Теоретическая часть

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучение конструкций термоэлектрических преобразователей (термопар).

1.2. Изучение принципа действия термопар.

1.3. Определение постоянной времени термопар с открытым спаем и с закрытым спаем

Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Сварка проводов термопары, изготовленных из разных металлов, выполняется таким образом, чтобы получилось небольшое по размеру соединение - спай. Провода можно просто скрутить, однако такое соединение ненадежно и имеет большой уровень шумов. Сварку металлов иногда заменяют пайкой, однако верхний температурный диапазон такой термопары ограничен температурой плавления припоя. Термопары, изготовленные сваркой, выдерживают более высокую температуру, однако химический состав термопары и структура металла в процессе сварки могут нарушаться, что приводит к увеличению разброса градуировочных характеристик.

Под действием высокой температуры в процессе эксплуатации может произойти уход характеристики термопары от номинального вида вследствие окисления и диффузии компонентов окружающей среды в металл, а также изменения структуры материала. В таких случаях термопару следует откалибровать заново или заменить.

Промышленностью выпускаются термопары двух различных конструкций: с открытым спаем и с закрытым спаем. Термопары с открытым спаем имеют малую постоянную времени, но плохую коррозионную стойкость. Термопары двух других типов применимы для измерения температуры в агрессивных средах. Изготавливают также микроминиатюрные термопары по тонкопленочной и полупроводниковой технологии для измерений температуры тел малых размеров, в частности, поверхности полупроводниковых приборов.

При высоких температурах сопротивление материала изоляции термопары уменьшается и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погрешность возрастает также при попадании жидкости внутрь термопары, вследствие чего возникает гальванический эффект.

Погрешность измерений с помощью термопар складывается из следующих составляющих:

• случайная погрешность, вызванная технологическим разбросом характеристик термопары. Зависит от чистоты материалов и точности их процентного содержания в материалах электродов;
• случайная погрешность измерения температуры холодного спая;
• погрешность, вызванная постепенной деградацией характеристик при высокой температуре;
• систематическая погрешность компенсации нелинейности (погрешность линеаризации) характеристики преобразования температуры в напряжение;
• систематическая погрешность термического шунтирования (связанная с теплоемкостью датчика);
• динамическая погрешность;
• погрешность, вызванная внешними помехами;
• погрешность аналого-цифрового канала.

Погрешность измерения температуры холодного спая, погрешность линеаризации, погрешность аналого-цифрового канала и динамическая погрешность относятся к инструментальным погрешностям и указываются в паспорте на модуль ввода. Другие погрешности необходимо учитывать отдельно, в зависимость от типа использованных термопар, электромагнитной обстановки, характеристик объекта измерения и т. п.

Дата добавления: 2014-12-27