ГЛАВА ШЕСТАЯ. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТНЫМИ МЕТОДАМИ, ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ И СПОСОБЫ ИХ УЧЕТА И УМЕНЬШЕНИЯ

6-1. Общие методические указания

Рассмотренные выше контактные методы и средства измерения температуры широко применяются при контроле и автоматизации различных технологических процессов, а также при проведений исследований. Точность измерения температуры, так. же как и других величин, зависит от выбранного метода измерения, от метрологических и динамических характеристик средств измерения, от условий измерения и ряда других причин. Поэтому выбор метода и средств измерения температуры необходимо производить в зависимости от поставленной задачи, требуемой точности и условий измерения.

Под средствами измерения температуры мы будем понимать жидкостные термометры, манометрические термометры и измерительные Комплекты, состоящие из термометров сопротивления или термоэлектрических термометров с соответствующими вторичными приборами, нормирующими преобразователями и другими измерительными устройствами. При выборе средств измерения температуры необходимо иметь в виду не ту точность, которая свойственна им

при работе в нормальных условиях, а ту точность, которую приборы могут обеспечить в данных эксплуатационных условиях.

Одновременно с выбором средств измерений в зависимости от их метрологических и динамических характеристик должен стоять вопрос о минимальном и максимальном значениях измеряемой температуры, а следовательно, и о выборе шкалы прибора или диапазона преобразования нормирующего преобразователя. Это связано с тем, что допускаемые погрешности манометрических термометров, Еторичных приборов и нормирующих преобразователей выражены в виде приведенных погрешностей в процентах от диапазона измерения (нормирующего значения). Вследствие этого для обеспечения наибольшей точности измерения желательно выбирать вторичный прибор по возможности с безнулевой шкалой, а нормирующий преобразователь — с безнулевым диапазоном преобразования, кроме того, максимальная измеряемая температура должна быть близка к верхнему пределу измерения или диапазона преобразования.

Условия работы вторичных приборов, нормирующих преобразователей и манометрических термометров бывают различны, а именно: при температуре выше или ниже нормальной области значений (например, при воздействии других влияющих величин (§ 1-5), в местах, подверженных вибрации или с наличием внешних электрических и магнитных полей. Внешние условия, при которых должны работать приборы, могут сильно влиять на точность измерения, что необходимо учитывать при выборе места их установки.

Если вторичные приборы или нормирующие преобразователи работают при температуре окружающего воздуха ниже или выше нормальной области значений, то ввести поправку в их показания в большинстве случаев не представляется возможным. Это объясняется тем, что ни знак, ни числовое значение дополнительных погрешностей этих приборов, возникающих при отклонении влияющих величин от нормальных значений или нормальной области их значений, нам не известны, так как они нормируются со знаками плюс и минус (§ 1-5). В этом случае остается единственный путь— увеличивать на соответствующее значение погрешность измерения (§ 1-7). Следует также иметь в виду, что отклонение влияющих величин не должно превышать определенных — нормированных пределов расширенной области их значений, например, в эксплуатационных условиях температура среды, окружающей вторичные приборы, не должна быть ниже или выше среда не должна быть силыго запыленной и не должна разрушающе действовать на приборы. В противном случае необходимо применять специальные защитные устройства или какие-либо другие меры, обеспечивающие удовлетворительные условия работы приборов. Если приборы монтируются на щитах управления, то последние должны устанавливаться в специальных помещениях. В тех случаях, когда приходится устанавливать приборы в таких местах, где вибрация неустранима, применяют амортизаторы или выбирают специальные

приборы, если вторичныи прибор устанавливается на амортизаторах, то провода к нему должны подводиться при помощи гибкого шлангового соединения.

Точность измерения стационарных температур зависит не только от предела допускаемых основной и дополнительных погрешностей применяемых средств измерения, а в равной мере и от условий измерения, от выбранного места, способа установки термоприемника и ряда других причин. Это обусловлено тем, что при применении контактных методов измерения температуры первичный преобразователь (термоприемник) Находится в непосредственном контакте со средой, температура которой измеряется. В этих условиях термоприемник является для среды посторонним телом и в той или иной степени нарушает первоначальное температурное поле среды в месте его установки. Средства измерения температуры, на каком бы принципе действия они ни были основаны, показывают только собственную температуру термоприемника, или, точнее, температуру рабочей части (чувствительного элемента) термоприемника. При этом необходимо учитывать, что собственная температура термоприемника по ряду причин может отличаться от действительной температуры среды. При измерении стационарных температур такими причинами являются теплообмен излучением между термоприемником и окружающими его телами, отвод или подвод тепла по термоприемнику вследствие теплопроводности, торможение потока газа и другие причины.

Систематические погрешности измерения стационарных температур, обусловленные указанными причинами, относятся к методическим погрешностям измерения. Для устранения или уменьшения методических погрешностей, происходящих вследствие теплообмена излучением и теплопроводности, необходимо прежде всего обеспечить рациональную и правильную установку термоприемника, а также осуществлять ряд других мероприятий, рассматриваемых ниже.

При измерении стационарных температур в каком-либо месте внутри или на поверхности твердого тела, а также жидкости или газа (пара), движущегося с небольшой (умеренной) скоростью, собственную температуру термоприемника принимают за действительную температуру среды с некоторой методической погрешностью, если ею нельзя пренебречь. Оценка же погрешности результата измерения стационарных температур производится в соответствии с указаниями, сделанными в § 1-4 и 1-7.

При измерении температуры газовых потоков большой скорости, как будет показано ниже (§ 6-5), собственная температура термоприемника не равна действительной (термодинамической) температуре движущегося газа.

При измерении температуры, меняющейся во времени, могут иметь место, наряду с методическими погрешностями, также и динамические погрешности (§ 1-6). Измерению температуры газового потока, меняющейся во времени, при переменных коэффициентах

теплообмена посвящено большое количество работ [37, 38, 27, 39]. Однако до настоящего времени еще не разработана единая инженерная методика оценки динамических погрешностей измерения температуры, меняющейся во времени при переменных коэффициентах теплообмена. Причинами этого являются не столько сложности математического порядка, сколько недостаточность сведений о характере возможных изменений температуры среды, ее скорости, малая изученность процессов нестационарного конвективного теплообмена.

Ниже рассматриваются возможные источники методических погрешностей при различных условиях измерения температуры, а также мероприятия, реализация которых позволяет свести эти погрешности к минимуму. Следует отметить, что задача определения методических погрешностей измерения стационарных температур за счет теплообмена излучением и теплопроводности должна решаться путем совместного учета обоих факторов. Однако с целью упрощения и наглядности ниже рассматриваются отдельно погрешности измерения, происходящие вследствие теплообмена излучением, и погрешности, обусловленные теплопроводностью,