Термоэлектрические термометры. Принцип действия термопары. Область применения. Основные разновидности термометров, применяемых в авиации. Электрические схемы. Особенности конструкции датчика, указателя, сопряжение с каналом связи. Иллюстрация аддитивной и мультипликативной погрешностей и методы их компенсации.
Термоэлектрические термометры в авиации используются в основном для измерения температуры отдельных частей силовых установок и газовых потоков, выходящих из реактивного сопла двигателя. Принцип действия термоэлектрического термометра основан на использовании термоэлектрического эффекта.
Явление термоэлектричества заключается в возникновении термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) в спае двух проводников из двух разнородных токопроводящих материалов при наличии разности температур места соединения проводников и их свободных концов.
Сплавы: ХК – хромель-капель, ХА – хромель-алюмель, НЖ-СК – никель железо - спец. алюмель, НК-СА – никель кобальт – спец. алюмель.
В обоих спаях возникает одинаковая по величин, но обратная по знаку контактная разность потенциалов, причем суммарная термоЭДС в замкнутой цепи равна нулю. При нагреве одного из спаев до температуры tГС электроны на горячем конце приобретут более высокие энергии и скорости, чем на холодном. Возникающие в результате этого потоки электронов и связанные с ними накопления зарядов приводят к тому, что контактная разность потенциалов в нагретом спае, увеличивается, а в холодном остается прежней. В результат возникает термоЭДС, зависящая от разности температур tГС – tХС. В цепи потечет ток. Направление тока зависит только от материала термоэлектродов. Условились называть положительным тот электрод, по направлению к которому течет ток через горячий спай (положительный - А).
Для большинства термопар контактные ЭДС возникают при любых температурах и являются их линейными функциями, так что можно принять
Таким образом, измеряя термоЭДС, развиваемую термопарой, можно определить температуру горячего спая. В этом и состоит принцип действия термоэлектрических термометров.
Электродвижущую силу, развиваемую термопарой,можно измерить с помощью гальванометра или компенсационным методом (логометром).
По своему назначению авиационные термоэлектрические термометры можно разделить на три группы.
К первой группе относятся термометры типа ТВГ, ИТГ и ТСТ, служащие для измерения температуры выходящих газов турбореактивных, турбовинтовых авиационных двигателей и турбостартеров.
Ко второй группе относятся термометры типа ТЦТ, измеряющие температуру головок цилиндров поршневых двигателей и других твердых тел.
В третью группу объединяются измерительные системы типа ИТ, ИА, предназначенные для измерения температуры газов, выходящих из реактивного сопла двигателе и турбин низкого и высокого давления.
Температура чувствительного элемента может быть равна температуре окружающей среды или от нее отличаться, это зависит от формы материала и расположения ч.э. Любой ч.э. искажает инфу, и это происходит за счет передачи тепловой энергии через различные устройства. При измерении температуры выходных газов имеющих большие скорости особое значение приобретает переход тепловой энергии в местах торможения газового потока. В этих местах т-ра термоприемника может значительно отличаться от температуры потока. Это вызвано преобразованием кинетической энергии газового потока в потенциальную, что приводит к увеличению температуры. Степень отклонения т-ры ч.э. определяется рядом параметров.
где ТТ – температура торможения газового потока
Т – истинная температура; V – скорость газового потока; r – коэффициент торможения; I – механический эквивалент температуры; Cp – теплоемкость измеряемого потока.
В идеальном случае r=0.98, r=1 невозможно при V≥300 м/с
Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется, свойственны следующие методические погрешности.
1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности. Эта погрешность обусловлена тем, что температура стенок трубопровода отличается от измеряемой температуры газа или жидкости, текущих по этому трубопроводу. В результате наряду с полезным теплообменом между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности.
2. Погрешность от неполного торможения газового потока. В термометрах, предназначенных для измерения истинной температуры Т встречного потока воздуха, возникает погрешность, причиной которой является повышение температуры датчика из-за перехода в тепло кинетической энергии потока воздуха при его торможении датчиком.
3. Динамическая погрешность. Эта погрешность обусловлена тем, что тепло передается от среды к чувствительному элементу с некоторым запаздыванием вследствие конечной скорости передачи тепла, зависящей от материала, массы и поверхности термопатрона.