Тема 8 Разработка термоэлектрического измерителя температуры

Задание

1. Произвести выбор чувствительного элемента для измерения температуры объекта в сушильной камере.

Среда неагрессивная.

Диапазон измеряемых температур 0 …+100^оС.

Изменение температуры окружающей среды от +20 до +70^оС.

2. Выполнить расчет схемы коррекции влияния температуры свободных концов термопары с применением мостовой схемы с медным терморезистором для условий

- температурное равновесие при Т=+20^оС.

- температурный коэффициент материала терморезистора α = 4,25*10^-3 К^-1.

- питание моста от стабилизированного источника U = + 4,5 В.

3. Рассчитать погрешность некомпенсации при температуре свободных концов

Т_{своб.конц.} = 30; 40; 50; 60^оС на всем диапазоне измеряемых термопарой температур.

Методические указания

Функция преобразования стандартных термопар задается градуировочными таблицами.

Наибольшую точность измерения температуры дает применение платинородий-платиновых термопар, но они имеют малую чувствительность, низкий уровень выходного сигнала и сравнительно высокую стоимость.

Термопары хромель-копель (ХК) широко применяются для измерения температур различных сред до 600^оС, имеют наибольшую чувствительность. Термопары хромель-алюмель имеют наиболее линейную функцию преобразования и применяются для измерения температур до 1300^оС.

Характерной особенностью термопар является влияние температуры свободных концов. Возникающая при этом погрешность может быть снижена термостатированием свободных концов или схемным путем.

При технических измерениях платиновыми термопарами нет необходимости термостатировать свободные концы или вносить поправку, если измеряемая температура не превышает 100^оС.

При выборе типа термопары следует руководствоваться диапазоном измеряемых температур, требуемой точностью измерения, свойствами среды.

Варианты доступных к применению термопар:

Тип	Пределы измерения, оС	SТ , мВ/оС
Хромель-копель Хромель-копель Хромель-алюмель	0 - +100 0 - +600 0 - +600	0,07 0,07 0,04

Градуировочная характеристика термопары хромель-копель (ТХК, табл.8 ГОСТ 3044-74)

Температура рабочего конца, оС	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Термо-э.д.с., мВ,		0,65	1,31	1,98	2,66	3,35	4,05	4,76	5,48	6,18	6,88

Расчет схемы температурной компенсации

Для автоматического введения поправки на температуру свободных концов применяют мостовую схему с медным терморезистором R_Т в одном плече, имеющим температуру свободных концов термопары.

Мостовая схема последовательно с термопарой включается на вход пирометрического милливольтметра.

Расчет схемы сводится к определению значения добавочного резистора R_д в цепи источника питания U при заданном выходном напряжении моста U_к , равном ЭДС термопары (Е_{ТП 70} =4,76 мВ) для температуры рабочего конца (Т_{раб.конца}), численно равной наибольшей температуре свободных концов Т_{своб.конц.} = 70^оС, что соответствует условию максимального разбаланса моста при ΔТ=70_. - 20 =50^оС

Напряжение U_к на выходе моста можно определить из выражения:

U_к = (U R_То α ΔТ)/2(R_д + R_То)( α ΔТ + 2)

Сопротивления плеч моста в момент его равновесия выбираются равными 1 Ом и изготавливаются из манганина.

Сопротивление медного терморезистора при 20^оС равно R_То = 1 Ом.

Сопротивление терморезистора при реальной температуре:

R_Т = R_То(1 + α ΔТ),

ΔТ=(Т_{своб.конц.} -20)^оС = ((Т_{своб.конц.} -20)+237,15) К

Величину добавочного резистора R_д для условия максимального разбаланса моста можно вычислить следующим образом:

R_д = R_То ((α ΔТ (U/ U_к – 2) – 4))/2 (α ΔТ+2)

Расчет погрешности некомпенсации

Полная компенсация происходит при температурах свободных концов +20 и +70^оС.

В остальных точках имеется погрешность некомпенсации

ΔU = Е_ТП - U_к

U_к рассчитывается по приведенной выше формуле.