Термоэлектрический преобразователь
Термопары из благородных металлов. Принцип действия и особенности преобразования и передачи сигнала. Источники погрешности термопар. Дефекты формирования рабочего спая. Электрические шумы и утечки. Погрешность теоретической функции преобразования.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | отчет по практике |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.06.2014 |
| Размер файла | 304,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее точные термопары - с термоэлектродами из благородных металлов: платинородий-платиновые ПП (тип S ( Pt-10%Rh / Pt) (тип R (Pt-13%Rh / Pt), платинородий-платинородиевые ПР (тип В (Pt-30%Rh / Pt-6%Rh)). Преимуществом является значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность, чем у термопар из неблагородных металлов, устойчивость к окислению, вследствие чего высокая стабильность. Преимуществом термопары типа ПР также является практически нулевой выходной сигнал при температурах вплоть до 50 °С, таким образом устраняется необходимость термостатирования холодных спаев. Недостатком является высокая стоимость и малая чувствительность (около 10 мкВ/К при 1000 °С). Хотя платинородиевые термопары превосходят по точности и стабильности термопары из неблагородных металлов и сплавов, минимальная расширенная неопределенность результата измерения температуры в диапазоне до 1100 °С составляет 0,2-0,3 °С. Причины нестабильности термопар связаны с загрязнением, окислением и испарением материалов термоэлектродов. При температурах 500-900 °С формируется стабильный окисел родия. Недостаток родия изменяет состав платино-родиевого термоэлектрода, что приводит к изменению зависимости ЭДС от температуры и к возникновению термоэлектрических неоднородностей.
1. Общие сведения и особенности работы термопар
электрический шум погрешность термопара
1.1 Термопары из благородных металлов
Тип S (платнородий-платиновая термопара)
Рекомендуемая максимальная рабочая температура 1350 °С;
Кратковременное применение возможно при 1600 °С;
Загрязняется при температурах выше 900 °С водородом, углеродом, металлическими примесями из меди и железа. При содержании железа в платиновом электроде на уровне 0,1 %, ТЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100 °С) при 1200 °С и 1,5 мВ (160 °С) при 1600 °С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Таким образом, термопары нельзя армировать стальной трубкой, или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой. Может применяться в окислительной атмосфере. При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия. Не рекомендуется применять ниже 400 °С, т.к ТЭДС в этой области мала и крайне не линейна.
1.2 Источники погрешности термопар
Принцип действия термопар и особенности преобразования и передачи сигнала приводят к следующим возможным проблемам при их эксплуатации, вызывающим ошибку в определении температуры
1. Дефекты формирования рабочего спая термопары;
2. Возникновение термоэлектрической неоднородности по длине термоэлектродов и изменение градуировочной характеристики термопары;
3. Электрическое шунтирование проводников изоляцией и возможное возникновение гальванического эффекта;
4. Тепловое шунтирование;
5. Электрические шумы и утечки.
2. Термопара TE-BK-15 (платнородий-платина ТПП), тип S
Рисунок 1 ? Изображение Термопары TE-BK-15
Таблица 1 ? Характеристики Термопары TE-BK-15
|
Тип |
S |
|
|
Класс точности |
1 |
|
|
Длина |
500, 710, 1000, 1400 мм |
|
|
Монтажная втулка |
нержавеющая сталь |
|
|
Соединительная коробка |
алюминий форма B |
|
|
Соединительная головка |
С накидной застежкой Легкий сплав, покрытый эпоксидной краской IP 65 |
|
|
Материал наружной гильзы |
Нержавеющая сталь |
|
|
Размеры наружной гильзы: - термопары TE-BK-15 |
L=150 мм, d2=22 мм |
|
|
Материал погружаемой гильзы |
Керамика |
|
|
Диаметр погружаемой гильзы: - термопары TE-BK-15 |
d1=15 мм |
|
|
Способ установки |
Герметичная соединительная резьба R 1" Скользящий фланец Приварные фланцы |
|
|
Количество чувствительных элементов |
Один или два |
|
|
Термопара согласно IEC 584-1, класс 1 |
S (ТПП) - Pt/10%RhPt |
Таблица 2 ? Классы допуска и диапазоны измерений для термопары платнородий-платина
|
Обозначение промышленного термопреобразователя |
Обозначение типа термопары |
Класс допуска |
Диапазон измерений |
Пределы доп. отклонений ТЭДС от НСХ |
||
|
от |
до |
|||||
|
ТПП платнородий-платиновая |
S |
1 |
0 oC |
1100 oC |
1.0 mV |
|
|
1100 oC |
1600 oC |
1,0+0,003(t--1100) mV |
Рисунок 2 ? Схема формирования сигнала термоэлектрического преобразователя с использованием удлинительных термоэлектродов
Таблица 3
Номинальная градуировочная характеристика (функция преобразования) термопары платнородий-платина
|
Температура oC |
Термо-ЭДС, mV |
|||||||||||
|
0 |
-1 |
-2 |
-3 |
-4 |
-5 |
-6 |
-7 |
-8 |
-9 |
-10 |
||
|
-40 |
-0,194 |
-0,199 |
-0,203 |
-0,207 |
-0,211 |
-0,215 |
-0,219 |
-0,224 |
-0,228 |
-0,232 |
-0,236 |
|
|
Температура oC |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
+10 |
|
|
0 |
0 |
0,005 |
0,011 |
0,016 |
0,022 |
0,027 |
0,033 |
0,038 |
0,044 |
0,05 |
0,055 |
|
|
50 |
0,299 |
0,305 |
0,312 |
0,319 |
0,325 |
0,332 |
0,338 |
0,345 |
0,352 |
0,358 |
0,365 |
|
|
100 |
0,646 |
0,653 |
0,661 |
0,668 |
0,675 |
0,683 |
0,690 |
0,698 |
0,705 |
0,713 |
0,720 |
|
|
150 |
1,029 |
1,037 |
1,045 |
1,053 |
1,061 |
1,069 |
1,077 |
1,085 |
1,094 |
1,102 |
1,110 |
|
|
250 |
1,874 |
1,882 |
1,891 |
1,9 |
1,909 |
1,918 |
1,927 |
1,936 |
1,944 |
1,953 |
1,962 |
|
|
300 |
2,323 |
2,332 |
2,341 |
2,350 |
2,360 |
2,369 |
2,378 |
2,387 |
2,369 |
2,405 |
2,415 |
|
|
350 |
2,783 |
2,795 |
2,805 |
2,214 |
2,823 |
2,833 |
2,842 |
2,851 |
2,861 |
2,87 |
2,88 |
|
|
400 |
3,259 |
3,269 |
2,279 |
2,288 |
3,298 |
3,307 |
3,317 |
3,326 |
3,336 |
3,346 |
3,355 |
|
|
700 |
6,275 |
6,286 |
6,296 |
6,307 |
6,317 |
6,328 |
6,338 |
6,349 |
6,360 |
6,370 |
6,381 |
|
|
1300 |
13,159 |
13,171 |
13,183 |
13,159 |
13,208 |
13,220 |
13,232 |
13,244 |
13,256 |
13,268 |
13,280 |
|
|
1600 |
16,777 |
16,789 |
16,801 |
16,812 |
16,824 |
16,836 |
16,848 |
16,860 |
16,872 |
16,883 |
16,895 |
|
|
1760 |
18,609 |
18,620 |
18,630 |
18,641 |
18,651 |
18,661 |
18,672 |
16,682 |
18,693 |
- |
- |
Эти же значения можно получить и из аппроксимирующих полиномов.
Диапазоны температур: t от минус 50. °С до плюс 1064,18. °С
Полиномы:
A0=0
A1=5,40313308631 • 10-3
A2=1,25934289740 • 10-5
А3= -2,32477968689 •10-8
А4= 3,22028823036 •10-11
A5=-3,31465196389 •10-14
A6=2,55744251786 •10-17
A7=-1,25068871393 •10-20
A8=2,71443176145 •10-24
t от 1064,18. °С до 1664,5.
A0= 1,32900444085
А1=3,34509311344 • 10-3
A2=6,54805192818 • 10-6
А3= -1,64856259209 •10-9
А4= 1,29989605174 •10-14
t от 1664,5. °С до 1768,1. °С
A0= 1,46628232636 • 102
А1=-2,58430516752 •10-1
A2=1,63693574641 • 10-4
А3= -3,30439046987 •10-8
А4= -9,43223690612 •10-15
Рисунок 3 ? Теоретическая функция преобразования. Зависимость термоЭДС термопары от температур горячего и свободного спаев
2.2 Чувствительность
Определим теоретическую чувствительность измерительного преобразователя
.
2.3 Погрешность теоретической функции преобразования
Определим погрешность:
;
;
;
?T=12 °C, =0,5 °C
?U=12 мВ, ;
;
;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном отчете был предоставлен обзор термопары TE-BK-15 (платнородий-платина ТПП), тип S. Были изучено строение термопары, основные характеристики и построена функция преобразования. Была рассчитана чувствительность данной модели, а также погрешность чувствительности.
Целостность и точность измерительной системы, включающей термопарный датчик, может быть повышена с помощью следующих мер:
- Использовать проволоки большого диаметра, которая, однако, не будет изменять температуру объекта измерения;- Если необходимо использовать миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки, следует использовать ее только в месте измерения, вне объекта следует использовать удлинительные провода;
- Избегать механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
- Если необходимо использовать очень длинные термопары и удлинительные провода следует соединить экран повода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать выводы;
- По-возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
- Использовать термопару только в пределах рабочих температур, желательно с запасом;
- Использовать подходящий материал защитного чехла при работе во вредных условиях, чтобы обеспечить надежную защиты термопарной проволоки;
- Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
- Вести электронную запись всех событий и непрерывно контролировать сопротивление термоэлектродов;
- Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения температуры, электрических помех, напряжения и сопротивления для контроля целостности и надежности термопар.
Список использованных источников
2. Ревин, В.Т. Преобразование и Преобразователи Измерительной Информации / В.Т. Ревин, Старолатко Т.Ю. - Минск, БГУИР, 2013.
Размещено на Allbest.ur
...Подобные документы
Определение максимальной в заданном диапазоне температуры погрешность нелинейности характеристики, необходимость линеаризации. Определение разрядности аналого-цифрового преобразования термопары ТХА(К), принцип его работы, функциональная схема прибора.
курсовая работа [126,3 K], добавлен 30.11.2009Метрологические характеристики средств измерений. Термопары: понятие и принцип действия, конструкция, достоинства и недостатки, условия и возможности применения. Методы улучшения метрологических характеристик и исключения погрешностей термопары.
контрольная работа [222,8 K], добавлен 29.10.2014Основные типы, устройство, принцип действия датчиков, применяемых для измерения давления. Их достоинства и недостатки. Разработка пьезоэлектрического преобразователя. Элементы его структурной схемы. Расчет функций преобразования, чувствительности прибора.
курсовая работа [782,1 K], добавлен 16.12.2012Классификация датчиков по принципу преобразования электрических и неэлектрических величин, виду выходного сигнала. Принцип действия тепловых датчиков, его основание на тепловых процессах. Термопреобразователи сопротивления, манометрические термометры.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.10.2012Изучение метрологии как наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и точности. Характеристика и сущность преобразователей термоэлектрических. Общие технические требования термопары. Методика поверки. Расчет методом прямых измерений.
курсовая работа [143,9 K], добавлен 29.06.2015Сущность, конструкции и принцип действий преобразователей сигналов, обозначение их параметров. Строение и назначение манометра САПФИР – 22ДИ, а также особенности поступления электрического сигнала к нему. Принцип действия различных видов преобразователей.
лабораторная работа [106,5 K], добавлен 12.01.2010Понятие измерительных приборов, их виды и классификация. Способы снятия показаний, входные и выходные сигналы. Структурная схема средства измерений прямого преобразования. Устройство и назначение вольтметров и амперметров. Принцип действия манометра.
презентация [243,5 K], добавлен 28.03.2013Сущность и типы тепловых преобразователей, принцип их действия и назначение, сферы практического использования, этапы изготовления. Характеристика стандартных общепринятых типов подключения термопары к измерительным и преобразовательным приборам.
презентация [331,6 K], добавлен 27.06.2014Уравнение теплового баланса. Переходный процесс в преобразователе при скачкообразном изменении температуры. Материалы, применяемые для термопар. Удлинительные термоэлектроды, измерительные цепи, погрешности термопар. Терморезисторы, основы их расчета.
реферат [1,4 M], добавлен 29.01.2011Понятие и содержание квантования по уровню как процесса преобразования сигнала с непрерывным множеством значений в сигнал с дискретными значениями. Определение погрешности квантования и его шума. Особенности квантования сигналов при наличии помех.
презентация [130,4 K], добавлен 19.08.2013Волноводный акустический метод контроля. Спектральное представление сигнала. Выбор и обоснование, расчет основных параметров для платы аналого-цифрового преобразования. Подробные характеристики ноутбука DELL Inspirion N5110. Автоматическая система.
курсовая работа [886,4 K], добавлен 09.03.2013Понятие, виды, принцип работы гидроэлектрических станций. Предыстория развития гидростроения в России. Физические принципы процесса преобразования энергии падающей воды в электроэнергию. Основные преимущества гидроэнергетики. Аварии и происшествия на ГЭС.
курсовая работа [592,5 K], добавлен 12.02.2016Составление дифференциальных уравнений, описывающих динамические электромагнитные процессы, применение обобщенных приемов составления математического описания процессов электромеханического преобразования энергии. Режимы преобразования энергии.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 22.09.2009Способы преобразования звука. Применение преобразования Фурье в цифровой обработке звука. Свойства дискретного преобразования Фурье. Медианная фильтрация одномерных сигналов. Применение вейвлет-анализа для определения границ речи в зашумленном сигнале.
курсовая работа [496,8 K], добавлен 18.05.2014Назначение и принцип работы тахогенератора. Применение устройств, изготовленных по технологии LongLife. Тахогенераторы постоянного тока в схемах автоматики. Конструкция и принцип действия асинхронного тахогенератора. Амплитудная и фазовая погрешность.
контрольная работа [592,9 K], добавлен 25.09.2011Выбор измерительного прибора для допускового контроля параметров. Определение доверительных границ неисключенной доверительной погрешности результата измерения. Назначение и принцип действия цифровых универсальных вольтметров и их составных частей.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 14.04.2019Методика определения систематической составляющей погрешности вольтметра в точках 10 и 50 В. Вычисление значения статистики Фишера для двух значений напряжений. Расчет погрешности измерительного канала, каждого узла с учетом закона распределения.
курсовая работа [669,2 K], добавлен 02.10.2013Ветер как источник энергии. Принципы преобразования энергии ветра и работы ветродвигателя. Принцип действия ветряных электростанций. Принцип работы ветроколеса. Положительные и отрицательные стороны развития ветроэнергетики сегодня в России и за рубежом.
курсовая работа [944,9 K], добавлен 08.12.2014Принцип действия электрических машин на основе гидрогенератора, сфера его применения в электроэнергетике. Основные законы электротехники на которых основаны процессы электрического и электромеханического преобразования энергии. Системы возбуждения.
реферат [346,3 K], добавлен 21.11.2013Разложение периодической несинусоидальной функции в ряд Фурье; спектры амплитуд и фаз входного сигнала. Характеристические параметры четырехполюсника на частоте сигнала. Расчет коэффициента усиления из условия наименьшего ослабления основной гармоники.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 19.09.2012
