2020-06-29
386
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Тип термопреобразователя………………………… (справочные данные из каталога)
Температура контролируемой среды ……………………………………..(по заданию)
Материал защитного чехла термопреобразователя …………………... ….. (справочные данные из каталога, как правило 12Х18Н10Т или 08Х18Н10Т)
Диаметр защитного чехла термопреобразователя….(справочные данные из каталога)
Скорость среды в трубопроводе …………………………………... υ = м/с [4 ]
Длина погружаемой части термоприемника ………………………. l = мм
Давление контролируемой среды ………………………………….. Р = МПа
Толщина стенки термоприемника ………………………………….. δ = мм
Постоянная Стефана-Больцмана…………………………………. Со =5,67 Вт /(м2 К -4 )
2.1 Определение необходимых для расчета данных
2.1.1 Плотность измеряемой среды
ρ = кг / м3 [3 ]
2.1.2 Коэффициент теплопроводности измеряемой среды
|
|
|
λср = Вт / (м·К) [3 ]
2.1.3 Коэффициент динамической вязкости среды
η = Па · с [3 ]
Примечание: 1 Па · с = 0,102 кгс · с/ м2 .
2.1.4 Коэффициент кинематической вязкости измеряемой среды
ν = м 2 /с [3 ]
Можно вычислить по формуле
ν = η / ρ [3 ]
2.1.5 Удельная теплоемкость среды при постоянном давлении
С ρ = Дж / (кг·К) [ 3]
2.1.6 Число Прандтля
Pr = (η · С ρ) / λср [3 ]
6
2.1.7 Коэффициент теплопроводности материала термопреобразователя (трубки)
λм . = Вт/(м ·К) [ 25, 27]
2.1.8Коэффициент теплового излучения чехла термопреобразователя
εТ = [25 ]
2.1.7 Приведенный коэффициент теплового излучения чехла термопреобразователя, характеризующий лучистый теплообмен между термопреобразователем и стенками трубопровода
|
|
|
ε =
Так как поверхность стенки трубопровода значительно больше поверхности чехла термопреобразователя, то можно считать, что ε= εТ (εТ - коэффициент черноты чехла термопреобразователя)
2.1.8 Коэффициент излучения поверхности термопреобразователя
С = Со ε = Вт /(м2 К -4 ) [18 ]
При определении необходимых для расчета данных возможно использование данных Таблицы 1 [25,27 ]
Таблица 1-Теплофизические свойства материала защитного чехла термопреобразователя
| Материал | t, oC | ρ, 103*кг/м3 | Ср, кДж/(кг*град) | λм, Вт/(м*град) | Примечание |
| 12Х18Н10Т | 100 200 300 400 500 600 700 800 | 7,9 | 0,502 | 16,0 17,6 19,2 20,8 22,3 23,8 25,5 27,6 | При t= 500оС εТ = 0,35 |
2.2 Погрешность измерения температуры, вызванная лучистым теплообменом
между термопреобразователями и окружающими его телами, определяется по формуле:
Δt из.л.=Тт – Тср.= - С/α [(Тт/100)4 - (Тв.с./100)4], [6, 10, 18 ]
где Тт – собственная температура рабочей части термопреобразователя, К;
Тср ..- температура измеряемой среды, протекающей в трубопроводе, К;
С – коэффициент излучения поверхности термопреобразователя, Вт/(м2·К4);
α - коэффициент теплоотдачи конвекцией между термопреобразователем и
измеряемой средой, Вт/(м2·К);
Тв.с - температура внутренней стенки трубопровода, по которому протекает
измеряемая среда, К.
7
Как показывают подсчеты температура внутренней стенки трубопровода на 2÷3°С ниже температуры измеряемой среды.
Для определения погрешности измерения температуры, вызванной лучистым теплообменом необходимо определить:
а) Число Рейнольдса, подсчитывается по формуле:
Re =(υ· d) / ν, [18, 25 ]
где ν - коэффициент кинематической вязкости измеряемой среды, м2/с;
d - диаметр защитного чехла термоприемника, м;
υ - скорость среды в трубопроводе, м/с.
б) Число Нуссельта подсчитывается по уравнениями:
при 5 < Re < 10 3 Nи= 0,5Re 0.5 · Pr 0.38, [25 ]
при 10 3 < Re < 2· 10 5 Nи= 0,25Re 0.6 · Pr 0.38, [25 ]
при Re = 3· 10 5 ÷ 2· 10 6 Nи= 0,023Re 0.8 · Pr 0.37, [25 ]
где Re - число Рейнольдса;
Pr - число Прандтля.
в) Коэффициент теплоотдачи подсчитывается по формуле:
α = (Nи · λср)/d, [18, 25 ]
где λср - коэффициент теплопроводности измеряемой среды, Вт/(м·К);
d - диаметр защитного чехла термоприемника (преобразователя
термоэлектрического, термопреобразоватля сопротивления), м;
Nи - число Нуссельта.
2.3 Погрешность при измерении температуры среды обусловленная отводом или подводом тепла по термоприемнику
При измерении температуры среды термоприемник устанавливают в различных местах технологического оборудования и закрепляют его тем или иным способом в стенах. При этом температура мест закрепления термоприемника обычно отличается от температуры среды. Вследствие этого распределение температур по длине термопреобразователя будет неравномерным и из-за теплоотвода температура рабочей части термоприемника может отличаться от действительной температуры среды.
|
|
|
Порядок возможной погрешности измерения определяют расчетным путем при допущении, что термоприемник представляет собой трубу длиной ℓ, один конец которого закреплен в стенке, например, трубопровода.
8
Температура tСТ у основания термоприемника, то есть в месте соединения его со стенкой трубопровода, отличается от температуры tТ - температура рабочей части термоприемника, а вместе с тем и от температуры tЖ измеряемой среды. Температура tСТ приблизительно принимается равной температуре tНС наружной стенки трубопровода.
Рисунок 1- Схема установки идеализированного термоприемника без выступающей части
Погрешность, вызванную отводом тепла теплопроводностью по чехлу термопреобразователя, можно определить по формуле:
Δм.υ. т.= Δt = tТ – tж = − (tж – tСТ ) / ch(ℓm) [10, 18, 25 ]
где tТ – собственная температура рабочей части термопреобразователя, оС;
tж - температура измеряемой среды, протекающей в трубопроводе, оС;
t СТ – температура внутренней стенки трубопровода, по которому протекает измеряемая среда, оС;
При хорошей теплоизоляции tст на 2-3 °С ниже температуры измеряемой среды t ж. При некачественной теплоизоляции разница между tж – tст может составлять до 10°С.
ℓ - длинна погруженной части термоприемника, м.
Определение необходимых для расчета данных:
а) Определение вспомогательной величины m
, [10, 18, 25 ]
где α - коэффициент теплоотдачи от среды к термоприемнику, Вт/(м2· К);
λм . – коэффициент теплопроводности материала теплоприемника, Вт/(м· К);
δ – толщина стенки термоприемника, м.
9
б) Определение вспомогательной величины ch (гиперболический косинус)
ch (lm) =;
|
|
|
Определение погрешности обусловленная теплопроводностью
Δм.υ. т.= Δt = tТ – tж = − (tж – tСТ ) / ch(ℓm)
Если чувствительный элемент термоприёмника, например, у термопреобразователя сопротивления имеют большой размер чувствительного элемента, который расположен на некоторой длине lч.э., то методическая погрешность определяется по формуле:
, [10, 18, 25 ]
где t'Т – средняя температура рабочей части термоприемника;
lч.э.- длинна чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления, м;
b = lч.э./l – относительная длина участка осреднения температуры;
shx - гиперболический синус
shx = (е x- е –x)/2,
где x = l m b.
3. Погрешность градуировки термопреобразователя
3.1 Погрешность градуировки термоэлектрического преобразователя Δtг . не должна превышать допустимого значения основной погрешности, определенной по соответствующим формулам для данной номинальной статической характеристики преобразователя. Формулы приведены в ГОСТ 3044-84.
Таблица 2- Пределы допустимых основных погрешностей преобразователей термоэлектрических при температуре свободных концов tо = 00С
| Тип | Градуировка | Интервалы температур, о С | Пределы допустимых основных погрешностей, мВ |
| ТПП ТПР ТВР ТХА ТХК | S B A K L | 0 ÷300 свыше 300 ÷ 1600 свыше 300 ÷1800 0 ÷ 1000 свыше 1000 ÷ 1800 - 50 ÷300 свыше 300 ÷ 1300 - 50 ÷300 свыше 300 ÷800 | ∆ ЕТ = 0,01 ∆ЕТ = 0,01 + 2,5•10 -5 (t – 300) ∆ЕТ = 0,01 + 3,3•10 –5 (t – 300) ∆ ЕТ = 0,080 ∆ЕТ = 0,080 + 4,0•10 -5 (t – 1000) ∆ ЕТ = 0,16 ∆ЕТ = 0,16 + 2,0•10 -4 (t – 300) ∆ ЕТ = 0,200 ∆ЕТ = 0,2 + 6,0•10 -4 (t – 300) |
10
3.2 Погрешность градуировки термопреобразователя сопротивления Δtг не должна превышать допустимое значение основной погрешности и может быть определена по формуле
[10, 18, 25 ]
где a и b – постоянные коэффициенты, значения которых выбираются из таблицы 3 ГОСТ ЭД 1 6651-83.
Таблица 3- Максимально допустимые отклонения от градуировочных значений, для термопреобразователей сопротивления
| Тип | Класс точности | Интервал температур, оС | Максимально допустимое отклонение, Δt, оС |
| ТСП ТСП ТСМ ТСМ | 1 2 2 3 | 0 ÷ 650 0 ÷ (-200) 0 ÷ 650 0 ÷ (-200) - 50 ÷ (+ 180) - 50 ÷ (+ 180) | ÷ (0,15 + 3,0•10 - 3 t) ÷ (0,15 + 4,5•10 - 3 t) ÷ (0,30 + 4,5•10 - 3 t) ÷ (0,30 + 6,0•10 - 3 t) ÷ (0,30 + 3,5•10 - 3 t) ÷ (0,30 +6,0•10 - 3 t) |
Примечание: Максимально допустимое отклонение (Ом)
где
R100 - сопротивление термопреобразователя сопротивления при 1000 С;
R 0 - сопротивление термопреобразователя сопротивления при 00 С.
4 Погрешность за счет нагрева измерительным током для термопреобразователей сопротивления определяется согласно ГОСТ 6651-84 экспериментально при погружении чувствительного элемента в лёд. Погрешность не должна превышать для платиновых термопреобразователей 0,2 К, для медных – 0,4 К при рассеиваемой мощности не более 10 мВт. Для термоэлектрических преобразователей эта погрешность равна нулю.
Общий вывод:
По окончании расчета необходимо перечислить источники погрешностей выбранного преобразователя и проанализировать их исходя из следующих факторов влияющих на результат измерения: конструкции термопреобразователя; характеристики объекта измерения; способа монтажа термопреобразователя на объекте измерения и т.д.
11
