Термоэлектрический термометр

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Термоэлектрический термометр

1. Назначение

Приборы, измеряющие температуру, и датчики температуры применяются на летательных аппаратах для получения информации о тепловом режиме работы двигателя, о работе системы терморегулирования и вентиляции и для определения температуры наружного воздуха и воздуха в различных отсеках летательного аппарата. На летательных аппаратах используются термометры и датчики температуры газов в газотурбинных двигателях, температуры в камерах сгорания реактивных двигателей, температуры масла и охлаждающей жидкости, температуры наружного воздуха и воздуха в кабине самолета и др.

2. Методы измерения температуры

прибор измерение температура летательный

Рассмотрим следующие методы измерения температуры: объемный, манометрический, терморезисторный, термоэлектрический и пирометрический.

Объемный метод измерения температуры основан на тепловом расширении различных тел. По этому принципу строятся дилатометрические, биметаллические и жидкостные термометры.

Манометрический метод измерения температуры основан на; тепловом изменении давления газа внутри замкнутого объема. По этому методу действуют газовые и парожидкостные термометры.

Терморезисторный метод измерения температуры основан на тепловом изменении электрического сопротивления проводнике или полупроводников.

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении контактного потенциала между двумя контактирующими между собой разнородными проводниками при разности температур свободных и рабочего концов этих проводников.

Верхний предел измеряемых температур, определяемый главным образом теплостойкостью термоэлектродов, достигает для хромель-копелевых термопар +800°С, платино-платинородиевых +1600°С, вольфрамомолибденовых до 2400°С и т.д.

Оптический метод измерения температуры основан на зависимости энергии, излучаемой нагретым телом, от его темпе туры. Яркость излучения оценивается визуально с помощью оптических устройств или преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектрических чувствительных элементов. Построенные по этому методу приборы называют пирометрами излучения. Различают пирометры полного излучения, пирометры частичного излучения и пирометры цветовые.

На летательных аппаратах нашли преобладающее применение терморезисторные датчики температуры и термоэлектрические датчики благодаря своей простоте, стабильности характеристик и возможности преобразования температуры непосредственно в электрическую величину.

Терморезисторы и термопары используются как в качестве воспринимающих устройств систем автоматического регулирования и управления, так и в качестве датчиков электрических дистанционных термометров.

На современных ВС наиболее частое употребление нашли термометры сопротивления и термоэлектрические термометры.

Чувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой проволочный или полупроводниковый терморезистор, величина которого изменяется в зависимости от температуры.

Зависимость электрического сопротивления проволочного терморезистора от температуры в малом диапазоне температур близка к линейной:

При изменении температуры в широких пределах зависимость R от и нелинейная:

е = %,

где R_и - сопротивление при температуре и ^о С; R₂₀ - сопротивление при 20 ^о С.

При оценке средней чувствительности пользуются средним значением температурного коэффициента б _ср, вычисленным для определенного интервала температур, например от 0 до 100°С.

Для изготовления проволочных терморезисторов применяют чистые металлы, поскольку они имеют большее значение температурного коэффициента, чем сплавы металлов. В табл. 4.3.1 приведены характеристики наиболее употребительных материалов проволочных терморезисторов.

Характеристики материалов проволочных терморезисторов

У медного терморезистора при изменении температуры от - 50 до +180°С сохраняется линейная зависимость R от и, причем б = 426·10 - ³ 1 а в диапазоне от 0 до +650^оС.

Вследствие существенной нелинейности статической характеристики температурный коэффициент ПТР в большой степени зависит от температуры:

В справочных данных обычно приводятся значения R и б при 20°С.

Характеристики некоторых ПТР

Погрешности термометров сопротивления складываются из погрешностей, вносимых датчиком, электрической цепью и логометром.

Датчику присущи методические погрешности, общие для термометров:

1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности.

2. Погрешность от неполного торможения газового потока.

3. Динамическая погрешность.

Кроме того, для терморезисторных датчиков характерна погрешность, вызываемая нагревом термосопротивления протекающим по нему током. Величина этой погрешности в установившемся режиме.

Для полупроводниковых ПТР величина допустимого тока, в зависимости от типа ПТР, лежит в пределах от долей до десятков ма.

Электрическая цепь обладает температурной погрешностью, выражающейся в изменении отношения токов i₁.

Если замкнуть свободные концы термоэлектродов А и В, то образуется замкнутая цепь с двумя контактными соединениями.

Если температуры мест соединений одинаковы, то суммарная э.д.с. в контуре равна нулю и электрический ток в замкнутом контуре отсутствует. Если температуры мест соединений неодинаковые, например и₁> и₂, то в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила и по ней потечет электрический ток. Место соединения проводников с более высокой температурой называется рабочим спаем, а с более низкой - свободным спаем.

Таким образом, термоэлектродвижущая сила зависит от температур горячего и холодного спаев. Существует аналитическая зависимость е, полученная методами квантовой физики. Однако эта зависимость является весьма приближенной и на практике пользуются данными, полученными экспериментально для различных металлов и сплавов. Они приводятся в виде таблиц в справочниках физических величин. Для сокращения объема справочных данных значения термо-э.д.с. обычно приводятся для различных металлов и сплавов, соединенных в паре с нормальным термоэлектродом, в качестве которого выбрана платина, причем температура холодного спая и ₂ принимается равной 0°С. Вычисление термо-э.д.с., развиваемой при температурах горячего и холодного спая и₁ и и₂ термопарой, составленной из любых двух проводников А и В, производится по формуле

e_АВ = e_АС - e_ВС,

где е_АС и е_ВС - значения э. д. с. при соединении проводников А и В с нормальным термоэлектродом С.

Значения термоэлектродвижущей силы некоторых материалов в паре с платиной при и₁ = 400^о С и и₂ = 0^о С

Для измерения высоких температур применяются термопары из благородных металлов, которые являются более теплостойкими, но обладают, однако, меньшей чувствительностью.

В авиационных датчиках температуры нашли применение хром-копелевая термопара, хром-алюмелевая термопара. НК-СА и термопара НЖ-СК.

Значения термоэлектродвижущей силы некоторых термопар

Термопары НК-СА и НЖ-СК обладают характеристиками особого рода с зоной нечувствительности : термо - э.д.с. у термопары НК-СА возникает только при температурах превышающих 300°С, а у термопары НЖ-СК - при температурах, превышающих 100°С. Благодаря этой особенности изменение температуры свободных концов не оказывает влияния на термо-э.д.с, которая определяется только измеряемой температурой горячего спая. При использовании других типов термопар приходится компенсировать погрешности, вызываемые изменением температуры свободных концов.

На летательных аппаратах применяется несколько разновидностей термоэлектрических термометров, отличающихся типом термопар. Термометр, предназначенный для измерения температуры головок цилиндров поршневых авиадвигателей воздушного охлаждения, рассчитан на диапазон измерения от -50 до + 350° С и состоит из термопары и указателя, соединенных между собой по схеме.

имеется вырез, пройдя который газовый поток почти полностью тормозится, а затем уже выходит наружу через дополнительное отверстие. Коэффициент торможения равен r = 0,96 при числе М ? 1.

Поскольку температура в различных точках реактивного сопла неодинаковая, термоэлектрические датчики располагаются в двух или четырех точках сопла и соединяются электрически последовательно друг с другом. При таком соединении суммарная э. д. с. пропорциональна средней температуре газов в четырех точках.

В случае применения термопары типа НК-СА или НЖ-СК изменение температуры свободных концов не вызывает погрешностей и поэтому биметаллический корректор в указателе не требуется.

Погрешности термоэлектрического термометра, вносимые гальванометром, имеют тот же характер, что и погрешности, вносимые логометром, но к ним добавляются еще погрешности, вызванные влиянием температуры окружающей среды на магнитную индукцию в рабочем зазоре постоянного магнита и на модуль упругости противодействующих пружин. Эти две погрешности примерно равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, благодаря чему они почти полностью взаимно компенсируются.

Литература

1. Браславский Д.А., Приборы и датчики летательных аппаратов, М., Машиностроение, 1970.

2. Браславский Д.А., Авиационные приборы и автоматы, М., Машиностроение, 1978.

3. Боднер В.А., Авиационные приборы, М., Машиностроение, 1969.

4. Алексеев В.И., Авиационное оборудование, ВВИА им. Жуковского, 1971.

5. Грохольский А.Л., Авиационные приборы, пособие по курсовому проектированию, ч. І, К., 1971

Размещено на Allbest.ru