Методика измерении температур. Методические ошибки. Правила установки термометров.

Методические ошибки вследствие теплообмена излучением.

 

 

 Tm                                                Tст

 

                   Т                                          Тст>Т

 

При измерении температур газа контактными методами необходимо иметь в виду, что методические погрешности, обусловленные влиянием теплообмена излучением между термоприемником и окружающими его телами или стенкой трубы, при неблагоприятных условиях могут значительно превышать допускаемые погрешности применяемых средств измерения. При рассмотрении влияния излучения на точность измерения темпера-

туры газа будем полагать, что газ прозрачен и не поглощает лучистой энергии.

 

Если допустить, что теплоотвод по термометру, установленному в трубопроводе или газоходе, отсутствует, то при установившемся тепловом режиме количество тепла, получаемого от газа или отдаваемого газу поверхностью погруженной части термометра посредством конвективного теплообмена, равно количеству тепла, отдаваемого или получаемого поверхностью термоприемника путем теплообмена излучением с поверхностью стенки трубы.

 

Количество тепла, отданное поверхностью термометра от газа, протекающего в трубопроводе:

Количество тепла, получаемое поверхностью погруженной части термоприемника путем лучистого теплообмена с поверхностью стенки трубы, равно:

 

Так как термоприемник находится внутри трубы и поверхность F термоприемника мала по сравнению с поверхностью стенки трубы, участвующей в лучистом теплообмене, то можно принять приведенный коэффициент черноты системы ε_пр равным коэффициенту

черноты ε_т поверхности термоприемника.

, ,

Методическая погрешность:

 

Q к =Q л Q к = α *F*(Tm-T) Q л =C0* ε *F*((T ст /100)^4-(Tm/100)^4)  α - коэффициент теплоотдачи; F - поверхность ЧЭ; C 0 - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела; ε - приведенный относительный коэффициент лучеиспускания системы.   Пусть ЧЭ установлен в канале со средой с температурой Т. Условие Тст>Т. При установившемся режиме теплота передаваемая излучение от стенок канала к ЧЭ (Q л) будет равна Q к – теплоте отдаваемой ЧЭ конвективным путем. ΔТ=Т m -Т= C 0 * ε ((T ст /100)^4-(Tm /100)^4)/ α

 

 

Т.о. для уменьшения погрешности в следствии лучистого теплообмена необходимо:

1. Уменьшить Т_ст-Т, т.е. Т_ст-Т→ 0, т.е. обеспечить хорошую теплоизоляцию стенок канала;

2. Уменьшить ε, т.е. сделать элемент с гладкой блестящей поверхностью;

3. Увеличить α. Для этого установить ЧЭ в тех местах, где скорость газа больше или поток турбулентный.

4. Установить экран между стенками и ЧЭ:

 

 

Варианты установки термопар для измерения температуры поверхности

                         I                                                                 III

                                   T     T>Tст                  λ                           λ      

 

                        Тст

                       II

                                                                                                   IV

 

 

 

I – самый простой. Большие погрешности из-за теплопритоков по проводам - меняется поле температур в теле. Провод нарушает скоростной первоначальный режим обтекания среды.

II – спай припаен к пластине, которая прижимается к поверхности. Теплопритоки те же, но поле температур изменяется более равномерно - погрешность от теплопритока уменьшена распределением на большую поверхность. Способ эффективен для измерения температуры материала с низкой теплопроводностью.

III – теплоприток λ отводится по проводам в сторону от точки замера.

IV – электроды укладываются в специальные канавки. Отличный теплообмен с телом, минимальное влияние теплопритоков извне.

Методика измерении температур. Методические ошибки. Правила установки термометров.

Точность измерения температуры, так же как и других величин, зависит от выбранного метода измерения, от метрологических и динамических характеристик средств измерения,

от условий измерения и ряда других причин. Поэтому выбор метода и средств измерения температуры необходимо производить в зависимости от поставленной задачи, требуемой точности и условий измерения.

 

При выборе средств измерения температуры необходимо иметь в виду не ту точность, которая свойственна им при работе в нормальных условиях, а ту точность, которую приборы могут обеспечить в данных эксплуатационных условиях. Одновременно с выбором средств измерений в зависимости от их метрологических и динамических характеристик должен стоять вопрос о минимальном и максимальном значениях измеряемой температуры.

 

Точность измерения стационарных температур зависит не только от предела допускаемых основной и дополнительных погрешностей применяемых средств измерения, а в равной мере и от условий измерения, от выбранного места, способа установки термометра и ряда других причин. Это обусловлено тем, что при применении контактных методов измерения температуры первичный преобразователь находится в непосредственном контакте со средой, температура которой измеряется. В этих условиях термометр является для среды посторонним телом и в той или иной степени нарушает первоначальное температурное поле среды в месте его установки. Средства измерения температуры, на каком бы принципе действия они ни были основаны, показывают только собственную температуру термометра, или, точнее, температуру рабочей части (чувствительного элемента) термометра.

 

При измерении стационарных температур возможны систематические (методические) погрешности, обусловленные:

1) теплообменом излучением между термометром и окружающими его телами,

2) отвод или подвод тепла по термометру вследствие теплопроводности,

3) торможение потока газа

4) плохой тепловой контакт между измеряемым телом и чувствительным элементом термометра.

5) и т.д.

 

Для устранения или уменьшения методических погрешностей, происходящих вследствие теплообмена излучением и теплопроводности, необходимо прежде всего обеспечить рациональную и правильную установку термоприемника, а также осуществлять ряд других мероприятий, рассматриваемых ниже.

 

При измерении стационарных температур в каком-либо месте внутри или на поверхности твердого тела, а также жидкости или газа (пара), движущегося с небольшой (умеренной) скоростью, собственную температуру термоприемника принимают за действительную температуру среды с некоторой методической погрешностью, если ею нельзя пренебречь.

 

При измерении температуры газовых потоков большой скорости, как будет показано ниже, собственная температура термоприемника не равна действительной (термодинамической) температуре движущегося газа.

 

При измерении температуры, меняющейся во времени, могут иметь место, наряду с методическими погрешностями, также и динамические погрешности.

 

Ниже рассматриваются возможные источники методических погрешностей при различных условиях измерения температуры, а также мероприятия, реализация которых позволяет свести эти погрешности к минимуму. Следует отметить, что задача определения методических погрешностей измерения стационарных температур за

счет теплообмена излучением и теплопроводности должна решаться путем совместного учета обоих факторов. Однако с целью упрощения и наглядности ниже рассматриваются отдельно погрешности измерения, происходящие вследствие теплообмена излучением, и

погрешности, обусловленные теплопроводностью.