Атрошенко, Юлиана Константиновна

Сивков, Д. С.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 10: Теплоэнергетика ИССЛЕДОВАНИЕ НОМИНАЛЬНЫХ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С РАЗЛИЧНЫМИ ВЫХОДНЫМИ СИГНАЛАМИ Сивков Д.С., Атрошенко Ю.К. Научный руководитель: Атрошенко Ю.К., ассистент Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: dss6@tpu.ru   Одними из самых распространенных средств измерения температуры являются термоэлектрические преобразователи (ТЭП). Выходным сигналом ТЭП является ТЭДС, возникающее в результате действия эффектов Томпсона и Зеебека. Современные ТЭП могут изготавливаться вместе с микропроцессорным блоком, формирующим на выходе термопары унифицированный токовый сигнал. Независимо от вида выходного сигнала основное требование, предъявляемое к номинальной статической характеристике (НСХ) ТЭП это ее линейность. [1] Исследование НСХ ТЭП проводилось с использованием эталонного калибратора температуры. Номинальная статическая характеристика определялась экспериментально для двух термопар типа K(ХА) с выходными сигналами ТЭДС и унифицированным токовым сигналом 4-20 мА, а также для двух термопар L(ХК) с выходными сигналами ТЭДС и унифицированным токовым сигналом 4-20 мА. Кроме того, полученные зависимости сравнивались с номинальной статической характеристикой исследуемых термопар (рис. 1, табл. 1).  Е, мВt, °C12Рис. 1. Статические характеристики для ТЭП типа К(ХК): 1– НСХ, 2 – экспериментальная СХ  Анализ рис. 1 показывает, что номинальная статическая характеристика преобразователя более близка к линейной, чем реальная. Это связано с тем, что при длительной эксплуатации преобразователя его статическая характеристика искажается. Из рис. 1 и табл. 1 видно, что полученная реальная статическая характеристика преобразователя существенно отличается от номинальной.  Таблица 1. Номинальная и реальная статическиие характеристики ТЭП типа К (ХА) t, ̊C  E0, мВ E, мВ Δ, мВ 0 0,000 0,854 0,854 100 4,096 1,640 -2,456 200 8,138 4,728 -3,41 300 12,209 8,410 -3,799 400 16,397 12,68 -3,717 500 20,644 17,554 3,090  Таким образом, дальнейшее исследование статической характеристики на линейность производится не для номинальной, а для реальной статической характеристики конкретных преобразователей. Полученные зависимости аппроксимированы с помощью метода наименьших квадратов [2] функцией вида ctbtatItE +⋅+⋅= 2)(/)( , E(t) – выходная ТЭДС, I(t) – выходной унифицированный токовый сигнал. Значения коэффициентов для каждого вида исследуемых термопар приведены в таблице 2. Таблица 2. Расчетные коэффициенты  НСХ Вид вых.сигнала a b c К(ХА) ТЭДС 2,967·10-5 2,197·10-2 -0,85 Униф. токовый сигнал 4,579·10-5 7,156·10-3 0,51 L(ХК) ТЭДС 7,769·10-5 3,408·10-2 -1,50 Униф. токовый сигнал 7,093·10-5 3,944·10-2 -2,12  Полученные аппроксимирующие зависимости представлены на рис. 2-5. t, °CЕ, мВ12 Рис.2. Статическая характеристика ТЭП типа К(ХА) с выходным сигналом ТЭДС: 1 – зависимость полученная с помощью МНК, 2 – экспериментальные значения  175 XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 10: Теплоэнергетика t, °CI, мА12 Рис.3. Статическая характеристика ТЭП типа К(ХА) с унифицированным  выходным сигналом: 1 – зависимость полученная с помощью МНК, 2 – экспериментальные значения  t, °CЕ, мВ12Рис.4. Статическая характеристика ТЭП типа К(ХК) с выходным сигналом ТЭДС: 1 – зависимость полученная с помощью МНК, 2 – экспериментальные значения     t, °CI, мА12Рис.5. Статическая характеристика ТЭП типа К(ХК) с унифицированным  выходным сигналом: 1 – зависимость полученная с помощью МНК, 2 – экспериментальные значения   На рис. 6 приведены статические характеристики термопреобразователей типа K(XA) с различными выходными сигналами. Е, мВ I, мА12 Рис.6. Экспериментальная СХ для ТЭП типа К(ХА): 1 – для ТЭП с выходным сигналом ТЭДС, 2 – для ТЭП с унифицированным токовым сигналом Из рис. 6 видно, что статические характеристики термопреобразователей практически совпадают, что говорит, о том, что преобразование выходного сигнала термопары в унифицированный токовый сигнал происходит практически без искажений. Таким образом, получены следующие выводы:  1) полученные аппроксимирующие зависимости достаточно точно описывают статические характеристики, полученные экспериментальным путем, среднее отклонение от линейных зависимостей составило 0,92 мВ.  2) экспериментальные статические характеристики для ТЭП с одинаковыми НСХ и различными видами выходного сигнала достаточно близки.  3) коэффициент a в аппроксимирующих выражениях стремится к нулевому значению, поэтому статические характеристики исследуемых термопар, полученные экспериментально, можно считать практически линейными в широком диапазоне температур, однако, применение их для проведения технических измерений не возможно в связи с превышением допускаемой погрешности измерений.  Список литературы 1. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник. - Москва: Изд-во МЭИ, 2005. – 459 с. 2. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. - Изд. 2-е, доп. и испр. - Москва: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1962. - 349 с.   176 

Исследование номинальных статических характеристик термоэлектрических преобразователей с различными выходными сигналами

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University