальным термоэлектродом, в качестве которого выбрана платина, причем температура холодного спая θ 2 принимается равной 0°С.

Вычисление термо-э. д. с., развиваемой при температурах горячего и холодного спая θ1 и θ2 термопарой, составленной из любых двух проводников А и В, производится по формуле

eАВ (θ1, θ2) = eАС (θ1, θ2) – eВС (θ1, θ2),

где еАС (θ1, θ2) и еВС (θ1, θ2) – значения э. д. с. при соединении проводников А и В с нормальным термоэлектродом С (платиной).

В табл. 4.4.1. приведены значения термо-э. д. с. для некоторых материалов в паре с платиной.

Таблица 4.4.1.

Значения термоэлектродвижущей силы некоторых материалов в паре с платиной

при θ1 = 400о С и θ2 = 0о С


Наименование материала

Химический состав

Термо-э.д.с.

мв

Медь

Железо


Никель

Константан

Нихром

Хромель


Копель

Алюмель


Платинородий

Cu

Fe

Ni



Ni – 40%, Cu – 60%

Ni – 84,6%, Cr – 12,4%, Fe – 3%

Ni – 89%, Cr – 10%, Fe – 1%

Ni – 45%, Cu – 55%

Ni –94%, Al – 2%, Mn – 2,5%, Fe – 0,5%, Si – 1%

Pt -90%, Rh – 10%



4,64

5,6


–5,45

–15,4


10,1

12,7


–18,3

–3,8


–3,23

На рис. 4.4.2. изображены характеристики некоторых наиболее употребляемых термопар.

Для измерения высоких температур (более 1000о С) применяются термопары из благородных металлов (платина, платинородий), которые являются более теплостойкими, но обладают, однако, меньшей чувствительностью.

В авиационных датчиках температуры нашли применение хром-копелевая термопара, хром-алюмелевая термопара. НК-СА (один электрод изготовлен из никель-кобальтового сплава, другой – из специального алюмеля) и термопара НЖ-СК (один электрод из железо-никелевого сплава, другой – из специального копеля).


Рис. 4.4.2. Характеристики некоторых термопар

1 – хромель-копелевой; 2 – хромель-алюмелевой; 3 – железо-копелевой; 4 –медь-копелевой; 5 – золото-палладиевой; 6 – платино-палладиевой; 7 – из сплава НК-СА; 8 – из сплава НЖ-СК

Градировочные характеристики этих термопар приведены в табл. 4.4.2.



Таблица 4.4.2.

Значения термоэлектродвижущей силы некоторых термопар

Температура

о С

Термоэлектродвижущая сила в мв

Хроель-копель

Хромель-алюмель

НК-СА

группа 2


НЖ-СК

группа 2


100

6,95

4,10

0,00

0,40

200

14,66

8,13

0,00

1,40

300

22,91

12,21

0,38

3,29

400

31,49

16,40

1,6

6,28

500

40,16

20,65

3,41

10,78

600

49,02

24,91

5,36

16,29

700

57,77

29,15

7,39

22,17

800

66,42

33,32

9,41

28,15

900



37,37

11,42

34,23

Термопары НК-СА и НЖ-СК обладают характеристиками особого рода с зоной нечувствительности (см. рис. 4.2.): термо - э. д. с. у термопары НК-СА возникает только при температурах превышающих 300° С, а у термопары НЖ-СК – при температурах, превышающих 100° С. Благодаря этой особенности изменение температуры свободных концов (в связи с колебаниями температуры окружающего воздуха) не оказывает влияния на термо - э. д. с, которая определяется только измеряемой температурой горячего спая. При использовании других типов термопар приходится компенсировать погрешности, вызываемые изменением температуры свободных концов.

4.4.2Конструкция термоэлектрических термометров


а)


На летательных аппаратах применяется несколько разновидностей термоэлектрических термометров, отличающихся типом термопар. Термометр, предназначенный для измерения температуры головок цилиндров поршневых авиадвигателей воздушного охлаждения, рассчитан на диапазон измерения от –50 до + 350° С и состоит из термопары и указателя, соединенных между собой по схеме, представленной на рис. 4.4.3.




Р
а)
ис. 4.4.3. Электрические схемы термоэлектри
ческих термометров:

а – с одной термопарой; б – с четырьмя последовательно соединенными термопарами:

Rв – сопротивление волоска; Rр сопротивление рамки; Б – биметаллический корректор; Rд – добавочное сопротивление; RТС – термосопротивление; RП – со­противление проводов; RВН – внутреннее сопротивление

Конструкция термопары для поршневых двигателей показана на рис. 4.4.4. Термоэлектроды, изготовленные из хромеля и копеля, впаяны в медную шайбу 1, которая служит для крепления термопары под свечой зажигания поршневого авиадвигателя и играет роль теплоприемника. Концы термоэлектродов соединяются наконечниками 2 и 3 с многожильными соединительными проводами из того же материала, что и термоэлектроды. Соединительные провода заканчиваются штепсельным разъемом, внутри которого расположено подгоночное сопротивление (несколько витков манганиновой проволоки), с помощью которого достигается постоянство суммарного сопротивления термопары и соединительных проводов (провода выпускаются различной длины).







Рис 4.4.4. Конструкция термопары для поршневых двигателей:

1– шайба; 2, 3 – наконечники; 4, 5 – скоба; 6 – винт

Конструкция указателя показана на рис. 4.4.5. В корпусе указателя смонтирован магнитоэлектрический гальванометр униполярного типа с углом шкалы 240°, а также сопротивления 19 и 20 (Rд и Rтс), входящие в схему, которая изображена на рис. 4.4.3, а. Термосопротивление 20 (Rтс) служит для компенсации погрешностей, вызванных изменением сопротивления рамки гальванометра при изменении температуры окружающей среды. Добавочная термо-э. д. с, возникающая при изменении температуры свободных концов термопары, компенсируется с помощью биметаллического корректора 10, который устанавливает стрелку указателя на температуру окружающего воздуха. Вид шкалы термометра головок цилиндров показан на рис. 4.4.6, а.

Термоэлектрические термометры, применяемые на реактивных двигателях, используются для измерения температуры выходящих газов до 900о С и выше и состоят из нескольких термопар (двух или четырех) и указателя, соединенных между собой по схеме рис. 4.4.3, б.

Конструкция термопары для реактивных двигателей приведена на рис. 4.4.4.

В зависимости от типа термометра применяются термоэлектроды хромель – алюмель, НК-СА или НЖ-СК. Термоэлектроды изолированы друг от друга керамической трубкой и предохранены от механических повреждений защитным корпусом 1 из жаропрочной стали. Верхняя часть корпуса заканчивается головкой 2, которая вместе с гайкой 3 служит для крепления датчика. На головке укреплен угольник 4 с гибким шлангом, внутри которого пропущены промежуточные соединительные провода 5, заканчивающиеся клеммными зажимами 6 и 7. Для лучшей передачи тепла от газов к термоэлектродам в нижней части защитного корпуса



Рис. 4.5. Конструкция указателя термоэлектрического термометра:

1 – магнит; 2 – магнитопровод; 3 – сердечник; 4 – пластина; 5 – рамка; 6ось; 7 – пружины; 8 – консоль; 9стрелка; 10 биметаллический корректор; 11 – стойка; 12 – циферблат; 13, 18 – экраны; 14 основание; 15 корпус; 16, 17 – винты; 19 – термосопротивление; 20 – добавочное сопротивление; 21кольцо

имеется вырез, пройдя который газовый поток почти полностью тормозится, а затем уже выходит наружу через дополнительное отверстие. Коэффициент торможения равен r = 0,96 при числе М ≤ 1.

Поскольку температура в различных точках реактивного сопла неодинаковая, термоэлектрические датчики располагаются в двух или четырех точках сопла и соединяются электрически последовательно друг с другом (см. рис. 4.3,6). При таком соединении суммарная э. д. с. пропорциональна средней температуре газов в четырех точках.

Конструкция указателя аналогична представленной на рис. 4.4.5, вид шкалы указателя приведен на рис. 4.4.6

В случае применения термопары типа НК-СА или НЖ-СК изменение температуры свободных концов не вызывает погрешностей и поэтому биметаллический корректор в указателе не требуется (см. схему на рис. 4.4.3., б).


в)



Рис. 4.4.6. Виды шкал термоэлектрических термометров:

а – шкала термометра головок цилиндров; б – шкала термометра выходящих газов; вшкала сдвоенного термометра выходящих газов




Существуют сдвоенные указатели (для контроля двух двигателей), в общем корпусе которых смонтированы два гальванометра. Вид шкалы сдвоенного указателя показан на рис. 4.4.6., в.


Рис. 4.4.7. Конструкция термопары для реактивных двигателей:

1 – корпус; 2головка; 3гайка; 4угольник; 5 – промежуточные соединительные провода; 6, 7 – зажимы

Для электрических дистанционных термометров определяются статические и динамические характеристики: в начале определяются соответствующие характеристики составных частей прибора – датчика, электрической цепи и указателя, а затем их совместным решением определяют характеристики прибора в целом.

4.5Основные погрешности термоэлектрических термометров

4.5.1Общие методические погрешности датчиков температуры


Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется (сюда не входят пирометры излучения), 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 средой и датчиком возникает вредный теплообмен между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности (вследствие оттока тепла к месту крепления датчика). Это приводит к тому, что температура датчика отличается от температуры среды и возникает методическая погрешность. Для уменьшения этой погрешности следует увеличивать длину погруженной части и периметр датчика, уменьшать толщину стенок, теплоизолировать внутреннюю поверхность трубопровода, не погруженную часть датчика и место его крепления.

  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.

Температура датчика вследствие неполного торможения потока не достигает температуры полного торможения.

Относительная погрешность измерения истиной температуры



= = .

Эта погрешность может быть учтена введением поправки. В навигационных вычислительных устройствах эта поправка вводится автоматически.

В термометрах, предназначенных для измерения температуры заторможенных газов, погрешность возникает из-за неполного торможения потока датчиком.


  1. 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.

Принципиально возможно осуществлять преобразование температуры в электрическую величину с помощью электромеханических датчиков, состоящих из механического теплочувствительного элемента (дилатометрического, биметаллического, жидкостного, газового и т. д.), соединенного с электрическим преобразователем перемещений (потенциометром, индуктивным преобразователем и т. п.). Однако из-за наличия подвижных частей электромеханические датчики температуры уступают чисто электрическим по виброустойчивости, точности и надежности и на летательных аппаратах применения не получили.

4.5.2Основные погрешности термоэлектрических термометров


Погрешности термоэлектрических термометров складываются из погрешностей, вносимых датчиком, электрической цепью и гальванометром.

К погрешностям, вносимым датчиком, можно отнести:



  1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводимости.

  2. Погрешность от неполного торможения газового потока.

  3. Динамическую погрешность.

Эти три погрешности являются общими для всех датчиков температуры.

Погрешности, вносимые электрической цепью, специфичны для термоэлектрического метода измерения:



  1. Погрешность от изменения температуры θ2 свободных концов. Уменьшение этой погрешности достигается применением тех или других температурных компенсаторов, измеряющих температуру θ2 и вносящих автоматически поправку в выходной сигнал. Устранение этой погрешности достигается применением термопары из сплавов НК-СА или НЖ-СК.

  2. Погрешность, вызванная влиянием паразитных термо- э. д. с. Эта погрешность имеет место в том случае, если темпера в точках присоединения термоэлектродов А и В к соединительным проводам С и Д неодинаковая (рис. 4.5.1.), а также, если неодинаковая температура в точках соединения проводов с нагрузкой.

Для уменьшения этих погрешностей концы соединитель проводов С и Д должны располагаться поблизости друг от друга с тем, чтобы они находились в одинаковых температурных условиях.

  1. Погрешность, вызванная изменением электрических сопротивлений термопары, соединительных проводов и рамки гальванометра при изменении температуры окружающей среды. Основное влияние оказывает изменение сопротивления рамки, поскольку это сопротивление значительно больше сопротивлений термопары и проводов.

Компенсация этой погрешности осуществляется по одной из схем, показанных на рис. 4.5.1.

В схеме на рис. 4.5.1., а добавочное сопротивление RД выполняется из манганина, а шунт RШ – из никеля.

Условие температурной компенсации для этой схемы выглядит следующим образом:

= – 1

В схемах на рис. 4.5.1.,б и в компенсация осуществляется с помощью полупроводниковых терморезисторов (ПТР).

В
схеме на рис. 4.5.1., б в качестве добавочного сопротивления R1 используется ПТР, сопротивление которого при нормальной температуре соизмеримо с сопротивлением компенсируемого элемента (рамки гальванометра), температурный коэффициент α1 сопротивления R1 в среднем равен по абсолютной величине, но противоположен по знаку температурному коэффициенту α2 сопротивления компенсирующего элемента.

Рис. 4.5.1. Схемы компенсации температурных погрешностей термоэлектрического термометра:

а – с шунтом и добавочным сопротивлением; б, в – с добавочными сопротивлениями с отрицательным температурным коэффициентом; А, В – термоэлектроды; С, Д – соединительные провода

Этим условиям удовлетворяет ПТР, изготовленный из карборунда и феррокремния (так называемый силит). Температурные характеристики элементов схемы при использовании силита в качестве сопротивления R1 приведены на рис. 4.5.2., а. Вследствие нелинейности температурной характеристики силита компенсация получается неполной.

В схеме на рис. 4.5.1.,в в качестве добавочного сопротивления R1 применяется ПТР с большим отрицательным температурным коэффициентом α1 зашунтированный манганиновым сопротивлением R2. Шунт предназначен для сглаживания нелинейности температурной характеристики ПТР, а также для компенсации влияния технологического разброса параметров ПТР. Для компенсации сопротивления r, изготовленного из медной проволоки с температурным коэффициентом αТ ≈ 4-10 –3 в диапазоне температур от – 60 до +50° С, сопротивление терморезистора берут равным R1 = (0,4 ÷ 0,8) r, а сопротивление шунта R2 = 0,439 r + 0,27 R1. Эти формулы применимы при использовании ПТР с величиной параметра В, лежащей в пределах 2250 – 2650о К. При этом погрешность компенсации не превышает ±3% от среднего значения суммарного сопротивления цепи во всем диапазоне рабочих температур.


а)


На рис. 4.5.2.,б приведены температурные характеристики элементов схемы рис. 4.5.1., в.






Рис. 4.5.2. Температурные характеристики элементов:

а – схемы на рис. 4.5.1., б; б – схемы на рис. 4.5.1., в:

1 – характеристики компенсируемой цепи; 2 – характеристика силитового компенсатора; 3 – идеальные (требуемые) характеристики компенсатора; 4 – реальная характеристика прибора в целом; 5 – идеальные (требуемые) характеристики прибора в целом; 6 – характеристики компенсируемой цепи.; 7 – характеристика ПТР; 8 – характеристика шунта; 9 – характеристика компенсатора (ПТР с шунтом); 10 – реальная характеристика прибора в целом; 11 – идеальная (требуемая) характеристика прибора в целом; θmin θmax – диапазон температур окружающей среды; θr – температура градуировки

Погрешности термоэлектрического термометра, вносимые гальванометром, имеют тот же характер, что и погрешности, вносимые логометром, но к ним добавляются еще погрешности, вызванные влиянием температуры окружающей среды на магнитную индукцию в рабочем зазоре постоянного магнита и на модуль упругости противодействующих пружин. Эти две погрешности примерно равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, благодаря чему они почти полностью взаимно компенсируются (результирующая температурная погрешность гальванометра не превышает 1% на 100°С).



1 Общие методические погрешности датчиков температуры смотри в разд. Х.х.х.

Каталог: files -> doc
doc -> Заң жобаның ғылыми құқықтық сараптаманың
doc -> Ежелгі әдебиет
doc -> 2012 жылдың 2-тоқсанындағы соттардың азаматтық істерді қарау бойынша жұмысы туралы статистикалық деректердің талдауы
doc -> Бағдарламасы бойынша шығарылды Редакция алқасы: Т. Кәкішев, Ө.Әбдиманұлы
doc -> Биологические науки 3 Военная наука. Военное дело
doc -> Қазақстан республикасының заңы ақпараттандыру туралы
doc -> Действителен до 31 декабря 2012 перечень изданий для публикации основных научных результатов диссертаций


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет