Сборник задач и вопросов по ТТИиП Кузнецов Н.Д. Чистяков В.С. (1013662), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

При расчетеизменения показаний с изменением температуры свободных концов не­обходимо пользоваться выражением равновесия потенциометрическойсхемы в общем виде, когда движок реохорда занимает произвольноеположение.Перед решением задач по разделу потенциометров рекомендуетсяознакомиться с [12], в которой производится детальное рассмотрениепринципа действия схем и расчета их элементов.'В задачах по электрическим термометрам сопротивления следуетобратить внимание на все особенности, связанные с работой термомет­ров сопротивления и измерительных схем. Так как ?- ;ение температуры определяется по значению сопротивления чувстьятельного элементатермометра, то могут иметь место ошибки в определении этого сопро­тивления.

Эти ошибки вызываются изменением сопротивления либолиний связи, либо чувствительного элемента за счет самонагрева, ли­бо другими причинами, которые изменяют сопротивление термометранезависимо от значения температуры измеряемой среды.Типы термопреобразователей сопротивления, обозначения их гра«дуировочных характеристик и диапазоны измеряемых температур при­ведены в табл. П.15. Градуировочные характеристики термопреобразо­вателей сопротивления приведены в табл. П.18—П.23. Для медныхтермопреобразователей эта зависимость в интервале температур—50^- + 200 °С может быть выражена какRt = R0(l+at),(2.2)гдеа=4,28-10- 3 К - ' .Для платиновых термопреобразователей эта зависимость доста­точно сложная и на различных интервалах аппроксимируется разнымивыражениями.Допускаемые отклонения сопротивления R0 термопреобразователейпри 0°С от номинального значения приведены в приложении (табл.П.16).

В табл. П.17 приведены номинальные значения отношения со»противления Riaa термопреобразователя при 100 СС к сопротивлениюRo, а также допускаемые отклонения этого отношения.Зависимость сопротивления полупроводниковых термометров оттемпературы имеет видГ В (293 — Т) I(2 3)**-**"*[293Г]'где Т — текущее значение температуры, К; .Ro •— значение сопротивле­ния при температуре Г=293 К? В— коэффициент, зависящий отсвойств полупроводникового материала.Сопротивление термометров в промышленных условиях измеряет­ся мостами либо логометрами. Неуравновешенные мосты используютсяредко из-за двух основных недостатков: нелинейности градуировочнойхарактеристики и зависимости их показаний от значения напряженияпитания. Наибольшее распространение получили уравновешенные мос­ты.

При решении задач по мостовым схемам основным уравнением яв­ляется математическое выражение условия равновесия мостовой схе­мы (произведения значений сопротивлений противолежащих плеч дол­жны быть равны).При рассмотрении схем логометров следует иметь в виду, что логометры не имеют противодействующих пружин и движение рамокпрекращается при равенстве момента, развиваемого рабочей рамкой,в цепь которой включен термометр сопротивления Rt, и противополож­но направленного момента компенсирующей рамки. Следует отметить,что даже при противоположном направлении этих моментов направле­ние каждого из них должно быть строго определенным.

Момент ра­бочей рамки может быть направлен по или против часовой стрелки,компенсирующий момент — соответственно против или по часовойстрелке, но логометр будет работоспособным только при одном изэтих двух возможных направлений. Чтобы определить это направле­ние, нужно помнить, что подвижная система логометра должна пово­рачиваться таким образом, чтобы больший момент, действующий наодну из рамок, уменьшался, второй, наоборот, увеличивался.При измерении температуры контактными термопреобразователямимогут возникнуть значительные погрешности, обусловленные отводомтеплоты от чувствительного элемента за счет теплоотдачи по чехлу итеплоотвода излучением.Погрешность At измерения температуры газа, вызванная лучистымтеплообменом между чехлом термопреобразователя и стенкой трубы,определяется из выраженияд, _ Т - Т - - -^^^Ы ТТ""°ак\(^ХI^X]HlOoJ - l l O O / J 'nь(2 4)'где Тс, Т т , Тст — соответственно температура измеряемой среды, тер­мопреобразователя и стенки, К; «к — коэффициент теплоотдачи кон­векциеймеждутермопреобразователем и измеряемойсредой,Вт/(м 2 -К); С 0 =б,67 Вт/(м 2 -К 4 )—коэффициент излучения абсолютночерного тела; еПр — приведенный коэффициент теплового излучения,характеризующий теплообмен между термопреобразователем и стенкой.Когда поверхность стенки значительно больше поверхности термо­преобразователя (FCT>FT), можно считать, что приведенный коэффи­циент теплового излучения практически равен коэффициенту тепловогоизлучения термопреобразователя (e 0 p=e T ).Погрешность At измерения температуры за счет теплоотвода почехлу определяется по формулеM = t^ — tc = —tc~tcT,*"~Длд видимого участка спектра и <<3000 К можно вместо законаПланка использовать формулу Вина(2.5)_ J-2.BQtiT = C1k-feгде а — коэффициент теплоотдачи между термопреобразователем и из­меряемой средой, Вт/(м 2 -К); Р и 5 — периметр, ^, и площадь, м2, по­перечного сечения чехла термопреобразователя; Я — коэффициент теп­лопроводности материала термопреобразователя, Вт/(м-К); / — глу»бина погружения чехла в измеряемую среду, м.При измерении температуры ВЫСОКОСКОЕ ^тных газовых потоковвозникает погршность, вызванная торможением потока.Связь между статической (или термодинамической) температуройпотока Г с и температурой торможения Т*, которую принимает потокпри полном его адиабатном торможении, выражается формулойГ* — Tc = v42cp,(2.6)где v — скорость движения потока, м/с; ср — удельная теплоемкостьгаза при постоянном давлении, Дж/(кг-К).В задачах, связанных с тепловой инерцией термопреобразователей,коэффициент теплоотдачи за время переходного процесса считаетсянеизменным, а сам процесс описывается уравнением первого порядкаdt~'Тл-£+** = *с,(2.7)где U — текущее значение температуры термрпреобразователя, соот­ветствующее времени т после скачкообразного изменения температу­ры среды до значения U\ Гд—постоянная времени, с.Тепловая инерция вызывает появление динамической погрешности,которая представляет собой разность текущего значения температурытермопреобразователя U и температуры среды tc.При решении задач по пирометрам излучения следует руководст­воваться математическим выражением физических законов, составляю­щих основу принципа действия пирометра.

Одним из основных зако­нов является закон Планка, устанавливающий зависимость спектраль­ной энергетической яркости абсолютно черного тела от его темпера­туры"^"~~»^г=1Г^Г "Огде Я — длина волны, м; Т —- температураХЮ- 1 6 Вт-м 2 /ср; С 2 =1,438-10- 2 м-К.•тела, К;(2-8)Ci = l,191XkT.(2.9)Интег_р_альная_ энергещжская1 яркость определяется законом Сте­фана — Больцмана, который для абсолютно черного тела имеет видВ0Г=оТ*,-8(2.10)24где 0 — постоянная,, равная 1,805-Ю Вт/(ср-м -К ).Энергетическая яркость реальных физических тел меньше яркостиабсолютно черного тела. Спектральна^энедгехизбскаА^яркость реаль­ного тела связана с яркостью абсолютно черного тела- выражениемВ%т= е я,г ^ojiT •ч(2-П)где е^т—монохроматический коэффициент теплового излучения притемпературе Т.Интегральную энергетическую яркость реального тела можно оп­ределить из выраженияBj~eyf^Qj.,(2.12)где Бг — интегральный коэффициент теплового излучения при темпера­туре т.На законах излучения основывается ряд бесконтактных методовизмерения температуры.

Наибольшее распространение получили сле­дующие методы измерения температуры по излучению:квазимонохроматической (яркостный) метод, использующий зави­симость спектральной энергетической яркости тела от температуры;метод спектрального отношения (цветовой), основанный на пере­распределении с температурой спектральных энергетических яркостейвнутри данного участка спектра (отношения двух спектральных энер­гетических яркостей); •метод полного излучения (радиационный), основанный на зависи­мости энергетической яркости тела .от температуры в широком спект­ральном интервале.В связи с чрезвычайным разнообразием излучательных свойствреальных тел пирометры' излучения градуируются по излучению абсолютночерного тела. Поэтому значения температуры реальных тел, от­считанные по пирометрам излучения, являются не действительнымитемпературами тела, а псевдотемпературами. Эти псевдотемпературыносят соответствующие названия: яркостная, цветовая и радиационнаятемпература тела.

Например, яркостной температурой Тя реальногофизического тела называется такая температура абсолютно черноготела, при которой спектральная энергетическая яркость абсолютно чер-ного тела В0^т равна спектральной энергетической яркости реальногофизического тела В^т при его действительной температуре Т.Аналогично можно дать определения для цветовой и радиацион*ной температур исходя из зависимостей, положенных в основу этихметодов.

В том, что пирометры излучения позволяют измерять толькопсевдотемпературы реальных тел, заключается принципиальный недо*• статок этих методов измерения температуры.Для решения задач по нормирующим преобразователям для тер*моэлектрических термометров необходимо понимание принципа дейст­вия преобразователей с отрицательной обратной связью [4]. Следуетзаметить, что градуировки и пределы преобразования нормирующихпреобразователей для термоэлектрических термометров совпадают саналогичными характеристиками потенциометров. Интервал изменениявыходного тока у преобразователей всех градуировок и пределов пре­образования составляет 0—5 или 4—20 мА.2.1.

Характеристики

Список файлов книги