Данная формула лежит в основе вычисления температуры горячего спая термопары с помощью измерения термо-ЭДС термопары и температуры холодного спая термопары.

Вернемся к рассмотренному ранее примеру хромель-копелевой термопары XK(L): предположим, что мы измерили термо-ЭДС E = 47,147мВ, измерили температуру холодного спая Tc = 300C. Какова температура Th горячего спая?

Находим E + £ an Tc" = 47,147 + 1,947 = 49,094мВ. Отсюда: Th = f -1(49,094) = 6000C.

Пусть функция E0 = f(T), график которой проходит через начало координат, пренебрежительно мало отличается от линейной функции. Тогда и график функции T = f -1(E0) также проходит через начало координат, и пренебрежительно мало отличается от прямой линии. В этом случае можно приближенно предположить:

Th = f-1(Eo(Th)) = f-1(E + f (Tc)) = f-1(E) + f -1( f (Tc)) = f -1(E) + Tc = £ bk E + Tc (4)

Если это свойство распространить на функции, график которых значительно отличается от прямой линии, то использование формулы (4) приведет к неоправданной погрешности вычислений.

Еще раз вернемся к рассмотренному выше примеру с XK(L): E = 47,147мВ, Tc = 300C. Если применить формулу (4), то получим: Th = f -1(47,147) + 30 = 577,82 + 30 = 607,820С. Ошибка составляет: AT = 7,820C (5Th = 1,3%). Полагаем, что это как раз те восемь градусов, о которых упоминалось в начале данной статьи.

FBD-блок для термопары XK(L) для ADAM-5018

Рассмотрим пример построения в программном пакете UltraLogik библиотечного FBD-блока для хромель-копелевой термопары с НСХ XK(L) по ГОСТ 3044-84. Блок построен на основании формулы (3). Коэффициенты bk взяты из библиотеки «Нормализаторы». Для нахождения E0(Tc) построен полином второй степени, так как в интервале -20...+50°С он дает результаты с хорошей точностью и нет необходимости использовать из ГОСТ 3044-84 полином восьмой степени, построенный для температур -200.. .+8000С.

Таблица №2. Сравнение полинома E0(Tc) = Tc (0,06325 + 0,000055 Tc) с данными из [3].

Реализация и внешний вид FBD-блока SENSOR TC L показан на рисунке №3. Блок предназначен для измерения температуры в интервале 0...6000C термопарой ХК) с помощью модуля ADAM-5018, сконфигурированного под биполярный сигнал с разрешением 16bit. Входы и выходы блока:

Inp (INTEGER) - вход кода с модуля ADAM-5018,

Gnf (INTEGER) - коэффициент усиления конфигурации модуля ADAM-5018,

CMP (FLOAT) - коэффициент коррекции преобразования напряжения в код, CJC (FLOAT) - температура холодного спая в 0С, MES (FLOAT) - температура горячего спая в 0С.

Использованные здесь библиотечные блоки FUNCLINE и FUNCPOL8 вычисляют значение линейной функции y = a0+a1x и значение полинома 8 степениy = a0+a1x + ...+a&x8 соответственно и в пояснениях не нуждаются.

Gnf не рекомендуется выбирать больше 16, так как при этом напряжение с датчика температуры холодного спая модуля ADAM-5018 может выйти за пределы шкалы преобразования. CMP - это аналог настроечного резистора в приборах. При правильно откалиброванном модуле СМР = 1. Если же есть некоторое отклонение при преобразовании напряжения в код, то его можно компенсировать, вводя значение близкое к единице (но у нас не возникала необходимость в этом). Блок для измерения температуры холодного спая мы не обсуждаем, так как реализация такого блока для модуля ADAM-5018 приведена в библиотеке «ADAM» пакета UltraLogik.

j- Список SfNSOR ТС Г) SfNSOR ТС К SfNSOR C.ITC SfNSOR ТС I j FUNCLINE ]

Inp: : рУ :

Gnf

=7-. -бг-э-з-эб-Е-ог

CMP

SENSOR TC L Inp Gnf CMP CJC

MES

=+5-. 5 0 ОЕ-05

= +6. 325E-02-

FUNC LINE

INP A 0

OUT

=-7.80933250E-12

=+!-. 83504996E-09

-1.85449686E-07

=+!-. 04681356E-05

-3.67936367E-04

=+9.41473839E-03

=-2.23719322E-01

=+1.58029354E+01

=+6.55516707E-03

FUNC POL8 INP A 8 A 7 A 6 AJ A 4

A 2

A 0

OUT

MES

Рисунок №3. Реализация и внешний вид блока SENSOR TC L.

Заключение

Мы ограничились примером FBD-блока для хромель-копелевой термопары. Для термопары ХА(К) при измерении температур до 10000С ошибка при применении формулы (4) незначительна.

В случае платино-родиевой термопары с НСХ ПР(В) компенсацию выполнять не целесообразно, поскольку в интервале температур 0...53°С E0(T) принимает значения разного знака и не выходит за пределы интервала -0,003...+0,003мВ. Тем более, если ее выполнить по формуле Th = Z bk E + Tc, то это может привести к погрешности до 4%.

Действительно, пусть термо-ЭДС E = 4,833мВ, Tc = 400С. Так как E(((40) = 0,000мВ [3], то по формуле (3) Th = Z bk (E + 0)k = Z bk Ek = 10000С; если же мы воспользуемся приближенной формулой (4) Th = Z bk E + Tc = 1000 + 40 = 10400С, то ошибка преобразования составит неприемлемое значение 8= 100(1040-1000)/1000 = 4%.

Отсюда следует, что при разработке программ контроллеров в части измерения температуры с помощью термопар, к каждому типу термопар следует подходить индивидуально, исследуя его номинальную статическую характеристику, в нашем обозначении функцию E0 = f(T), в том диапазоне температур, в котором нужно будет вести измерения.

Литература

1.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов. Издание шестое: Издательство «Наука», М., 1974.

2.Физический энциклопедический словарь. Том пятый: Издательство «Советская энциклопедия», М., 1966

3.ГОСТ 3044-84. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования: Издательство стандартов, М., 1987