Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется (сюда не входят пирометры излучения), 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 средой и датчиком возникает вредный теплообмен между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности (вследствие оттока тепла к месту крепления датчика). Это приводит к тому, что температура датчика отличается от температуры среды и возникает методическая погрешность [1]. Для уменьшения этой погрешности следует увеличивать длину погруженной части и периметр датчика, уменьшать толщину стенок, теплоизолировать внутреннюю поверхность трубопровода, непогруженную часть датчика и место его крепления.
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.
Температура полного торможения
,
Температура датчика вследствие неполного торможения потока не достигает температуры ТП, она определяется по формуле
,
где r – коэффициент торможения, зависящий от формы датчика.
Для некоторых форм датчика коэффициент r имеет следующие значения:
для цилиндра, расположенного поперек потока, r = 0,65;
для цилиндра, расположенного вдоль потока, r =0,87;
для сферы r = 0,75.
Относительная погрешность измерения истинной температуры
.
Эта погрешность может быть учтена введением поправки; в навигационных вычислительных устройствах эта поправка вводится автоматически.
В термометрах, предназначенных для измерения температуры ТП заторможенных газов, погрешность возникает из-за неполного торможения потока датчиком.
Относительная погрешность измерения температуры торможения
.
Эту погрешность также можно учесть введением поправки.
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.
Тепловая инерция термометра в линейном приближении характеризуется его передаточной функцией (3.3):
,
где ST – чувствительность
Т1 – постоянная времени ()
С – удельная теплоемкость
m – масса
- коэффициент теплопередачи
F – поверхность.
Величина динамической погрешности зависит от характера изменения измеряемой температуры во времени.
Например, при изменении с постоянной скоростью динамическая погрешность будет
.
Для уменьшения динамической погрешности следует уменьшать Т1 за счет уменьшения с и m и увеличения и F.
Величина возрастает при увеличении скорости движения среды.