Теплообмен среды и термометра

Любой измеритель температуры независимо от его конструкции часто называют термометром. При измерении температуры среды путем

погружения в нее какого-либо термометра он всегда измеряет только свою собственную температуру. Будет ли температура термометра равна температуре среды, близка к ней или же разница температур будет значительной, зависит от многих условий. Поэтому при монтаже измерителя температуры необходимо убедиться в том, что условия измерения обеспечивают минимально возможную разность между температурой среды и термометра.

Основные факторы теплообмена между средой и погруженной в нее частью термометра при промышленных измерениях следующие:

а) влияние теплового потока по арматуре термометра (т. е. влияние теплопроводности);

б) влияние лучеиспускания;

в) влияние положения измерителя температуры относительно потока среды;

г) динамические погрешности из-за тепловой инерции.

Влияние теплопроводности

Если измеритель температуры погружен в среду целиком, то через него не подводится и не отводится тепло к месту измерения.

В большинстве случаев термопреобразователь сопротивления находится на границе двух сред с разными температурными полями. Поэтому сам термопреобразователь или соприкасающиеся с ним элементы являются каналом теплообмена.

Теплообмен термопреобразователя с измеряемой средой зависит также от условий обтекания, микрогеометрии и цвета поверхности, интенсивности лучистого теплообмена и других конкретных условий.

Существенное значение имеют также масса, поверхность и теплоемкость самого термопреобразователя, определяющие его тепловую инерцию.

Сложный динамический характер теплового взаимодействия термопреобразователя и среды определяет величину погрешности собственно датчика.

Значительные погрешности возникают в термопреобразователях, помещенных в металлический чехол или гильзу. На рис.4.1. показан случай измерения термометром, погруженным в гильзу.

Рассмотрим возникающую здесь погрешность. Обозначим: t_н – истинная температура среды; t₁ – температура в конце гильзы (показание термометра); t₀ –температура гильзы у ее верха; 1 – длина гильзы, м; а – коэффициент теплоотдачи от среды к гильзе, ккал/м² • ч • град; l – коэффициент теплопроводности материала гильзы, ккал/м * ч • град; f – площадь поперечного сечения гильзы, м²; U = pd, где d – наружный диаметр гильзы, м.

Обозначим через m,