Метеорологические датчики контроля среды
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
»овой поток Раb между двумя поверхностями ?a и ?b с температурами Та и Тb определяется тепловым законом Ома, который может быть представлен любым из двух соотношений:
Та-Тb = R?abPab или Раb = G ?ab (Та - Тb),
где R?ab и G ?ab - взаимно-обратные величины, представляющие собой, соответственно, тепловое сопротивление (С/Вт) и тепловую проводимость (Вт/С) между поверхностями ? a и ? b.
.2 Средства измерения температуры
Жидкостные термометры и деформационные.
Жидкостные термометры бывают двух видов: ртутные и спиртовые.
Конструктивное исполнение: стеклянная колба, шкала, капилляр, резервуар для жидкости.
Диапазоны измерения температур: ртутные от +400С (со специальным устройством) до -50С; спиртовые от -100С до +50С.
Принцип действия: при изменение температуры происходит увеличение или уменьшение объема жидкости, поскольку коэффициент объемного расширения жидкости зависит от температуры. Жидкостные термометры конструктивно используются в виде цилиндрических прямых, цилиндрических угловых, штырьковых.
В первую очередь по термометру отсчитываются десятые доли С, а потом уже целые, это исключает погрешность, связанную с влиянием наблюдателя.
Для определения возможного изменения систематической погрешности периодически проводят проверку термометра следующим образом: резервуар термометра с жидкостью погружают на 5-6 см. в чистый тающий лед и через 30 минут после выдержки делают отсчет показания термометра. Такую процедуру повторяют трижды.
Деформационные термометры представляют собой устройства, включающие в себя барабан с часовым механизмом, механическую передачу от датчика температуры к барабану (биметаллическая пластина), пластмассовый корпус.
Биметаллическая пластина является чувствительным элементом датчика. В качестве металла используется сталь и сплав ИНВАР. При этом коэффициент линейного расширения у стали существенно выше, чем у ИНВАРа. Поэтому при увеличении температуры пластина изогнется таким образом, что ИНВАР окажется с вогнутой стороны пластины. Если один конец закрепить неподвижно, то при изменении температуры ее свободный конец будет перемещаться следующим образом:
,
где ?x - длина свободного перемещения, L0 - длина пластины, ?1 и ?2 - коэффициенты линейного расширения (?1 - ИНВАР и ?2 - сталь), h - толщина пластины.
Длина свободного конца будет прямо пропорционально изменению температуры
,
где .
Приборы, основанные на данном принципе работы, называются термографы.
2.3 Измерение температуры в твердом теле, в жидкостях и газах
При измерении температуры внутри твердого тела датчик размещается в углублении, просверленном в твердом теле. Исходя из теплового закона Ома, необходимо чтобы глубина сверления должна быть, по крайней мере, на порядок больше радиуса датчика. А для уменьшения теплового сопротивления между внутренней поверхностью углубления и корпуса засор должен быть сведен к минимуму и заполнен материалом с высокой теплопроводностью.
При измерении температуры в жидкостях и газах возникают свои трудности. Теплообмен между зондом и такой средой сильно зависит от параметров, характеризующих свойства, среды - вязкости, теплопроводности и скорости, - и одновременно от времени запаздывания зонда, отличия его температуры от температуры среды в условиях равновесия и от его саморазогрева в процессе измерений.
Трубопровод, по которому течет поток, обычно имеет температуру, отличную от температуры текущей среды. В связи с возникающими при этом радиальными градиентами температуры встает задача о наилучшем расположении зонда в потоке; кроме того, в ряде случаев радиационный теплообмен между зондом и стенками канала может приводить к существенному изменению равновесной температуры зонда. Наконец, при больших скоростях течения в жидкостях может происходить нагрев зонда вследствие трения, а в газах - нагрев вследствие сжатия газа перед препятствием, которое представляет собой зонд. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо производить оценку погрешности измерения.
2.4 Измерение температуры по тепловому шуму
Тепловые движения носителей заряда создают в резисторе флуктуации напряжения или тока, которые зависят от температуры Т и имеют мгновенные значения, соответственно, ЕbR и IbR эффективное значение шумового напряжения, равное корню квадратному из среднеквадратического значения ЕbR, выражается формулой
,
где k= 1,38-10-23 Дж-К-1 - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура в кельвинах и В - полоса пропускания измерительной аппаратуры.
По схеме Тевенина этот источник напряжения включен последовательно с резистором R (рис. 2.2, а). По концепции Нортона источник тока включается параллельно резистору R (рис. 2.2,б), и эффективное значение тока выражается формулой
Рис. 2.2. Эквивалентная электрическая схема резистора с источником теплового шума, а- схема Тевенина; б-схема Нортона.
Мощность шума в резисторе не зависит от величины сопротивления R:
Рb= Е2bR/R= I2bRR= 4kTB= Е2bR I2bR
Измерение с помощью вольтметра, регистрирующего эффективное значение напряжения, позволяет при известных R и В определить Т; измерение Рb дает дополнительное удобство, поскольку в этом случае не требуется знать R.
2.5 Кварцевые термометры
Классическим применением к?/p>