Реферат - Измерение температуры поверхности
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования Российской Федерации
Кемеровский технологический институт
пищевой промышленности
Кафедра АПП и АСУ
Реферат
по дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля»
Тема: Измерение температуры поверхности тела
^
Выполнила:
Студентка гр.УК-71
Бойко Я.А
Консультант:
Епанчинцева О.М.
Кемерово 2010
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
СОДЕРЖАНИЕ
1.Измерение температуры поверхности контактными
термопреобразователями.
3
2.Бесконтактные средства измерения температуры
12
3.Измерение температуры тела человека
28
Список используемой литературы
33
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3
1. Измерение температуры поверхности контактными
термопреобразователями.
Измерение температуры поверхности контактным термометром является не
совсем простой задачей. Любая, даже полированная, поверхность при хорошем
увеличении оказывается очень неровной. При прикладывании к ней рабочей
поверхности термометра, он касается ее только в нескольких точках. В данном случае
будет правильнее говорить, что мы измеряем температуру воздуха вблизи
поверхности. Если же присутствует конвекция воздуха, то разница между измеряемой
таким образом температурой и действительной температурой поверхности будет еще
больше. При касании поверхности тела мы вносим дополнительный теплоотвод и
меняем другие тепловые характеристики контролируемого объекта. Данное
замечание особенно существенно, если размеры датчика близки к толщине
контролируемой поверхности.
При измерении температуры поверхности твердого тела, омываемого жидкостью
или газом, необходимо считаться с тем, что температура ее резко отличается от
температуры окружающей среды даже на незначительном расстоянии от поверхности
вследствие конвективного теплообмена между твердым телом и средой. Это
обстоятельство предъявляет ряд специфических требований к термоприемникам.
Термоприемник должен иметь хороший контакт с измеряемой поверхностью, он не
должен подвергаться воздействию температуры окружающей среды и не должен
вызывать в местах измерения изменений температуры вследствие подвода к нему или
отвода от него тепла.
Этим требованиям совершенно не удовлетворяют все типы жидкостных
термометров, так как чрезвычайно трудно придать их теплочувствительной части
форму, которая бы обеспечивала ему хорошее соприкосновение с поверхностью и в
то же время не подвергалась воздействию окружающей среды. Кроме того, в
жидкостных термометрах рабочее вещество обычно отделено от исследуемой
поверхности стеклом, являющимся, как известно, плохим проводником тепла.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
4
Температуру поверхности твердых тел измеряют поверхностными
термопреобразователями самых различных конструкций. На тепловых
электростанциях температуру отдельных узлов агрегатов (например, металла
барабана, выходных коллекторов пароперегревателей и отдельных точек
паропроводов и парогенераторов) измеряют только поверхностными
термоэлектрическими термопреобразователями. При измерении температуры
поверхности больших значений может достигать погрешность, обусловленная
искажением температурного поля объекта измерений, например, вследствие
теплоотвода или нарушения условий теплообмена объекта измерений. Точность
измерения температуры зависит от конструкции термопреобразователя, способа его
установки, условий теплообмена, качества теплового контакта термопреобразователя
с объектом измерения и других факторов. На рис. 1.1 показаны различные способы
установки термоэлектрических преобразователей на поверхности твердого тела.
Рис.1.1. Схемы установки термоэлектрических преобразователей на поверхности твердого тела
Наиболее неблагоприятный вариант установки термоэлектрического
преобразователя показан на рис. 1.1, а. В этом случае термоэлектроды 1
термопреобразователя отводят тепло как от рабочего конца 2, так и от той части
поверхности твердого тела 3, температура которой должна быть измерена. Это
приводит к максимальной погрешности измерения, поэтому такой способ установки
термопреобразователя не может быть рекомендован. При проведении научных
исследований этот способ установки применяют в отдельных случаях, но при этом
термоэлектроды снабжают дополнительным нагревателем для компенсации
теплоотвода по термоэлектродам.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
5
Погрешность теплоотвода может быть значительно уменьшена при применении
так называемых «пятачковых» термопреобразователей. Рабочий конец пятачкового
термопреобразователя припаян или приварен к диску или пластине 4 (рис. 1.1,6) из
материала с высокой теплопроводностью (меди, алюминия и т. п.). Если
термоэлектроды пятачкового термопреобразователя установлены перпендикулярно к
поверхности объекта измерений, как и в случае 1.1, а, то теплоотвод будет таким же.
Количество тепла, отдаваемое каждой отдельной точкой соприкосновения «пятачка»
и объекта измерений уменьшается вследствие увеличения площади соприкосновения.
Благодаря этому искажение температуры на участке соприкосновения рабочего конца
термопреобразователя с поверхностью объекта измерения значительно меньше у
пятачкового термопреобразователя, чем у преобразователя, показанного на рис. 1.1,а.
Однако методическую погрешность измерений температуры с помощью пятачкового
термопреобразователя устранить нельзя.
Наилучшие результаты можно получить при установке термопреобразователя по
схеме, показанной на рис. 1.1, в. Термоэлектроды преобразователя выкладывают на
поверхности на длину не менее 50-100 их диаметров. В этом случае теплоотвод от
объекта измерения и искажение его температуры также имеют место, но здесь
тепло поступает в термоэлектроды по всей их длине соприкосновения с
поверхностью, максимальное искажение температуры объекта происходит не в точке
А установки рабочего конца, а в точке В, в которой термоэлектроды отходят от
поверхности объекта измерения.
Сделанные выше выводы хорошо подтверждаются экспериментальными
данными, полученными при измерении температуры на горизонтальной
поверхности брусков из пробки, дерева и меди, обогревавшихся с нижней
стороны.
Температура указанных объектов измерялась с помощью
термоэлектрических преобразователей, выполненных и установленных так, как
показано на рис. 1.1.
При проведении опытов температура окружающего воздуха равнялась 15°С.
Результаты измерений приведены в табл. 1.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
6
Таблица1
Схема
термоэлектрических
преобазователей
Значение температуры поверхности
бруска, изготовленного из
пробки
дерева
меди
Рис.1.1а
23.0
25.6
31.9
Рис.1.1б
32.4
34.3
34.5
Рис.1.1в
35.4
35.4
35.4
Как видно из приведенных результатов, методическая погрешность,
обусловленная теплоотводом, отсутствует, что подтверждается идентичностью
результатов измерений (см. рис. 1.1, в).
В некоторых случаях термоэлектрический преобразователь помещают в
канавке, закрытой пластинкой из того же материала, что и поверхность объекта
измерений (трубы, стенки и т. д.). При этом рабочий конец
термопреобразователя, расположенный в канавке, для более надежного
теплового контакта целесообразно припаять к стенке поверхности. Для
электрической изоляции термоэлектродов, прокладываемых на поверхности или
в канавке, применяют различные изоляционные материалы (пластины из слюды,
трубки из фторопласта и других материалов). Таким образом, обеспечивается
минимальное искажение температурного поля на поверхности объекта
измерений, чему способствует неизменность коэффициента черноты.
Допускается также канавку заделывать специальной замазкой. Большое влияние
на погрешность измерения температуры контактными термопреобразователями
оказывает контактное тепловое сопротивление между термопреобразователями и
поверхностью объекта измерения. Для уменьшения погрешности этот контакт должен
быть наилучшим. В табл. 2 приведены результаты экспериментального определения
погрешности измерения температуры корпусов микросхем с термоэлектрическими
преобразователями при различных способах крепления (клей и пайка), т. е. различном
тепловом контакте. Как следует из таблицы, наилучший результат обеспечивает
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
7
крепление термопреобразователей с помощью пайки.
ТАБЛИЦА 2
Тип
термопреобразователя
Диаметр
термоэлектродов,
мм
Способ
крепления
на объекте
Скорость
обдува,
мс
:
Относительная
погрешность
измерения. %,
от перегрева
Медь-константан 0.1 Пайка
0
2
5
8
8
8
Тоже 0.1 Клей
БФ-2
0
2
5
9
14
16
Манганин-константан 0.1 Пайка
0
2
5
3
3
3
Тоже 0.1 Клей
БФ-2
0
2
5
5
12
14
Хромель-копель 0.1 Пайка
0
2
5
4
4
4
Тоже 0.1 Клей
БФ-2
0
2
5
7
18
21
Погрешность теплоотвода существенно зависит от теплопроводности материалов
термоэлектродов. С целью ее уменышения следует применять термоэлектрические
преобразователи из материалов хромель, копель, алюмель, манганин, константан,
теплопроводность которых значительно меньше, чем, например, у меди. На рис.1.2.
показаны крепления термопары на поверхности тела.
Рис.1.2. крепления термопары на поверхности тела
а-при помощи диска, б-термоэлектроды вытянуты по поверхности: 1-тело, 2-термоэлектроды, 3-спай
термопары, 4-диск.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
8
Рассмотренные способы измерения температуры поверхности применяют
преимущественно при научных исследованиях. В промышленности для технических
измерений применяют выпускаемые серийно термоэлектрические
преобразователи специальных конструкций. Рис. 1.2.
На рис. 1.3. показана установка термопреобразователя типа ТХКП-XVIII
для измерения температуры поверхности на трубопроводе 5 (или
металлической стенке) с помощью прижимов 2. Этим термоэлектрическим
преобразователем можно измерять температуру металлической поверхности до
400 С.
Рис. 1.3. Установка термоэлектрического преобразователя типа ТХКП-XVIII на поверхности
трубопровода или стенке.
Наличие тепловой изоляции (1, 4) при таком способе установки
обеспечивает достаточно хорошее совпадение температуры рабочего конца
термопреобразователя 3 и поверхности.
На рис. 1.4 показана установка термопреобразователя 1 типа ТХА-1479 для
измерения температуры поверхности трубопровода 4.
Рис. 1.4. Установка термоэлектрического преобразователя типа ТХКП-1479 на поверхности
трубопровода или стенке
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
9
В данном преобразователе рабочий конец защитной арматуры 2 помещен в
никелевую контактную пластину 6. Защитный чехол в нижней части снабжен
муфтой с наружной резьбой, которая служит для крепления
термопреобразователя в наваренной на трубопроводе бобышке 3 с внутренней
резьбой. При креплении термопреобразователя в бобышке контактная пластина
6 плотно прижимается к дополнительной никелевой прокладке 5, нижняя
поверхность которой обработана по радиусу трубопровода. Этот способ
крепления обеспечивает хороший тепловой контакт термопреобразователя с
поверхностью трубы. Наличие тепловой изоляции (7,8) значительно уменьшает
погрешность измерения за счет теплоотвода.
Если объем тела достаточно велик и возможно погружение
термопреобразователя (термоэлектрического преобразователя, термометра
сопротивления и т. п.) на достаточную глубину, то вполне обеспечивается
тепловое равновесие между измеряемым телом и термопреобразователем.
Большие трудности возникают при измерении температуры твердых тел
небольшого объема, особенно если в них имеются значительные температурные
перепады. Применяемые в этом случае термопреобразователи должны иметь
малые размеры, чтобы обеспечить измерение температуры в данном месте.
Одновременно между термопреобразователем и измеряемым твердым телом
должен быть обеспечен хороший тепловой контакт.
Наиболее пригоден в этом случае термоэлектрический термометр,
чувствительная часть которого может быть очень малой. При измерении
средней температуры тела можно применять и другие виды
термопреобразователей. Для уменьшения теплоотвода через арматуру
термопреобразователя или через термоэлектроды термометра
тепловоспринимаюшую часть следует располагать, так, чтобы она находилась в
изотермической плоскости.Рис.1.5.
Радиальная установка термометра искажает температурное поле в месте
измерения, и показания будут уменьшены (рис. 1.5, в)
При правильной установке (рис. 1.5, а, б) термоэлектрического термометра
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
10
в стенке трубы с тепловой изоляцией термоприемники расположены вдоль
изотермических поверхностей.
Рис 1..5. Варианты установки термоэлектрического преобразователя в стенке трубы с тепловой
изоляцией
При таком способе установки искажения температурного поля термометра,
пересекающего изотермы, не влияют на температуру рабочего спая; это
обеспечивает правильное измерение температуры в данном месте твердого тела.
При измерении температуры в пористых телах, имеющих неодинаковую
структуру, к спаю ТЭП помещенному внутри или на поверхности тела,
рекомендуется приваривать пластинку из медной фольги, располагая ее также вдоль
изотермической поверхности.
Измерение температуры поверхности массивных объектов ИПТ малой
толщины
ИПТ малой толщины конструктивно оформлены в виде пластинок или пленок
(обычно прямоугольной формы), длина и ширина которых намного больше их
толщины. Схематически такие ИПТ показаны на рис. 1.6. ИПТ прикрепляют
(приклеивают, приваривают, напыляют) на контролируемую поверхность. Поскольку
любой пластинчатый ИПТ, как бы тонок он ни был, обладает собственными тепловым
сопротивлением и теплоемкостью, его температура будет отличаться от
действительной температуры свободной поверхности тела.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com