Методические погрешности ( на примере измерения температуры термоэлектрическим преобразователем)

Рассмотрим для примера методические погрешностипри измерении температуры термоэлектрическим преобразователем (термопарой), для установки которой обязательно используется защитная арматура.

Влияние теплоотвода вдоль арматуры термоприемника. Обычно термоприемник (термопара в защитной гильзе) устанавливается в канале и закрепляется на его стенках.

Рис. 3.4. Схема установки термоприемника (а)

и профиль температуры вдоль гильзы (б)

Вследствие теплоотвода к более холодной стенке температура термоприемника меняется по своей длине, а рабочая температура термоприемника будет меньше температуры протекающей среды.

Систематическую погрешность можно оценить, пользуясь одним из соотношений, полученным при решении задач теплопроводности

где: t_ср, t_ст, t_изм – температуры среды, стенки и термоприемника; a - коэффициент теплоотдачи от среды с измеряемой температурой к гильзе термоприемника; l и d - коэффициент теплопроводности и толщина гильзы; l – общая длина термоприемника.

Пример. При измерении температуры газов имели место следующие значения:

температура среды t_ср = 300^оС; a = 46 Вт/(м² К); температура стенки газохода t_ст = 100^оС; l =58 Вт/(м К); l = 0,15 м; d = 2 мм.

Значение систематической погрешности из-за отвода тепла составит

Следовательно, наличие чехла, благодаря отводу тепла уменьшает показания примерно на 21,8^оС, т. е. на 7,2%.

Влияние теплообмена излучением. При измерении в газовых средах вблизи термоприемника часто находятся поверхности, температура которых заметно отличается от температуры термоприемника. Между этими поверхностями и термоприемником происходит лучистый теплообмен, описываемый законом Стефана-Больцмана.

Рис 3.5. Влияние теплообмена излучением на показания термоприемника.

Так, например, систематическая погрешность измерения температуры дымовых газов, связанная с излучением к стенке газохода может быть найдена следующим образом

где: T_ср, T_ст, T_т – температуры среды, стенки и термоприемника; a - коэффициент теплоотдачи от среды к термоприемнику; С₁ – постоянная Стефана-Больцмана, e_пр – приведенная степень черноты.

В случае, когда поверхность стенок много больше поверхности термоприемника, приведенная степень черноты e_пр равна e_тер термоприемника. Величина поверхности гильзы не имеет значения.

Пример. Горячий газ движется в кирпичном канале, имеющем температуру стенок t_ст = 100^оС (Т_ст = 373 К). В канал погружена термопара в защитной гильзе; степень черноты материала гильзы e = 0,9. Нагрев термоприемника осуществляется конвекцией с a = 50 вт/м²К. Считая газ прозрачным для лучистого теплообмена, нетрудно оценить погрешность измерения температуры. При показании термопары Т_т = 200⁰С+273 = 473К, методическая погрешность, связанная с наличием лучистого теплообмена, может быть оценена следующим образом:

град

Уменьшить погрешность измерения температуры можно, теплоизолировав газоход снаружи хорошей теплоизоляцией с тем, чтобы увеличить температуру стенки газохода.

Дата добавления: 2015-04-30