Погрешности термометров сопротивления и требования к измерительной цепи

Наиболее существенной погрешностью термометров со­противления является погрешность, обусловленная измене­нием сопротивления линии вследствие колебания температу­ры и окружающей среды.

При больших расстояниях между объектом измерения и измерительной схемой сопротивление линии может быть 5 ом, тогда как начальное сопротивление термосопротивлений обычно составляет 46,53 или 100 ом. Поэтому изменение со­противления линии может внести существенную ошибку в из­мерения.

Для уменьшения этой погрешности обычно применяют трехпроводные линии связи (рис. 4.25).

Рис. 4.25. Трехпроводная схема включения термометра сопротивления.

Здесь одна из вершин диагонали питания перенесена не посредственно к преобразователю. Благодаря этому сопротив­ление провода 2 суммируется с сопротивлением плеча R₁, а сопротивление провода 1 - с плечом преобразователя R_Т. Одинаковое изменение сопротивления в соседних плечах поч­ти не отразится на равновесии моста в случае его работы в равновесном режиме.

При работе в неравновесном режиме погрешность также будет значительно меньшей, чем в случае двухпроводной ли­нии.

Нагрев преобразователя термометра протекающим по нему током также создает погрешность. Для уменьшения этой погрешности следовало бы снижать ток до минимальной ве­личины. Однако это ведет к потере чувствительности мостовой цепи и нужно применять высокочувствительный индикатор.

Поэтому ток через термопреобразователь выбирают порядка
10-15 мА.

Погрешность измерения вызывается за счет потери тепла излучением и через теплопроводность защитной трубы преобра­зователя, помещенного в исследуемую среду.

Потери через теплопроводность защитной трубы обычно невелики по сравнению с потерями на излучение и зависят от материала трубы.

Тепло Q₁, получаемое трубой от испытуемой среды, выражается уравнением

(4.6)

где x - коэффициент теплоотдачи;

F - поверхность трубы, погруженной в исследуемую среду;

(t-t_СР) - разность температур измеряемой и трубы.

Тепло, теряемое трубой в результате лучистого теплообмена, равно

(4.7)

где С - коэффициент лучеиспускания поверхности трубы; Т_Т и Т_СТ - температуры трубы и стенок, ограничивающих объем испытуемой среды (рис. 4.26); F₁ - поверхность излучения трубы.

Рис. 4.26. Устройство теплоприемника термометра сопротивления.

Для уменьшения коэффициента с поверхность трубы делают полированной. Кроме того, значение этого коэффициента зависит также и от материала трубы.

Если пренебречь потерями через теплопроводность трубы, обычно гораздо меньшие, чем потери на лучеиспускание, то уравнение теплового баланса трубы со средой будет

откуда погрешность измерения, обусловленная лучистым теплообменом, равна

(4.8)

Из этой формулы видно, что наибольшее влияние на величину погрешности оказывают коэффициент теплоотдачи x, и разность температур трубы и стенок, поскольку они стоят в четвертой степени.

Для уменьшения погрешности можно увеличить x путем увеличения скорости обтекания защитной трубы исследуемой средой, поскольку x зависит от скорости среды.

Уменьшить же разность температур трубы и стенок можно применением тепловой изоляции стенок или путем экранирования защитной трубы цилиндрическим экраном с отверстиями для пропуска среды.

В случае экранирования труба оказывается в состоянии лучистого теплообмена лишь с экраном, температура которого значительно меньше отличается от температуры трубы, чем температура стенок.

Измерение нестационарных (меняющихся во времени) температур сопряжено с возникновением особого вида погрешностей измерения, называемых динамическими. Они проявляются в характерном запаздывании изменений показаний термоприемника относительно изменений измеряемой температуры объекта и обусловлены термической инерцией теплоприемника, необходимостью затраты времени на изменение его теплосодержания.

Характер динамических погрешностей измерения зависит от физических свойств теплоприемника и от характера изменения температуры объекта. Учет и исключение этого вида погрешности можно осуществить либо расчетным путем, либо с помощью соответствующих автоматических устройств.

Наличие термической инерции теплоприемников можно использовать для расширения диапазона измеряемых высоких температур. В этом случае теплоприемник периодически на короткое время опускается в исследуемую среду. Стационарная температура среды определяется по скорости изменения, сигнала теплоприемника в процессе его прогрева путем расчета по соответствующим весьма сложным формулам.