Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



характеристикам акселерометра. Их частотная характеристика представлена на рис. 4.76.

Требования, предъявляемые к датчикам силы и давления для измерения процессов, имеющих сложный частотный спектр, не отличаются от требований к датчику ускорения, щзедназначенному для измерения ускорения с таким же спектром.

4.3.2. Измерение температуры

Измерение стационарных температур. Любой термометр измеряет температуру своего чувствительного элемента. Эта температура может отличаться от температуры среды, которую требуется измерить. Разница температур обусловливает методическую погрешность измерения.

Довольно часто датчик температуры (термопара, термометр сопротивления и т. п.) расположен так, что в среде, температуру которой нужно измерить, помещается только его чувствительный конец, а нерабочий конец с выводными проводами находится вне этой среды. От среды или тела, температура которых измеряется, тепло переходит к нерабочему концу и рассеивается им в окружающую среду. Даже в стационарных условиях датчик зд!аствует в сложном теплообмен-ном процессе. Температура в различных его точках различна.. Наиболее существенна температура чувствительного элемента,, который располагается на конце датчика. Чем меньше тепла рассеивает чувствительный конец, тем меньше разность температур между ним и измеряемой средой. При их равенстве чувствительный конец не рассеивает тепло и не получает его.

Теплообмен между телами может происходить в результате трех факторов: теплогфоводности тел, конвекции и теплообмена излучением (лучеиспускания).

1.При теплообмене путем теплопроводности тепловой поток проходит от изотермической поверхности с более высокой температурой 01 к изотермической поверхности с более низкой температурой 02-В одномерном тепловом поле через площадку площадью Q, перпендикулярную тепловому потоку, гфоходит поток мощностью

Р = XG(0i - 02)/А/ = Ч)А@1Ы, (4.211)

где X - коэффициент теплопроводности; Д0 = 0i - 02 - изменение температуры при переходе с одной изотермической поврехности на другую, расположенную на расстоянии Д/.

Предел 11т(Д0/Д/) гфи Д/ -> О называется градиентом темпфату-ры в данной точке тела. Коэффициент теплопроводности X очень мал у газов, несколько больше у жидких тел и еще больше у твердых. Особенно велик он у металлов.



2. Конвекция имеет место на границе раздела твердого тела с жидкостью или газом или жидкости с газом. Она бывает естественной и вынужденной (принудительной). Естественная конвекция происходит при тепловом расширении жидкости и газа вследствие изменения их плотности. Более теплые частицы вытесняются вверх более холодными, имеющими большую плотность. Смена теплых частиц холодными возле поверхности тела приводит к ее теплоотдаче. Вынужденная конвекция происходи вследствие перемешивания жидкости или газа искусственным путем. Она всегда сощзовождается естественной. Однако в этом случае роль естественной конвекции может быть невелика. Мощность теплового конвективного потока, проходящая через границу раздела двух сред,

= «Gp(©i -@2), (4212)

где Qp - площадь поверхности раздела двух сред, имеющих температуры ©i и ©г; а - коэффициент теплообмена.

Значение а зависит от многих факторов: температуры, теплоемкости сред, их плотности, вязкости и других параметров. Его значение сильно увеличивается при )еличении скорости обтекания поверхности раздела.

З.Все тела излучают энергию, гфичем зависимость мошности излучения ш абсолютной температуры Т определяется соотношением

Р = СГ", (4.213)

где С - коэффициент излучения тела, зависящий от состояний его поверхности.

Одновременно с излучением тело поглощает излучение других тел. Мощность теплообмена излучением между двумя телами, имеющими абсолютные температуры Г, и Гг, равна

Pi2 = С,П71 - Tt), (4.214)

где Ci2 - некоторый эффективный коэффициент излучения, зависящий от коэффициентов излучения одного и другого тела.

Рассмотрим более подробно теплообменный процесс термометра. Тфмометр 1 (рис. 4.79,а) монтируется в стенке 2 объекта, температуру среды ©1 внутри которого требуется измерить. Конец термометра, находящийся в объекте, омывается горячим потоком вещества, и в термометр конвективным путем вводится тепловой поток q. Он проходит по телу термометра, нагревает стенку в месте его монтажа, проходит далее по холодному концу термометра и рассеивается в окружающей среде. Расгфеделение температур вдоль термометра схематически показано на рис. 4.79,6. Для того чтобы температура чувствительного конца термометра ©2 была близка к температуре ©i, нужно увели-




Рис. 4.79

чигь тепловой поток, нагревающий термометр. Мощность зтого потока определяется выражением (4.212) и зависит от коэффициента теплопередачи а. Значение а мало при естественной конвекции и возрастает при принудительной конвекции с увеличиением скорости потока возле термометра. При измерении температуры жидкостей или газов, проходящих по трубам, для увеличения а чувствительную часть термометра нужно помещать в таком месте, где поток турбулентен и его скорость наибольшая (рис. 4.80). Поток завихряется на изгибах трубопровода, в местах сужения и у других местных согфотршлений. На щзя-молинейных участках скорость потока максимальна в середине сечения грубы. Для увеличения точности измерения температуры горячих, например дымовых, газов, когда скорость газа в основной трубе недостаточна, используют так называемую отсасывающую термопару. Она представляет собой трубку малого диаметра, врезанную в основной трубопровод; в трубку с некоторым зазором вставлена термопара. Газ прокачивается через трубку мимо термопары. Скорость отсоса газа должна быть такова, чтобы коэффитщент теплопередачи был близок к максимальному.

Мощность проходящего через термометр теплового потока возрастает с увеличением площади теплообмена. Площадь можно увеличить увеличением глубины погружения термометра.

Температура вдоль термометра меняется от температуры вг (рис. 4.79), близкой к измеряемой температуре, до температуры 04,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [73] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0143