Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν το σφάλμα μέτρησης των θερμοστοιχείων

Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τα σφάλματα μέτρησης περιλαμβάνουν το βάθος εισαγωγής του θερμοστοιχείου, τον χρόνο απόκρισης, τη θερμική ακτινοβολία και τη θερμική αντίσταση.
1. Ο αντίκτυπος του χρόνου απόκρισης
Η βασική αρχή της μέτρησης της θερμοκρασίας επαφής είναι ότι το στοιχείο μέτρησης θερμοκρασίας πρέπει να φτάσει σε θερμική ισορροπία με το αντικείμενο που μετράται. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα ορισμένο χρονικό διάστημα κατά τη μέτρηση της θερμοκρασίας προκειμένου να επιτευχθεί η θερμική ισορροπία μεταξύ των δύο. Το μήκος του χρόνου συγκράτησης σχετίζεται με το χρόνο θερμικής απόκρισης του στοιχείου μέτρησης θερμοκρασίας. Ο χρόνος θερμικής απόκρισης εξαρτάται κυρίως από τη δομή και τις συνθήκες μέτρησης του αισθητήρα, με σημαντικές διαφορές. Για τα μέσα αερίου, ειδικά τα σταθερά αέρια, η ισορροπία θα πρέπει να διατηρείται για τουλάχιστον 30 λεπτά ή περισσότερο.
Για τα υγρά, ο ταχύτερος χρόνος πρέπει να είναι τουλάχιστον 5 λεπτά. Για το σημείο δοκιμής που αλλάζει συνεχώς θερμοκρασία, ειδικά για τη διαδικασία στιγμιαίας αλλαγής, εάν ολόκληρη η διαδικασία είναι μόνο 1 δευτερόλεπτο, ο χρόνος απόκρισης του αισθητήρα απαιτείται να είναι στο επίπεδο του χιλιοστού του δευτερολέπτου. Επομένως, οι συνηθισμένοι αισθητήρες θερμοκρασίας όχι μόνο αποτυγχάνουν να συμβαδίσουν με τον ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας του μετρούμενου αντικειμένου, αλλά επίσης παράγουν σφάλματα μέτρησης λόγω της αδυναμίας επίτευξης θερμικής ισορροπίας. Είναι καλύτερο να επιλέξετε έναν αισθητήρα με γρήγορη απόκριση. Για τα θερμοστοιχεία, εκτός από την επίδραση των προστατευτικών σωλήνων, η διάμετρος του άκρου μέτρησης του θερμοστοιχείου είναι επίσης ο κύριος παράγοντας, δηλαδή όσο πιο λεπτό είναι το καλώδιο του θερμοστοιχείου, τόσο μικρότερη είναι η διάμετρος του άκρου μέτρησης και όσο μικρότερη είναι η θερμική του χρόνος απόκρισης. Το σφάλμα θερμικής απόκρισης του στοιχείου μέτρησης θερμοκρασίας μπορεί να προσδιοριστεί από την ακόλουθη εξίσωση.
Δθ{{0}}Δθ 0EXP (- T)/ τ)
Στον τύπο, t - χρόνος μέτρησης S,
Δθ- Το σφάλμα που προκαλείται από το στοιχείο μέτρησης θερμοκρασίας τη χρονική στιγμή t, K ή βαθμό
Δθ Σφάλμα που προκαλείται από το στοιχείο μέτρησης θερμοκρασίας τη στιγμή 0- "t=0", K ή βαθμό
τ- Χρονική σταθερά S
E - Η βάση των φυσικών λογαρίθμων (2.718)
Επομένως, όταν t{{0}} τ Πότε, τότε το Δθ=Δθ 0/e είναι 0,368,
Αν t{{0}} τ Πότε, τότε το Δθ=Δθ 0/e2 είναι 0,135.
Όταν η θερμοκρασία του ελεγχόμενου αντικειμένου είναι σε μια ορισμένη ταχύτητα Όταν (k/s ή βαθμός /s) αυξάνεται ή πέφτει, το σφάλμα απόκρισης που δημιουργήθηκε μετά από επαρκή χρόνο μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
Δθ∞=- τ
Στον τύπο Δθ∞- Το σφάλμα που προκαλείται από το στοιχείο μέτρησης θερμοκρασίας μετά από επαρκή χρόνο.
Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, το σφάλμα απόκρισης σχετίζεται με τη σταθερά χρόνου( τ) Άμεσα ανάλογη. Προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της βαθμονόμησης, πολλές επιχειρήσεις χρησιμοποιούν συσκευές αυτόματης βαθμονόμησης για τη βαθμονόμηση των εισερχόμενων θερμοστοιχείων. Ωστόσο, αυτή η συσκευή δεν είναι πολύ πλήρης. Το εργαστήριο θερμικής επεξεργασίας του Second Automobile Transmission Factory διαπίστωσε ότι εάν ο σταθερός χρόνος θερμοκρασίας στους 400 βαθμούς δεν είναι αρκετός για να επιτευχθεί θερμική ισορροπία, είναι εύκολο να γίνουν λανθασμένες εκτιμήσεις.

2. Η επίδραση του βάθους εισαγωγής
Επιλογή σημείων μέτρησης θερμοκρασίας
Βάθος εισαγωγής β
Όταν το θερμοστοιχείο εισάγεται στη δοκιμασμένη θέση, θα δημιουργηθεί ροή θερμότητας κατά μήκος της κατεύθυνσης του αισθητήρα. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή, θα υπάρξει απώλεια θερμότητας. Προκαλώντας σφάλματα μέτρησης θερμοκρασίας λόγω ασυνέπειας θερμοκρασίας μεταξύ του θερμοστοιχείου και του μετρούμενου αντικειμένου. Εν ολίγοις, τα σφάλματα που προκαλούνται από τη θερμική αγωγιμότητα σχετίζονται με το βάθος εισαγωγής.
Το βάθος εισαγωγής σχετίζεται με το υλικό του προστατευτικού σωλήνα. Λόγω της καλής θερμικής αγωγιμότητάς του, το βάθος εισαγωγής των μεταλλικών προστατευτικών σωλήνων θα πρέπει να είναι βαθύτερο (περίπου 15-20 φορές τη διάμετρο). Τα κεραμικά υλικά έχουν καλή απόδοση μόνωσης και μπορούν να εισαχθούν πιο ρηχά (περίπου 10-15 φορές τη διάμετρο). Για τη μηχανική μέτρηση θερμοκρασίας, το βάθος εισαγωγής σχετίζεται επίσης με το εάν το αντικείμενο μέτρησης βρίσκεται σε στατική ή ροή. Για παράδειγμα, η μέτρηση της θερμοκρασίας ενός ρέοντος υγρού ή ροής αέρα υψηλής ταχύτητας δεν θα υπόκειται στους παραπάνω περιορισμούς. Το βάθος εισαγωγής μπορεί να είναι μικρότερο και η συγκεκριμένη τιμή πρέπει να προσδιορίζεται με πειράματα.
3. Η επίδραση της θερμικής ακτινοβολίας
Ένα θερμοστοιχείο που εισάγεται στον κλίβανο για μέτρηση θερμοκρασίας θα θερμαίνεται από τη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από αντικείμενα υψηλής θερμοκρασίας. Υποθέτοντας ότι το αέριο μέσα στον κλίβανο είναι διαφανές και όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμοστοιχείου και του τοιχώματος του κλιβάνου είναι μεγάλη, θα προκύψουν σφάλματα μέτρησης θερμοκρασίας λόγω ανταλλαγής ενέργειας.
Η ενέργεια ακτινοβολίας που ανταλλάσσεται μεταξύ των δύο μέσα σε μια μονάδα χρόνου είναι P, η οποία μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
P= σε (Tw4 Tt4) (2-3)
Στον τύπο σ- σταθερά Stefan Boltz
ε- Εκπομπή
Tt - Θερμοκρασία θερμοστοιχείου, Κ
Tw - Θερμοκρασία τοίχου κλιβάνου, Κ
Σε μια μονάδα χρόνου, η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ του θερμοστοιχείου και του περιβάλλοντος αερίου (θερμοκρασία T) μέσω της συναγωγής και της αγωγιμότητας θερμότητας είναι P ′
P ′= A (T-Tt) (2-4)
Στον τύπο - Θερμική αγωγιμότητα
A - Επιφάνεια θερμοστοιχείου
Υπό κανονικές συνθήκες, P=P ′, με σφάλμα:
Tt-T= σε (Tt4 Tw4)/ А (2-5)
Για μια περιοχή μονάδας, το σφάλμα είναι
Tt-T= σε (Tt4 Tw4)/ (2-6)
Επομένως, για να μειωθούν τα σφάλματα θερμικής ακτινοβολίας, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η αγωγιμότητα της θερμότητας και να γίνει η θερμοκρασία του τοιχώματος του κλιβάνου Tw όσο το δυνατόν πιο κοντά στη θερμοκρασία Tt του θερμοστοιχείου.