|
||||||||||||||||||||||||
Меню:
Главная
Форум
Литература: Программирование и ремонт Импульсные блоки питания Неисправности и замена Радиоэлектронная аппаратура Микросхема в ТА Рубрикатор ТА Кабельные линии Обмотки и изоляция Радиоаппаратура Гибкие диски часть 2 часть 3 часть 4 часть 5 Ремонт компьютера часть 2 Аналитика: Монтаж Справочник Электроника Мощные высокочастотные транзисторы 200 микросхем Полупроводники ч.1 Часть 2 Алгоритмические проблемы 500 микросхем 500 микросхем Сортировка и поиск Монады Передача сигнала Электроника Прием сигнала Телевидиние Проектирование Эвм Оптимизация Автомобильная электроника Поляковтрансиверы Форт Тензодатчик Силовые полевые транзисторы Распределение частот Резисторные и термопарные Оберон Открытые системы шифрования Удк |
[0] К вопросу о компенсации температуры холодного спая при измерении температуры с помощью термопар Василий Кинёв, Сергей Рогожников В статье рассматривается методика компенсации температуры холодного спая при преобразовании измеренной модулем аналогового ввода программируемого контролера термо-ЭДС термопары в значение измеряемой температуры нагретого тела. Также рассмотрен пример построения библиотечного FBD-блока для измерения температуры c помощью термопары с НСХ XK(L) в программном пакете UltraLogik для модуля аналогового ввода ADAM-5018 Введение Несколько лет назад у одного из авторов статьи состоялась беседа со специалистом по метрологии, во время которой он рассказал, что на их предприятии внедряется система автоматизации и КИП одного из технологических процессов производства меди на основе программируемых контроллеров. При метрологической проверке каналов измерения температуры с помощью термопар с НСХ XK(L) обнаружена ошибка в измерении, которая в диапазоне до 6000С достигала 8 С. Позднее, при разработке FBD-библиотеки для разработки систем автоматизации и КИП с использованием программируемых в программном пакете UltraLogik контроллеров ADAM-5510, мы обнаружили одну методическую неточность в прилагаемой с пакетом FBD-библиотеке «ADAM», касающуюся компенсации температуры холодного спая. Это и явилось причиной написания данной статьи. Коротко о явлении Зеебека Измерение температуры нагретых тел с помощью термопар основано на физическом явлении, открытом в 1821 году Зеебеком (T.Seebeck). Явлением Зеебека называют возникновение электродвижущей силы Е в замкнутой электрической цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных проводников, если места их контакта (спаи) поддерживают при разных температурах. Величину Е называют термо-ЭДС [1]. На рисунке №1 изображена электрическая цепь, составленная из проводников различных материалов 1 и 2. Спаи находятся при температурах Тс и Тц>Тс. Такая цепь называется термоэлементом или термопарой. а, t ЕоЮ «12 = а2 - th> Холодный спай термопары Е0Ш «1 Горячий спай термопары Рисунок №1. Иллюстрация к явлению Зеебека (направления E0 указаны в предположении Th>Tc>00C). Из теории термоэлектрических явлений известно, что выражение для вектора плотности электрического тока j в отсутствие магнитного поля имеет вид [1]: j = -(a grad T + grad(<р - fj/e))/p(1) Здесь: T - температура, e - модуль электрического заряда электрона, р - удельное сопротивление, a - удельная термоэлектродвижущая сила, /и - химический потенциал электронов, р - электрический потенциал, (ц- ер) - электрохимический потенциал. Закон Ома для контура L: E = IR; отсюда дифференциал dE = IdR = jS(p/S)dl = p(jdl) (S- площадь сечения проводника, dl - дифференциал длины контура). Следовательно, для нахождения E нужно взять криволинейный интеграл от pj по dl, обойдя замкнутый контур L против часовой стрелки. E = jldR = j (s j = j P jd = -ja gradTdl +-§grad (/и-ep)dl = ja djdl + 0 = -jadT = dT- ja2dT = j(oc2 -a- }dT = jal2 dT LL ThTcTh = LTcThTcTc ThTcT = dE, 000dT jai2 dT -jai2 dT = E0(Th ) - E0(Tc \ где : E0(T) = jai2aY. = 0. В выражении (1) криволинейный интеграл от второго слагаемого будет равен нолю, так как электрохимический потенциал - функция непрерывная, а интеграл по замкнутому контуру от градиента непрерывной функции равен нолю. В интеграле от первого слагаемого составляющие градиента в плоскости сечения проводников равны нолю и (grad T)dl = (dT/dl)dl = dT. В результате интегрирования по замкнутому контуру L получаем формулу для вычисления E: E = Ea(T - Eo(Tc),(2) где: E0 = f(T) - функция, являющаяся интегралом от a12 = a2 - a1 по dT с переменным верхним пределом, равным T, при нижнем пределе интегрирования, равном 00С. В свою очередь a12 = dE/dT является функцией температуры и зависит от сочетания материалов 1 и 2. Приближенные значения a12 для некоторых материалов для температур, близких к 00С, приведены в таблице №1, когда вторым электродом термопары является свинец [2]. Знак «плюс» указывает, что у спая с большей температурой ток направлен в сторону от свинцового проводника к проводнику из таблицы, при знаке «минус» - в обратном направлении. T Таблица№1. Приближенные значения удельных термоэлектродвижущих сил некоторых проводников относительно свинца при 0... 1000С [2].
Значения функций E0 = f(T), называемых номинальными статическими характеристиками преобразования (НСХ), для различных типов термопар, применяемых в практике измерения температуры, затабулированы в ГОСТ 3044-84 [3]. Там же приводятся коэффициенты an полиномиальной аппроксимации данных функций E0 = f(T) = Z an Vх. На рисунке №2 приведены графики для E0(T) и a12(T) для хромель-копелевой термопары XK(L). Рисунок №2. Графики зависимости E0(T) и a12(T) для хромель-копелевой термопары XK(L). Рассмотрим пример хромель-копелевой термопары XK(L). Какова будет термо-ЭДС E, если спаи термопары находятся при температурах: Th = 6000C, Tc = 300C? Согласно ГОСТ 3044-84: E00(600) = 49,094мВ, E00(30) = 1,947мВ, следовательно, термо-ЭДС при данных температурах спаев E = 49,094 - 1,947 = 47,147мВ. Измерение температуры с помощью термопар Важным для нас является следующее свойство явления Зеебека [1]: если в разрыв одной из ветвей термоэлемента (термопары) включить последовательно любое количество проводников другого состава, все спаи которых находятся при одной и той же температуре, то термо-ЭДС в такой цепи будет равна термо-ЭДС исходного термоэлемента (термопары). Это свойство позволяет нам включить в цепь термопары, со стороны холодного спая, какой-либо измерительный прибор для измерения термо-ЭДС E: милливольтметр, АЦП модуля аналогового ввода контроллера и так далее. Поставим задачу: известен тип термопары (известна функция E0 = f(T)), известно (измерено) значение термо-ЭДС Е, известна (измерена) температура холодного спая Tc; как вычислить температуру горячего спая Th? Вернемся к соотношению (2) E = E0(Th) - E0(Tc), которое разрешим относительно E0(Th): E0(Th) = E + E0(Tc). Нам известна по ГОСТ 3044-84 функция E0 = f(T) = Z an T, следовательно, E0(Tc) мы можем вычислить и правая часть E + E0(Tc) будет известна. Располагая табличными значениями функции E0 = f(T), можно, например, методом наименьших квадратов построить полиномиальную аппроксимацию обратной к ней функции T = f ~1(E0) = Z bk E0k. Такие полиномы для применяющихся в практике термопар построены, в частности, в библиотеке «Нормализаторы» программного пакета UltraLogik. Таким образом, мы можем вычислить Th по формуле: Th = f -1(E0(Th)) = f -1(E + E0(Tc)) = Z bk (E + Zan Tcn)k(3) |
Среды: Smalltalk80 MicroCap Local bus Bios Pci 12С ML Микроконтроллеры: Atmel Intel Holtek AVR MSP430 Microchip Книги: Емкостный датчик 500 схем для радиолюбителей часть 2 (4) Структура компьютерных программ Автоматическая коммутация Кондиционирование и вентиляция Ошибки при монтаже Схемы звуковоспроизведения Дроссели для питания Блоки питания Детекторы перемещения Теория электропривода Адаптивное управление Измерение параметров Печатная плата pcad pcb Физика цвета Управлении софтверными проектами Математический аппарат Битовые строки Микроконтроллер nios Команды управления выполнением программы Перехода от ahdl к vhdl Холодный спай Усилители hi-fi Электронные часы Сердечники из распылённого железа Анализ алгоритмов 8-разрядные КМОП Классификация МПК История Устройства автоматики Системы и сети Частотность Справочник микросхем Вторичного электропитания Типы видеомониторов Радиобиблиотека Электронные системы Бесконтекстный язык Управление техническими системами Монтаж печатных плат Работа с коммуникациями Создание библиотечного компонента Нейрокомпьютерная техника Parser Пи-регулятор ч.1 ПИ-регулятор ч.2 Обработка списков Интегральные схемы Шина ISAВ Шина PCI Прикладная криптография Нетематическое: Взрывной автогидролиз Нечеткая логика Бытовые установки (укр) Автоматизация проектирования Сбор и защита Дискретная математика Kb радиостанция Энергетика Ретро: Прием в автомобиле Управление шаговым двигателем Магнитная запись Ремонт микроволновки Дискретные системы часть 2 | ||||||||||||||||||||||