عوامل اصلی موثر بر خطای اندازه گیری ترموکوپل ها

عوامل اصلی موثر بر خطاهای اندازه گیری عبارتند از: عمق درج ترموکوپل، زمان پاسخ، تابش حرارتی و امپدانس حرارتی.
1. تاثیر زمان پاسخ
اصل اساسی اندازه گیری دمای تماس این است که عنصر اندازه گیری دما باید با جسم مورد اندازه گیری به تعادل حرارتی برسد. بنابراین لازم است یک دوره زمانی مشخص در طول اندازه گیری دما حفظ شود تا تعادل حرارتی بین این دو حاصل شود. طول زمان نگهداری مربوط به زمان پاسخ حرارتی عنصر اندازه گیری دما است. زمان پاسخ حرارتی عمدتاً به ساختار و شرایط اندازه گیری سنسور بستگی دارد و تفاوت های قابل توجهی دارد. برای رسانه های گازی، به ویژه گازهای ساکن، تعادل باید حداقل 30 دقیقه یا بیشتر حفظ شود.
برای مایعات، سریعترین زمان باید حداقل 5 دقیقه باشد. برای مکان آزمایش دائماً در حال تغییر دما، به ویژه فرآیند تغییر لحظه ای، اگر کل فرآیند تنها 1 ثانیه باشد، زمان پاسخ سنسور لازم است در سطح میلی ثانیه باشد. بنابراین، سنسورهای معمولی دمایی نه تنها نمی توانند با سرعت تغییر دمای جسم اندازه گیری شده هماهنگی کنند، بلکه به دلیل عدم توانایی در رسیدن به تعادل حرارتی، خطاهای اندازه گیری ایجاد می کنند. بهتر است سنسوری با پاسخ سریع انتخاب کنید. برای ترموکوپل ها علاوه بر تاثیر لوله های محافظ، قطر انتهای اندازه گیری ترموکوپل نیز عامل اصلی است، یعنی هر چه سیم ترموکوپل نازک تر باشد، قطر انتهای اندازه گیری کمتر و حرارت آن کوتاه تر باشد. زمان پاسخ. خطای پاسخ حرارتی عنصر اندازه گیری دما را می توان با رابطه زیر تعیین کرد.
٪ce٪94٪ce٪b8٪7b٪7b٪7b٪7b1٪7d٪7d٪7d٪7d٪ce٪94٪ce٪b8 0exp (- t)٪2f ٪cf٪84)
در فرمول، t - زمان اندازه گیری S،
Δθ- خطای ناشی از عنصر اندازه گیری دما در زمان t، K یا درجه
Δθ خطای ناشی از عنصر اندازه‌گیری دما در زمان 0- "t=0"، K یا درجه
τ- ثابت زمانی S
E - پایه لگاریتم های طبیعی (2.718)
بنابراین، وقتی t{{0}} τ When، سپس Δθ=Δθ 0/e 0.368 است،
اگر t{{0}} τ When، سپس Δθ=Δθ 0/e2 0.135 است.
هنگامی که دمای جسم آزمایش شده در سرعت معینی باشد هنگامی که (k/s یا درجه /s) افزایش یا کاهش می یابد، خطای پاسخ ایجاد شده پس از زمان کافی را می توان به صورت زیر بیان کرد:
Δθ∞=- τ
در فرمول Δθ∞- خطای ناشی از عنصر اندازه گیری دما پس از زمان کافی.
همانطور که از موارد بالا مشاهده می شود، خطای پاسخ مربوط به ثابت زمانی (τ) مستقیماً متناسب است. به منظور بهبود کارایی کالیبراسیون، بسیاری از شرکت ها از دستگاه های کالیبراسیون خودکار برای کالیبره کردن ترموکوپل های ورودی استفاده می کنند. با این حال، این دستگاه خیلی کامل نیست. کارگاه عملیات حرارتی کارخانه دوم انتقال خودرو دریافته است که اگر زمان دمای ثابت در 400 درجه برای رسیدن به تعادل حرارتی کافی نباشد، قضاوت نادرست آسان است.

2. تاثیر عمق درج
انتخاب نقاط اندازه گیری دما
عمق درج b
هنگامی که ترموکوپل در محل آزمایش قرار می گیرد، جریان گرما در جهت طول سنسور ایجاد می شود. هنگامی که دمای محیط پایین باشد، اتلاف حرارت وجود خواهد داشت. ایجاد خطاهای اندازه گیری دما به دلیل ناسازگاری دما بین ترموکوپل و جسم اندازه گیری شده. به طور خلاصه، خطاهای ناشی از هدایت حرارتی مربوط به عمق درج است.
عمق درج مربوط به مواد لوله محافظ است. به دلیل هدایت حرارتی خوب، عمق درج لوله‌های محافظ فلزی باید عمیق‌تر باشد (حدود 15-20 برابر قطر). مواد سرامیکی عملکرد عایق خوبی دارند و می توان آنها را کم عمق تر (حدود 10-15 برابر قطر) وارد کرد. برای اندازه‌گیری دمای مهندسی، عمق درج نیز به این بستگی دارد که جسم اندازه‌گیری در حالت ایستا یا جاری است. به عنوان مثال، اندازه گیری دمای یک مایع جاری یا جریان هوا با سرعت بالا مشمول محدودیت های فوق نخواهد بود. عمق درج می تواند کمتر باشد و مقدار خاص باید با آزمایش تعیین شود.
3. تاثیر تابش حرارتی
ترموکوپلی که برای اندازه گیری دما در کوره قرار می گیرد، توسط تابش حرارتی ساطع شده از اجسام با دمای بالا گرم می شود. با فرض شفاف بودن گاز داخل کوره و زمانی که اختلاف دما بین ترموکوپل و دیواره کوره زیاد باشد، خطاهای اندازه گیری دما به دلیل تبادل انرژی رخ می دهد.
انرژی تابشی که بین این دو در یک واحد زمان مبادله می شود P است که می توان آن را به صورت زیر بیان کرد:
P{0}} در (Tw4 Tt4) (2-3)
در فرمول σ- ثابت استفان بولتز
ε- انتشار
Tt - دمای ترموکوپل، K
Tw - دمای دیواره کوره، K
در یک واحد زمان، تبادل انرژی بین ترموکوپل و گاز اطراف (دمای T) از طریق همرفت و رسانش گرما P' است.
P ′= A (T-Tt) (2-4)
در فرمول - هدایت حرارتی
الف - سطح ترموکوپل
در شرایط عادی، P{0}}P با خطای زیر:
Tt-T= در (Tt4 Tw4)/ А (2-5)
برای یک واحد مساحت، خطا این است
Tt-T= در (Tt4 Tw4)/ (2-6)
بنابراین برای کاهش خطاهای تابش حرارتی باید رسانش گرما را افزایش داد و دمای دیواره کوره Tw را تا حد امکان به دمای Tt ترموکوپل نزدیک کرد.