Метрологическое обеспечение температурных измерений термоэлектрическим термометром

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Введение

Научно-технический прогресс неразрывно связан с непрерывным совершенствованием измерительной техники. Это в полной мере относится и к термометрии, так и повышением точности в традиционных областях. По некоторым экспертным оценкам измерения температуры составляют около 30% всех измерении, выполняемых в народном хозяйстве, а число научных и технических публикаций на эту тему исчисляется многими тысячами в год.

Трудно назвать область техники или отрасль промышленности, где бы не требовалось измерять температуру твердых, жидких или газообразных тел. Наряду с этим следует отметить, что в каждой конкретной области выбор методов и средств измерения температуры определяется ее спецификой.

Термометрия — раздел технической физики, в котором изучаются методы и средства измерения температур, теоретические основы методов построения термодинамической и практических температурных шкал и созданные на этой основе эталоны и образцовые средства измерения температуры.

Температура — один из параметров вещества: газа, жидкости или твердого тела. Температура определяет тепловое состояние тела и направление теплопередачи. Температурные зависимости физических свойств веществ можно положить в основу методов измерения температуры и построения температурной шкалы. Температурная шкала — это ряд последовательных значений температуры, образуемый в соответствии с выбранным знаком, определяющем взаимосвязь термометрического параметра и температуры.

Для измерения температуры в самых различных условиях очень широко применяются термопары. Термопара остается основным прибором для измерения температуры в промышленности, в частности в металлургии и в нефтехимическом производстве. Прогресс в электронике способствовал в последнее время росту числа применений термометров сопротивления, так что термопары уже нельзя считать единственным и важнейшим прибором промышленного применения. Термопара позволяет найти разность температур между горячим и холодным спаями, если измерена разность напряжений между двумя опорными спаями. Эта разность напряжений возникает в температурном поле между горячим и холодным спаям. Разность напряжений идеально термопары зависит только от разности температур двух спаев, однако для реальной термопары приходится учитывать неоднородность свойств электродов, находящихся в температурном поле; она и является основным фактором, ограничивающим точность измерения температуры термопарами.

В промышленности очень широко применяются термопары в герметичном металлическом чехле. Такая конструкция необходима для стандартных термопар, которые могут быть повреждены механически или агрессивными веществами. Термопары из сплава платины с 13% родия, помещенные в чехол из сплава 10% родия с платиной, применяются в производстве стекла, а термопары из хромеля с алюмелем, помещенные в инконелевый чехол, — в авиационной промышленности.

В ядерной энергетике до температуры 1100єС применяются стандартные термопары вольфрам-рений, помещенные в молибденовый чехол. Выдвигаемые промышленностью требования повышения точности и долговременной стабильности термопар стимулировали ряд исследований физических и химических процессов, происходящих внутри герметичного чехла термопары. Такая конструкция часто называется термопарой с неорганической изоляцией.

В промышленности термопары широко применяются совместно с «удлинительными» и «компенсационными» проводами. Эти провода разработаны с целью снижения стоимости больших заводских устройств, в которых многие сотни термопар на заводе подключены к центральной системе обработки информации. Удлинительный или компенсационный кабель включается между системой обработки и той точкой вблизи конкретной машины или работающей печи, где температура начинает заметно отличаться от комнатной.

Применение термопар в ядерных реакторах сталкивается со многими трудностями, и пока нет достаточных оснований для создания термопар со сроком службы более 20 лет. Однако конструирование и технология производства термопар для реакторов быстро развивается.

1. Выбор термопреобразователя

1.1 Общие сведения о термопреобразователях

Термоэлектрический термометр — это термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, действие которого основано на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) термопары от температуры, и устройств для измерения ТЭДС.

Термопара — два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры. Соединенные концы проводников называются «холодным» (соединительным) спаем, а свободные концы, подверженные изменению температуры — «рабочим» (измерительным) спаем.

Термопреобразователи (датчики температуры) предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (например, пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т. п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандартном исполнении с метрической резьбой. Возможно также их изготовление с трубной резьбой по спец. заказу.

Основные критерии правильного выбора термопреобразователя:

— соответствие измеряемых температур рабочим диапазонам измерений термопреобразователей;

— соответствие прочности корпуса датчика температуры условиям эксплуатации;

— правильный выбор длины погружаемой части датчика и длины соединительного кабеля;

— необходимость взрывозащищенного исполнения для работы на взрывопожароопасных;

— принцип действия термосопротивления основан на свойстве проводника изменять электрическое сопротивление с изменением температуры окружающей среды.

Термосопротивления отличаются материалом чувствительного элемента: ТСМ — медь, ТСП — платина. Термоэлектрические преобразователи типа ДТПL (ХК) и ДТПK (ХА) (датчики температуры — термопары).

Диапазон измеряемых температур по ГОСТ 8. 585−2001, градусов Цельсия.

ТХА термопара хромель-алюмель (K) от -200 до 1200 (кратковременно до 1300).

ТХК термопара хромель-копель (L) от -200 до 600 (кратковременно до 800).

Термопара хромель-алюмель ХА (K) обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9…10% Сг; 0,6…1,2% Со; алюмель (НМцАК) — 1,6…2. 4% Al, 0,85…1,5% Si, 1,8…2,7% Mn, 0. 6…1. 2% Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля.

Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары хромель — алюмель от температуры в диапазоне 0…1000°С, ее часто применяют в терморегуляторах.

Термопара хромель-копель ХК (L) обладает большей термо-ЭДС, чем термопара ХА (K), но уступает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель (МНМц 43−0,5) — серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5−44,0%(Ni+Со), 0,1−1,0% Mn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления.

Номинальные статические характеристики термопар приведены в ГОСТ Р 8. 585−2001.

Таблица 1. Химический состав термоэлектродного элемента

Обозначение типа термопары

Термоэлектродный материал

Положительный

Отрицательный

Вольфрам — рений/ ТВР

А-1 А-2 А-3

Сплав вольфрам-рений

ВР — (95% W+5% Re)

BP-20 (80% W+20% Re)

Платино-родий /ТПР

В

Сплав платинородий

ПР30 (70% Pt+30% Rh)

ПР-6 (94% Pt+6% Rh)

Платино-родий/ платиновые

ТПП

S

R

Сплав платинородий

Платина

ПР-10 (90% Pt+10% Rh)

ПР-13 (87% Pt=13% Rh)

ПлТ

ПлТ

Никель-хром / никель — алюминиевые

K

Сплав хромель

Сплав алюмель

ТНХ 9.5 (90. 5% Ni+9. 5% Cr)

HMuAK2−2-1 (94. 5%+5. 5% AL, Si, Mn, Co)

Никель — хром/ медь — никелевые ТХКн

E

Сплав хромель

Сплав константан

ТНХ 9.5 (90. 5% Ni+9. 5% Cr)

(55% Cu+45% Ni, Mn, Fe)

Никель-хром/ медь — никелевые

ТХК

L

Сплав хромель

Сплав копель

ТНХ 9.5 (90. 5% Ni+9. 5% Cr)

(56% Cu=44% Ni)

Медь/медь — никелевые ТМК

T

Медь

Сплав константан

MI (Cu)

(55% Cu+45% Ni, Mn, Fe)

Никель-хром-кремний/ никель — кремниевые

ТНН

N

Сплав нихросил

Сплав нисил

(83,49−84,89)%Ni+(13,7−14,7)%Cr+(1,2−1,6)%Si+0. 15% Fe+0. 05% C==0. 01% Mg

(94. 98−95. 53)%Ni=0. 02% Cr+(4. 2−4. 6)%Si+0. 15% Fe+0. 05% C+(0. 05−0. 2)% Mg

Железо-медь/ никелевые/ ТЖК

J

Железо

Сплав константан

(Fe)

(55% Cu+45% Ni, Mn, Fe)

Медь/копеле-вые/

M

Медь

Сплав копель

MI (Cu)

(56% Cu=44% Ni)

Табл. 2 Типы и метрологические характеристики ТЭП

ТХА, ТНН

K, N

3

От -250 до -167

Св. -167 до +40

0,015|t|

2,5

2

От-40 до 375

Св. 135 до 1300

2,5

0,0075

1

От -40 до +375

Св. 375 до 1300

1,5

0,001t

ТМК

T

3

От-200 до -66

Св. -66 до +40

0,015|t|

1,0

2

От -40 до +135 Св. 135 до 400

1,0

В рабочих диапазонах температур термопреобразователи имеют следующие уровни рабочего сигнала: ТХА и ТХК — термо-э.д.с. в пределах от -2,2 до 50 мВ.

1.2 Выбор термопреобразователя по исходным данным

КТХА — термопара ХК (хромель — капель) от 40° до 600°.

По каталогу выбираем преобразователь термоэлектрический КТХА (ХК) 01. 03.

Он предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химических неагрессивных сред, а также агрессивных не разрушающих материал оболочки темопарного кабеля. Рекомендуются для установки в защитные гильзы, а также на технологическом оборудовании сложной геометрии. Допускается изгибать рабочую часть термопреобазователя по длине для размещения горячего спая в требуемой зоне измерения.

Рабочие термоэлектрические преобразователи, конструктивная схема которых приведена на рисунке 1, характеризуются наличием монтажного кольца, приваренного лазерной сваркой к оболочке термопарного кабеля и подвижного резьбового штуцера, что существенно расширит область применения. Наружная часть термопреобразователя, от монтажного кольца до клеммой головки усилена стальной трубкой диаметром 10 мм.

Рисунок 1 — Конструктивная схема термоэлектрического преобразователя

Габаритные размеры монтажных элементов и их внешний вид могут определятся заказчиком исходя из условий эксплуатации термопреобразователя. Типовые конструкции монтажных элементов представляют собой кольца различных диаметров, шаровые или цилиндрические втулки с резьбовыми штуцерами стандартного типоразмерного ряда.

Технические характеристики термопреобразователя:

— Диапазон рабочих температур, °С:

от -40 до 1200С (кратковременно до 1300)

— Диапазон условных давлений:

0 — 4.0 МПа

— Класс допуска — II

Рабочий спай:

— Не изолирован от оболочки кабеля

— Материал оболочки термопарного кабеля сталь 12×18Н10Т.

— Показатель тепловой инерции С=40

Предел основной допускаемой погрешности термопреобразователя 2 класса допуска.

?tотп =2,5°С

Для подключения термопары к измерительному прибору выбираем кабель.

Кабель термопарный многожильный в изоляции из стеклонити экранированный. КТМ СЭ (Рисунок 2) применяется в качестве компенсационного провода для термопреобразователей температуры термоэлектрических с НСХ типа ТХА (К) и ТХК (L).

Технические данные кабеля многожильного КТМ СЭ:

Сечение: S= 0,2 мм№

Диаметр: D= 3,5 мм

Диапазон температур: -50 до +220єС.

Погрешность вносимая соединительными проводами максимальная? tсл= 1,5 єС.

1.3 Анализ и расчет погрешностей термопреобразователей

Погрешность термоэлектрических термометров складывается из погрешности термоэлектрических преобразователей и погрешности измерительных приборов.

Погрешность термопреобразователей состоит из: погрешности градуировки термоэлектрического преобразователя; погрешности вызванной термоэлектрической неоднородностью преобразователя; погрешности в следствии отклонения градуировачной характеристики стандартных рабочих термопреобразователей от стандартной статистической номинальной характеристики; погрешности, обусловленной изменением температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей; погрешности возникшей из-за временной нестабильности термоэлектродов; погрешности обусловленной условиями измерения, например, теплоотводом по термопреобразователю, изменением условий теплообмена при установке термоэлектрического преобразователя на объект измерения за счет отличия коэффициентов черноты и т. п.

Погрешность градуировки (определение статической номинальной характеристики) термоэлектрического преобразователя определяются погрешностью средств поверки, например, термостата; образцового термометра, контролирующего температуру в термостате; потенциометра применяющемся при поверке.

Кроме того, к погрешности градуировки следует отнести погрешность интерполяции результатов определения статистической номинальной характеристики, значения нестабильности номинальной статической характеристики в период между поверками термоэлектрического преобразователя.

Погрешность измерения температуры термопреобразователем складывается из основной допускаемой погрешности и методической погрешности, обусловленными теплообменом между термопреобразователем и измеряемой средой.

Методические погрешности контактных термопреобразователей возникают за счет лучистого теплообмена между термопреобразователем и окружающими его телами, за счет отвода тепла теплопроводностью по арматуре и деталям термопреобразователя; за счет нагрева измерительным током чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления его инерционности. По исходным данным температура среды постоянная, поэтому инерционностью можно пренебречь.

,

где, — погрешность, вызванная теплоотводом по термопреобразователю, оС

— погрешность за счет лучистого теплообмена, оС.

погрешность термопреобразователя сопротивления за счет нагрева измерительным током, для термопар равна нулю, оС.

Погрешность, вызванная лучистым теплообменом между термопреобразователем и стенками печи или воздухоотвода, определяется по формуле:

где, tт, tср, tст — соответственно температуры термопреобразователя, среды и стенки печи (воздуховода), оС;

Со — постоянная Стефана — Больцмана, равная 5,67 Вт/м2К4;

бк — коэффициент теплоотдачи конвекцией между термопреобразователем и измеряемой средой Вт/мК;

епр.  — приведенный коэффициент черноты, характеризующий теплообмен излучением между термопреобразователем и стенками. Так как поверхность стен печи значительно больше чехла термопреобразователя, можно принять е равным коэффициенту черноты чехла термопреобразователя еТ.

Дtизл = = -0,3 К

Погрешность, вызванную отводом тепла теплопроводностью по защитной арматуре термопреобразователя, определяют по формуле:

,

где L — глубина погружения термопреобразователя, м;

д — толщина стенки чехла термопреобразователя, м;

л — коэффициент теплопроводности материала чехла термопреобразователя, Вт/мК;

оС

Погрешность мала, в дальнейших расчетах можно пренебречь.

Методические погрешности контактных термопреобразователей У? tм возникают за счет лучистого теплообмена между термопреобразователем и окружающими его телами; за счет отвода тепла теплопроводностью по арматуре и деталям термопреобразователя; за счет нагрева измерительным током чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления его инерционности. По исходным данным температура среды постоянная, поэтому инерционностью можно пренебречь.

где ?tто — погрешность, вызванная теплоотводом

?tнт — погрешность термопреобразователя сопротивления за счет нагрева измерительным током, для термопар равна нулю, ?С.

Погрешность измерения температуры термопреобразователем? tтп складывается из основной допускаемой погрешности? tотп и методической погрешности У? tм, обусловленными теплообменом между термопреобразователем и измеряемой средой.

?tтп=

[2,5]< [4]

Неравенство выполнено, следовательно термопара выбрана верно.

2. Выбор измерительного прибора

2.1 Обзор современных измерительных приборов для работы с термопреобразователями (термоэлектрическими)

Термоэлектрические термопреобразователи работают в комплекте с аналоговыми и цифровыми милливольтметрами, приборами следящего уравновешивания и микропроцессовыми приборами.

Аналоговые приборы

Принцип действия аналоговых приборов (Таблица 3) основан на уравновешивании напряжения теомопреобразователя, падением напряжения на реохорде с помощью электромеханического следящего устройства.

Достоинства:

1. широко применяются для измерения сигнализации, регулирования и управления техническими процессами в различных отраслях промышленности.

2. простота конструкции, удобства эксплуатации и ремонта.

Недостатки:

Большие габариты и вес, не высокое быстродействие, не высокая чувствительность.

Таблица 3 Типы и МХ современных аналоговых приборов

Наименование

Тип

Кл. точн.

Кол-во каналов

Наличие регистрации

Сопряж. с ЭВМ

1

2

3

4

5

6

Показывающий аналоговый прибор

А-543

А-100

А-100Н

±0,5

3

1,2

лента 100 мм

лента 100 мм

____

Показывающий аналоговый прибор

КП1Т

±0,5

1

_______

____

Одноканальный прибор с круговой шкалой

ДИСК-250

±0,5

1

Диаграмма круговая 250 мм

____

Цифровые приборы.

Принцип действия цифровых приборов (Таблица 4) основан на методе интегрирования с помощью времяимпульсного преобразования.

Таблица 4. Типы и МХ современных цифровых приборов

Наименование

Тип

Класс точности осн. погрешность

Кол-во каналов

Наличие регистрации

Сопряжение с ЭВМ

Многоканальный регистратор

МЕТРАН-900

+0,1%

12

Видеограф.

Интерфейс RS-232 RS-485

Показ. И регистрирующий цифровой прибор

Технограф-160

0,25% 0,5%

12

Лента диаграмма 160 мм

RS-232 RS-485

Измерительный 2 канальный прибор

2ТРМО

0,5%

2

__

___

Многоканальный регистратор

Альфалог 100 м

+0,5%

346

Лента 100 мм

RS-232 RS-485

Измерительный регулятор одноканальный

ТРМ-1

+0,5%

1

__

___

Цифровой регистратор

Ш9329

Ш9329А

0,5%

0,1%

6

RS-232

RS-485

Достоинства:

1. высокая точность.

2. высокая чувствительность и быстродействие

3. универсальность.

4. многоканальность.

5. малая потребляемая мощность.

Недостатки.

1 дорогостоящий

2. сложность конструкции

3. сложность настройки и ремонта.

2.2 Обоснование и выбор измерительного прибора

термопреобразователь датчик погрешность аналоговый

Для выбора предела измерения и класса точности измерительного прибора следует рассчитать погрешность комплекта термометра состоящего из термопреобразователя, соединительных проводов и измерительного прибора.

Считая что предельно допускаемые погрешности термопреобразователя, прибора и вносимые соединительными проводами независимы и их значения соответствуют одинаковым доверительным вероятностям при однотипных законах распределения, рассчитываем предельное значение основной погрешности комплекта термометра по формуле:

,

где — погрешность, вносимая удлинительными проводами термоэлектрического преобразователя, для термопреобразователя сопротивления принимается равной нулю,;

— предел основной допускаемой погрешности измерительного прибора,;

Для определения предельно допускаемой погрешности прибора примем погрешность комплектно равным погрешности по исходным данным.

,

Значение начала tн и конца tк шкалы измерительного прибора следует выбирать так, чтобы измеряемая температура среды лежала последней третьей части диапазона измерений. Учитывая, что диапазон измерения прибора (tк — tн) равен нормирующему значению, рассчитайте предел основной допускаемой погрешности измерительного прибора по формуле:

,

(tк — tн) = /к · 100,

(tк — tн) = 2,7/0,5 · 100 = 540

Выбираем прибор типа Диск -250 класса точности 0,5 с диапазоном измерения от 0 до 400 0С

,

= оС

оС

Не превышает исходных данных 4, прибор выбран правильно.

Прибор Диск-250 широко применяются для измерения, регистрации, сигнализации температуры, давления, расхода, уровня и других параметров в системах регулирования и управления техпроцессами в энергетике, металлургии, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Принцип действия основан на уравновешивании напряжения с термопреобразователя падением напряжения на реохорде с помощью электромеханического следящего устройства.

Д-датчик

ВхУ — входное устройство

УВС — Усилитель входного сигнала (ПУ-предварительный усилитель; Ок-оконечный усилитель)

УР-усилитель сигнала реохорда

Р — реохорд

ДВ-балансирующий двигатель

УН-усилитель небаланса

ВУ1-ВУ4-выходные устройства

ИП-источник питания

Устройство и работа прибора

Сигнал с датчика Д поступает во входное устройство ВхУ, где усиливается и настраивается по нижнему пределу измерения. Во входном устройстве подключена медная катушка R6 для автоматического ведения поправок на tс. к. Затем сигнал поступает в УВС, который состоит из предварительного усилителя ПУ, где напряжение усиливается в диапазоне 0,04 В и оконечного усилителя ОкУ, где сигнал настраивается от -0,5 до +8,5 В и поступает на усилитель небаланса УН. На У Н подается сигнал с реохорда Р, усиленный усилителем реохорда УР диапазона от 0,5 до 8,5 В. Сигналы сравниваются УН, их разность усиленная подается на реверсивный двигатель ДВ. Двигатель механически (тросиком) связан с реохордом перемещает его подвижный контакт вправо или влево, изменяя напряжение на реохорде до тех пор пока не уравняет с напряжением с термопары. При этом двигатель остановится и стрелка покажет измеряемую температуру.

Технические и метрологические характеристики.

Количество входов 1 или 2 независимых канала

Входные сигналы: напряжения — (0−1), (0−10), (-10−0+10) В; тока — (0−5), (0−20), (4−20) мА.

Основная погрешность по показаниям: +0,5%

Быстродействие: 1; 2,5; 5 или 10 с.

Скорость перемещения диаграммы — 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280 или 2560 мм/г.

Входные устройства сигнализации: два двухпозиционных устройства две независимые установки, контакты, реле 220 В.

Длина шкалы и ширина диаграммной ленты (1000,1) мм.

Рабочее положение шкал приборов — вертикальное

Прибор имеет индикацию «прибор включен»

Питание силовой цепи приборов осуществляется от сети переменного тока напряжением (220-33+22), частотой (501) Гц.

Мощность, потребляемая силовой цепью прибора при номинальном напряжении питания не превышает 18В*А.

Основная погрешность по регистрации 1,0

Вариация показаний не превышает абсолютного значения предела основной погрешности по показаниям.

Из технического описания прибора нормальной является температура окружающей среды: =(20±2)оС. При отклонении температуры от нормальной изменение погрешности прибора не превышает значений, определяемых формулой:

где, — приведенная погрешность,

Kt — коэффициент пропорциональности,, К=0,015

Абсолютная дополнительная погрешность за счет влияния температуры окружающего воздуха в градусах Цельсия равна:

,

Поверка расчета:

,

3,6 oC < 4 oC.

Неравенство выполнено, следовательно, прибор выбран правильно.

2.3 Анализ погрешностей измерительного прибора

Основные источники погрешности автоматических мостов.

Погрешность автоматических мостов складывается из погрешности измерения и записи, подразделяется на основную и дополнительную.

Основная погрешность имеет место при нормальных условиях работы моста. Дополнительные погрешности вызваны влиянием внешних факторов при отклонении условий работы прибора от нормальных.

Источниками дополнительных погрешностей мостов, например, являются: отклонение температуры окружающей среды от нормальной, приводящее к изменению параметров электрической цепи моста и механических повреждений подвижных частей; отклонение моста от его рабочего положения, в каком либо направлении; влияния внешнего электрического и магнитного поля, нарушающего работу измерительной схемы, следящего устройства и т. д.; изменение частоты питающей сети и напряжения питания.

Источниками основной погрешности автоматических мостов являются: погрешность измерительных схем, в том числе: погрешность из-за неравномерности намотки реохордов, неодинаковых диаметров и сопротивления по всей длине проволоки; эта погрешность достигает в ряде случаев 0,13−0,15% сопротивления реохордного устройства; погрешность, вызываемая нестабильностью элементов измерительной схемы (реохорда, катушек, сопротивлений и т. д.); погрешность из-за вибрации деталей и элементов моста, особенно во входных трансформаторах; погрешность отсчета и записи показаний, в том числе, погрешность изготовления шкал, установки шкалы; погрешность отклонения указателя моста от необходимой формы и т. п.; погрешность записи, обусловленная несовпадением отметок шкалы с соответствующими делениями сетки диаграммной ленты; изменением размеров бумаги при изменении влажности окружающего воздуха; неточностью механизма перемещения бумаги; запаздываниям записывающего устройства, вызываемым инерцией следящей системы потенциометра.

Вариация показаний автоматических мостов — наибольшая разность показаний при прямом и обратном перемещениях показывающего устройства при одном и том же значении измеряемой величине и постоянных окружающих условиях.

Вариацию показаний ?в определяют как разность отсчетов измеряемой величины при возрастающих и убывающих значениях по формуле

где R1, R2 — сопротивление на образцовом магазине при возрастающем и убывающем значениях измеряемой величины, Ом;

Rн, Rк, — табличные значения сопротивления, соответствующие началу и концу шкалы моста, Ом.

Вариация показаний выражается в процентах от пределов измерений прибора и не должна превышать 0,2% для приборов класса 0,25 и половины абсолютного значения допускаемой основной погрешности — для приборов остальных классов.

Суммарная инструментальная погрешность термометров сопротивления слагается из погрешности термопреобразователя сопротивления и измерительного прибора

где ?гр — погрешность градуировки термопреобразователя сопротивления, К;

?I — погрешность нагрева термопреобразователя измерительным током, К;

?м — погрешность автоматического моста, К.

3. Поверка термоэлектрического термометра

3.1 Выбор метода поверки термопреобразователя

Метода поверки выбираем по государственной поверочной схеме для средств измерений температур ГОСТ 8. 558−93.

Настоящий стандарт распространяется на государственную поверочную схему для средств измерений температуры и установить порядок передачи размера единицы температуры Кельвина (К) [градуса Цельсия (С)], от первичного эталона эталона единицы температуры при помощи вторичных эталонов и образцовых средств измерений. рабочим средствам измерений с указанием погрешностей и основных методов поверки. Поверочная схема состоит из трех частей:

Часть 1 Контактные термометры в диапазоне 0,8303К

Часть 2 Контактные термометры в диапазоне 2 500

Часть 3 Радиационные термометры

3.2 Выбор эталонных средств и расчет точности поверки термопреобразователя

Эталонные средства выбираем по ГОСТ 8. 338 — 2002. «Преобразователи термоэлектрические. Методика проверки». При проведении поверки используют следующие средства измерений:

— эталонные 2 разряда платинородий-платиновые ТП типа ПРО в диапазоне температуры от 300 до 1200оС.

Поверочная установка типа УТТ-6ВМА (Рисунок 5) в состав которой входит: компоратор напряжения типа Р 3003 К.Л.Т. 0,0005 с пределом измерений от 0 до 11 В; Горизонтальные трубчатые печи от 300 до 1200оС; ртутные стеклянные термометры с ценой деления 0,1оС и с пределом измерений от 10 до 35оС по ГОСТ 28 498; Удлиняющие провода по ГОСТ 1790 типов ТХК (L); теплоизоляционные сосуды обеспечивающие задающую температуру в течение заданную температуру в течении 14 и с предельным отклонением 0,1.

Средства поверки выбраны верно, если средства измерения сопротивления или ТЭДС термопреобразователя, эталонные термометры и аппаратура для воспроизведения температур обеспечивают такую точность измерений, при которой абсолютная погрешность поверки пов не будет превышать 1/3 предела допускаемой погрешности термопреобразователя tотп, при каждой поверяемой температуре. Значения поверяемых температур выбираются по нормативно технической документации /8,9/ в соответствии с диапазоном преобразователя.

Расчет погрешности поверки пов для термоэлектрических преобразователей проводят по формуле:

,

где предельно допустимая погрешность эталонного термометра или термопреобразователя,.

предельно допустимая погрешность воспроизведения температуры в термостате или печи,

предельно допустимая погрешность прибора, измеряющего ТЭДС термопреобразователя в температурном эквиваленте,

предельно допустимая погрешность поддержания температуры свободных концов термопреобразователя,.

погрешность от влияния паразитных ТЭДС в измерительных целях установки, в температурном эквиваленте,

Для термопары ППО 2 разряда

±0. 40

300

0. 47

400

0. 54

500

для печи МТП5

Предел основной допускаемой погрешности измерения ТЭДС определяется согласно техническому описанию по формуле:

?n = ± (5U + 1), мкВ,

где U — измеряемое напряжение, В.

22. 843=22. 843B

B

B

Определим погрешность прибора Р3003 в температурном эквиваленте.

где ?n — предельно допускаемая погрешность измерительного прибора, В.

St — чувствительность термопреобразователя при рассчитываемой температуре поверки.

Для термоэлектрического преобразователя чувствительность определяется по формуле

,

где — приращение ТЭДС термопреобразователя, взятое по /10/ при изменении температуры на один градус Цельсия.

мВ=0. 085В

=0. 088мВ=0. 088

Расчет погрешности поверки термопреобразователя сопротивления проводится по формуле:

,

где ?tк — предельно допустимая погрешность измерительной катушки сопротивления в температурном эквиваленте, ?С.

Из технического описания установки погрешность от паразитных ЭДС возникающие в измерительных целях установки не должна превышать 0.5 микровольта. Определили в температурном экволенте.

=-

=7. 6

=1. 1

=

Погрешность поверке термопреобразователя:.

Таблица 5

Тип преобразователя

Температура проверки

ТХА 9312

300

0. 460

2. 5

0. 84

400

0. 539

2. 7

0. 90

500

±0. 610

3. 2

1. 07

0. 460. 84

0. 540. 90

0. 611. 07

Не равенство выполняется при всех температурах проверки, следовательно, эталоны средства для проверки термопары выбрано правильно.

3. Выбор метода и эталонных средств для поверки измерительного прибора

Методы и средства поверки выбираем по методической инструкции МИ 456−84;

1. Установка для поверки электрической прочности изоляции, напряжение до 850 В, мощность на стороне высокого напряжения 0. 25 квА

2. Мегоаметр кп. 2.5 с напряжением 100 В и 500 В.

3. Лупа измерительная ЛИЗ — 10 с ценой деления 0,1 км.

4. Колибратор измеритель стандартных сигналов КИСС — 03

5. Электрические часы синхронные (максимальная погрешность 2 минуты за сутки).

При поверке приборов, работающих с термоэлектрическими термопреобразователями, погрешность поверки рассчитывается по формуле:

,

где ?пов. пот.  — погрешность поверки потенциометра, мВ.

?мн — предел основной допускаемой погрешности эталонного потенциометра, мВ.

gмн — цена младшей декады образцового потенциометра, мВ.

?кт - погрешность устройства температурной компенсации соответствующей НСХ термопреобразователя, мВ.

?ц — погрешность измерительной цепи поверки потенциометра установки, мВ.

Верхний предел проверочного прибора Диск -250 400 оС.

gмн = 1мкВ

=

Поверка расчета:

25. 4

25. 4

Неравенство выполняется, значит средства проверки выбраны верно.

Литература

1. Олейник Б. Н. Приборы и методы температурных измерений. М.: Издательство стандартов, 1987.

2. Температурные измерения. Справочник. Пор ред. Геращенко О. А. Киев: Наука думка, 1989.

3. Полный номенклатурный каталог «Теплоприбор» Челябинск 2006.

4. Вторичные приборы. Каталоги предприятий-изготовителей.

5. Номенклатурный перечень серийно выпускаемых приборов и средств автоматизации. Каталог. М.

6. ГОСТ 8. 558−93. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры.

7. Методики поверки измерительных приборов (из технических описаний).

8. ГОСТ 8. 280−78. Потенциометры и уравновешенные мосты автоматические. Методы и средства поверки.

9. ГОСТ 8. 338−2002. Термопреобразователи технических термоэлектрических термометров. Методы и средства поверки.

10. ГОСТ Р 8. 585−2001. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статистические характеристики преобразования.

11. ГОСТ 6616–94. Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой