Специфика контактных измерении температуры

Даже при очень точном измерителе температуры можно получить большую погрешность результата из-за неправильной организации эксперимента, неудачной установки датчиков на объекте. При контактных измерениях температуры поверхности необходимо учитывать следующие важные обстоятельства.

1. Если контакт датчика с объектом недостаточно хорош, мала площадь соприкосновения, то может иметь место слабая теплопередача от объекта к датчику. При этом в общем случае могут также возникать нежелательные тепловые потоки вдоль корпуса зонда (защитного чехла), которые также искажают результат измерения.

2. Датчик, установленный на поверхности объекта, в общем случае испытывает не только влияние интересующей экспериментатора температуры, но и температуры окружающей среды. Чем больше разница этих температур, тем сильнее может отличаться результат измерения от истинного значения. Кроме того, может сказываться естественная конвекция воздуха вокруг датчика.

3. Если теплоемкость объекта мала (масса и габариты невелики), то возможно сильное влияние датчика (особенно массивного) на температуру исследуемого объекта. Это приводит к появлению значительной погрешности взаимодействия в статических измерениях и к заметной динамической погрешности при изменениях температуры объекта.

4. В реальных объектах, как правило, имеют место значительные градиенты температур. Например, если измерять температуру горячей жидкости, текущей внутри трубопровода, по температуре наружной поверхности трубы, то необходимо отдавать себе отчет в том, что это не одно и то же. Разность результата измерения и фактической температуры жидкости может быть весьма значительной (несколько градусов). Причины этого:

- температура внутренней стенки трубы ниже температуры жидкости (в центре потока);

- температура наружной поверхности трубы ниже, чем у ее внутренней поверхности; Разница тем выше, чем ниже температура окружающего воздуха;

- температура датчика ниже, чем температура наружной поверхности трубы, потому что датчик соприкасается также с окружающим воздухом.

Для получения достаточно точных результатов при организации экспериментов по контактному измерению температуры необходимо тщательно продумывать установку датчиков на поверхности объекта, представлять возможное распределение температур. Можно сформулировать некоторые типовые рекомендации по организации подобных экспериментов.

Важно обеспечить хороший тепловой контакт датчика с объектом. Площадь соприкосновения датчика с объектом должна быть максимально возможной. Желательно использовать теплопроводящие пасты, улучшающие теплопередачу от объекта к датчику.

Необходимо позаботиться о теплоизоляции датчика в целях максимального уменьшения влияния окружающей среды. Применение даже простых подручных средств может дать хороший эффект (стекловата, обычная сухая ткань, резина и т.п.).

При статических измерениях необходимо дождаться установившегося режима, т. е. не торопиться фиксировать результат.

При исследовании объектов с малой массой или быстропротекаюших процессов необходимо использовать датчики с малой собственной массой, особенно в экспериментах, где важна малая динамическая погрешность.

Чтобы определить температуру жидкости по измеренной температуре внешней поверхности трубопровода необходимо иметь соотношение, связывающее эти температуры. Данное соотношение можно найти теоретически или экспериментально, используя термопреобразователи, погруженные в поток.