.
Волков С.Д.
В практике теплофизического эксперимента зачастую возникает необходимость измерять температуру поверхности металлических элементов экспериментальных устройств, по которым протекает электрический ток. Если использовать термопары, рабочий спай которых имеет непосредственный контакт с токонесущей поверхностью, то выходной сигнал термопары в общем случае равен:
Ut=Et+DU где Et - термо-ЭДС, развиваемая термопарой;
DU- паразитная составляющая, вызванная падением напряжения на рабочем спае термопары от тока, протекающего через экспериментальное устройство.
Величина DU определяется подводимым к экспериментальному устройству напряжением (а точнее градиентом напряжения вдоль токонесущей поверхности) и площадью контакта рабочего спая термопары с токонесущей поверхностью.
Если рабочий спай термопары изолировать от токонесущей поверхности, то составляющая DU отсутствует, однако при этом возникает заметная инерционность термопары (в ряде случаев недопустимая) . Кроме того, при установке термопар в труднодоступных местах изоляция их от токонесущей поверхности может стать проблематичной. Использование термопар, изготовленных из кабеля КТМС с изолированным спаем снимает проблему с возникновением DU, однако прокладка кабеля вблизи токонесущих поверхностей требует изоляции уже не рабочего спая, а всей оболочки термопары, что в ряде случаев оказывается трудновыполнимым.
Для экспериментальной проверки возможности применения термопар, рабочий спай которых имеет непосредственный контакт с токонесущей поверхностью, был поставлен специальный опыт, использующий экспериментальное устройство, показанное на Рис. 1.
Рис.1 Экспериментальное устройство.
В качестве токонесущего элемента использовалась стальная проволока диаметром 0,7 мм и длиной 650 мм ( общее сопротивление около 1,8 Ом ). Использовались ХК-термопары, диаметр термопарных проводов 0,2 мм. Рабочие спаи термопар приваривались точечной сваркой к проволоке ( в месте приварки предварительно слегка "сплющенной" для лучшего контакта ) на расстоянии 15 мм друг от друга. Термопары ТП3 и ТП8 - контрольные, их рабочие спаи изолированы (у ТП3 - с помощью тефлоновой трубки диаметром 0,7 мм, у ТП8 - с помощью слюды). Напряжение (постоянного или переменного тока), прикладываемое к концам нагревательной проволоки, и сигналы термопар поступают в компьютеризированную систему измерения.
При питаниии нагревательного элемента (проволоки) постоянным током для выявления величины DU проводились переключения полярности подводимого к проволоке напряжения. При этом полярность падения напряжения DU по отношению к Et изменяется. Если величина DU существенна, то при одной полярности выходной сигнал термопары (Ut=Et+DU) окажется больше, чем при другой (Ut=Et-DU).
Временные диаграммы процесса представлены на Рис.2.
Рис.2. Временные диаграммы сигналов термопар при питании постоянным током.
Показаны сигналы наиболее характерных термопар; там же показано переключаемое по знаку напряжение питания нагревательного элемента. Задачей описываемого опыта была оценка возможности использования в экспериментальных исследованиях термопар, имеющих непосредственный контакт с токонесущей поверхностью, поэтому не принимались специальные меры по уменьшению влияния естественного охлаждения, кроме теплоизоляции области установки термопар. Этим объясняется разброс по абсолютной величине сигналов термопар.
На проволоку также подавалось напряжение переменного тока промышленной частоты (Рис.3).
Рис.3. Временные диаграммы сигналов термопар при питании переменным током.
По результатам опытов можно сделать следующие выводы:
1. Из временных диаграмм рисунков 2 и 3 видно, что у различных термопар оказывается существенное различие в величине DU. Это объясняется тем, что и формирование рабочего спая при изготовлении термопары и создание контакта (приварка, прижим) между рабочим спаем термопары и токонесущей поверхностью происходит с элементами случайности, поэтому предсказать или обеспечить заданный результат невозможно. В проведенных, описанных выше опытах, влияние падения напряжения на рабочем спае термопары проявилось у трех термопар из восьми.
2. В проведенных опытах экспериментально подтвердилось, что величина паразитной составляющей DU зависит от градиента напряжения вдоль токонесущей поверхности:
DU=К*gradU где К-коэффициент, индивидуальный для каждой из термопар, характеризующий степень влияния градиента напряжения на величину паразитной составляющей DU;
GradU- градиент напряжения токонесущей поверхности в месте установки термопары.
В наших опытах, снятых для различных gradU, этот коэффициент для термопар ТП6 и ТП10 равнялся 0,14 мм и 0,065 мм соответственно. Заметим, что величина этого коэффициента оказалась значительно меньше диаметра рабочего спая привариваемых термопар, и даже меньше линейной длины места приварки термопары к токонесущей поверхности. Для пяти термопар из восьми не проявилось (в пределах чувствительности используемой аппаратуры) влияние падения напряжения на рабочем спае термопары, т.е. К≈0 (DU≈0).
3. При питании экспериментального устройства постоянным током использование термопар с непосредственным контактом рабочего спая с токонесущей поверхностью допустимо, если технически возможно провести опыты со сменой полярности питающего напряжения для определения термопар, у которых существенна величина паразитной составляющей DU, т.е провести отбраковку термопар. Забракованные термопары следует заменить.
В некоторых применениях, например, в случаях, когда термопары используются как детекторы кризиса теплоотдачи и т.п., забракованные термопары можно использовать с внесением соответствующей поправки. Внесение поправки заключается в необходимости скомпенсировать расчетным образом паразитную составляющую DU. В первом приближении можно считать, что градиент напряжения вдоль экспериментального устройства постоянен и равен:
gradU=U/L где U-приложенное напряжение;
L - длина экспериментального устройства.
Во время проведения калибровочных опытов со сменой полярности, для каждой из термопар легко определить индивидуальный коэффициент К (с учетом знака). Если в реальном эксперименте при конкретной величине напряжения U зафиксирован сигнал от термопары Ut, то за истинное значение сигнала термопары следует принять величину Et=Ut-K*(U/L). Такой подход допустим при отсутствии требований прецизионности к измерению температур.
4. Если через экспериментальное устройство пропускается переменный ток промышленной частоты 50 Гц, то и составляющая DU представляет напряжение переменного тока этой же частоты. Так как термо-ЭДС - это обычно сигнал в полосе частот от нуля до единиц Гц, то включение в выходную цепь термопары фильтра НЧ (например, низкочастотного усилителя постоянного тока) позволяет минимизировать величину DU до приемлемого уровня.
Другие работы по теме:
Фолиевые краски
Фолиевые краски Tough Tex Plus, их назначение. Процесс полимеризации растительных масел и способность к пленкообразованию. Образование гидроперекисей олефинов с изолированными двойными связями. Физико-химические превращения и процесс полимеризации масла.
Аппаратура для высоких давлений
Методы изготовления аппаратов высокого давления, их структурные компоненты и особенности применения. Назначение трубопроводов, вентилей, рабочей жидкости и газа. Способы соединения отдельных частей установки высокого давления в домашних условиях.
Термоелектричні перетворювачі та їх застосування
Термоелектричні явища, відомі у фізиці твердого тіла. Ефект Зеєбека в основі дії термоелектричних перетворювачів, їх технічні можливості. Основні правила поводження з термоелектричними колами. Виготовлення термопар для вимірювання низьких температур.
Устройство терморегулятора и его виды
Датчики температуры с терморезисторами (термометры сопротивления). Металлические и полупроводниковые терморезисторы, их чувствительные элементы. Номинальные функции преобразования (статические характеристики) медных и платиновых терморезисторов.
Общее понятие о технологичности
Совершенство конструкции изделия характеризуется его соответствием современному уровню техники, экономичностью и удобствами в эксплуатации. Конструкцию изделия, в которой эти возможности полностью учтены, называют технологичной. Оценку технологичности конструкции данного изделия по сравнению с другим (лучшего отечественного или зарубежного образца) производят, сопоставляя их трудоемкость, себестоимость и материалоемкость.
Общее понятие о технологичности
Анализ оценки технологичности конструкции изделия: требования к выбору показателей, к конструкциям изделий при их сборке, к различным видам соединений, его соответствие современному уровню техники, экономичности, себестоимости и удобствам в эксплуатации.
Планирование научного эксперимента при исследовании режима работы водогрейного котла
Вступление Важнейшей составной частью научных исследований является эксперимент, основой которого является научно поставленный опыт с точно учитываемыми и управляемыми условиями. Основной целью эксперимента является выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.
Ремонт кп ЗИЛ-130
1. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕТАЛИ 1.1 Эскиз и характеристика детали Основные причины неисправностей трансмиссий – нарушение правил эксплуатации, нарушение регулировок, неправильная сборка, износ трущихся деталей и т.д.
Коромысло двигателя ЗИЛ-130
Общая характеристика коромысла: назначение, устройство и материалы; изнашиваемые и разрушающиеся поверхности. Условия работы на поверхностях трения: нагрузка и её изменения, физико-химические процессы. Закономерности проявления износов, меры их снижения.
Двигатель ТВ2-117 и его модификации
Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени С.П. Королёва. Национально исследовательский институт. Реферат по учебной дисциплине
Изучение способов измерения температуры
Лабораторная работа. «Изучение способов измерения температуры» Цель работы: углубить знания по курсу общей теплотехники и получить навыки экспериментального определения температуры тел.
Методика поверки умкт. 421729. 004 Мп г. Самара 2006 г
Умкт1(У), умкт2(У)). Умкт(У) – предназначен для измерения и автоматического регулирования температуры (при использовании в качестве входного датчика термопреобразователей сопротивления, термопар, сигналов тока, сигналов напряжения)
Температурные датчики
Сибирский Государственный Аэрокосмический Университет Факультет информатики и систем управления Кафедра ИУС Реферат курса «Технические средства АСОИУ»
Псориаз
Псориаз диссеминированный, папулезно-бляшечный, с поражением волосистой части головы и ногтевых пластинок, фаза прогрессирования, средней степени тяжести. Этиология и патогенез заболевания. Лабораторное исследование, лечебные мероприятия, режим питания.
Следы рук
Д О К Л А Д по криминалистике на тему “Следы рук” Студентки 1-й группы 3-го курса юридического факультета Тарновской Елены С Л Е Д Ы Р У К Среди вещественных доказательств следы рук занимают особое место. Объясняется это не только тем, что они встречаются по очень многим расследуемым делам, но и тем, что имеющиеся на пальцах папиллярные узоры, обладая ясно выраженной индивидуальностью строения, способны с большой точностью отображаться в отпечатках.
Цифровий термометр
Аналітичний огляд первинних перетворювачів температури. Розробка структурної та функціональної схеми цифрового термометру для вимірювання температури в діапазоні від 600 до 1000 С. Розрахунок частоти генератора та розрядності двійкового лічильника.
Королевский пингвин
Введение 1 Общая характеристика 2 Распространение 3 Образ жизни 3.1 Размножение 4 Королевский пингвин и человек Введение Королевский пингвин (лат. Aptenodytes patagonicus Miller,JF, 1778) — нелетающая птица из семейства пингвиновых (Spheniscidae) .
Theodoxus fluviatilis
Введение 1 Внешний вид 2 Образ жизни. Распространение 3 Размножение 4 Опасность исчезновения Список литературы Введение Theodoxus danubialis (лат.) — пресноводный брюхоногий моллюск отряда Neritoida семейства неритидов.
Водные петроглифы
План Введение 1 Описание 2 Местоположение 3 Разновидности 4 Теории Список литературы Введение Водные петроглифы, англ. Water glyphs — распространённый на американском юго-западе тип петроглифов. Чаще всего водные петроглифы встречаются на юге штата Юта, на севере штата Аризона и на востоке штата Невада.
Комп’ютерне моделювання вимірювальної системи
Аналіз особливостей зчитування сигналу системи з термопари. Характеристика взаємодії комп’ютера із системою вводу, яка відбувається через паралельний порт (LPT), а для узгодження порту і АЦП використовується мультиплексор. Аналогово-цифровий перетворювач.
Флексография
Флексография представляет собой печатный процесс с применением упруго-эластичных рельефных печатных форм, которые устанавливаются на печатных цилиндрах. В сущности, флексография является усовершенствованным вариантом высокой печати.
Покрытия на основе графита в черной металлургии
Интенсификация процесса выплавки стали в металлургических агрегатах создала предельно жесткие условия для службы огнеупорной футеровки в местах ее непосредственного контакта с жидким металлом и шлаками.
Казеин
Казеин, главный белок молока всех млекопитающих. Присутствует в молоке не в свободном виде, а в соединении с кальцием, т.е. как казеинат кальция.
Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ)
Влияние природы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и поверхности твердого тела на адсорбцию ПАВ. Моделирование поверхности, методы определения адсорбции. Дисперсные системы, макроскопические поверхности. Анализ адсорбции ПАВ на основе уравнения Ленгмюра.
Александров Александр Данилович
Основатель современной школы геометрии в целом. Основные труды Александрова относятся к геометрии, где он открыл методы изучения метрических свойств фигур, породившие новый объект исследования — нерегулярные метрические многообразия