Основные источники погрешности при измерении темпе- ратуры с помощью термопар

Среди источников погрешностей можно выделить как явления, спе- цифичные только для термопар, так и общие (шумы и помехи), характер- ные для любых измерительных систем. Рассмотрим кратко эти явления и методы их нейтрализации.

Плохой контакт в месте спая и раскалибровка.

Для соединения разнородных металлов между собой чаще всего применяются пайка припоем и сварка. При температурах, близких к точке плавления припоя, возможно нарушение контакта и даже разрыв термопа- ры (эту ситуацию можно выявить по изменению характеристик термопа- ры). Термопары, соединенные с помощью сварки, выдерживают более вы- сокие температуры, однако при сварке структура и химический состав проводников могут деградировать, что приводит к возникновению по- грешностей.

Раскалибровка термопары (возникновение несоответствия рабочей характеристики термопары калибровочному полиному) также может яв- ляться результатом химического изменения материала термоэлектродов под действием высоких температур. Чтобы уменьшить такие погрешности, можно прибегнуть к повторной калибровке или замене термопары.

Шунтирование термопары и гальванический эффект.

При высоких температурах электрическое сопротивление материа- лов изоляционных оболочек термоэлектродов снижается и может стать меньше омического сопротивления самих электродов. Это эквивалентно включению в цепь термопары шунтирующего резистора и образованию нового паразитного спая, имеющего температуру, отличную от измеряе- мой.

Также при высоких температурах, особенно при измерении темпера- туры жидкости, возможно образование (проникновение) электролита внутрь термопары и возникновение гальванического эффекта, также при- водящего к ошибкам измерения.

Шумы и помехи.

Поскольку выходной сигнал термопары очень мал, необходимо при- нимать специальные меры для снижения уровня шумов (и соответственно погрешности измерения). Кратко остановимся на наиболее важных из них.

1) Соединительные проводники для подключения термопар должны быть изготовлены из материалов с коэффициентом Зеебека, максимально близким к материалам термопары.

2) Необходимо стремиться к максимальному сокращению длины со- единительных проводников между термопарой и цифровым измеритель- ным устройством. В случае большого удаления термопары от измеритель- ного устройства следует использовать располагаемые в непосредственной близости от термопар специальные модули нормализации сигналов, пре- вращающие термо-ЭДС в токовый сигнал (например, 4-20 мА) или непо- средственно в цифровой отсчет. Кроме того, эти модули, как правило, обеспечивают гальваническую развязку сигналов и содержат устройства компенсации холодного спая. Дополнительные затраты окупаются надеж- ностью, точностью и стабильностью работы системы.

3) Как можно шире использовать экранирование термопар и соеди- нительных проводников для борьбы с помехами общего вида, особенно ес- ли проводники проходят рядом с источниками наводок и помех, а также при измерениях в электропроводящих средах.

4) Использовать фильтрацию сигналов для снижения уровня высо- кочастотных помех.

5) При многоканальных измерительных системах использовать ме- тод временного отключения не используемых в данный момент групп ка- налов для предотвращения суммирования их шумов с сигналом измеряе- мого канала.

6) Использовать проводники, не отводящие тепло от измеряемой зо- ны.

 

 

Термопреобразователи сопротивления

 

Принцип действия

Действие термопреобразователей сопротивления (термометров со- противления) основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры.

Известно, что подавляющее большинство металлов имеет положи- тельный температурный коэффициент электрического сопротивления. Это связано с тем, что число носителей тока – электронов проводимости – в металлах очень велико и не зависит от температуры. Электрическое сопро- тивление металла увеличивается с повышением температуры в связи с воз- растающим рассеянием электронов на неоднородностях кристаллической решетки, обусловленным увеличением тепловых колебаний ионов около своих положений равновесия. В полупроводниках наблюдается иная кар- тина – число электронов проводимости резко возрастает с увеличением температуры. Поэтому электрическое сопротивление типичных полупро-

водников столь же резко (обычно по экспоненциальному закону) уменьшается при их нагревании. При этом температурный коэффициент  электрического сопротивления полупроводников на порядок выше, чем у чисты х металлов.

Термометры сопротивления широко применяются для измерения температуры в интервале от –260 до 850 °С. В отдельных случаях они мо- гут быть использованы для измерения температур до 1000 °С.

К числу достоинств металлических термометров сопротивления сле- дует отнести:

 высокую степень точности измерения температуры; возможность выпуска измерительных приборов к ним со стан- дартной градуировкой шкалы практически на любой температур- ный интервал;

 возможность централизации контроля температуры путем присое- динения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивле- ния через переключатель к одному измерительному прибору.

К недостаткам термометров сопротивления относится потребность в постоянном источнике тока.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: