Успешное решение вопросов контроля температурного процесса на любом конкретном объекте часто определяется правильным выбором метода измерения и измерительного прибора. Задача выбора метода и измерительного прибора достаточно сложна, так как приходится искать оптимальное решение, учитывая многочисленные, часто противоречивые факторы.
Нередки случаи, когда успешно решить эту задачу не удается и искомые значения температур приходится находить косвенным путем, используя результаты измерений других физических параметров объекта, закономерно связанных с температурой. Ниже кратко описаны основные факторы, определяющие выбор метода измерений.
Область измеряемых температур
Этот фактор является важнейшим. Если для измерений в области повышенных температур известно много методов, то по мере повышения измеряемой температуры число таких методов все более ограничивается.
Смотрите: Методы и приборы для измерения температуры
Динамика исследуемого процесса
При исследовании переменных и особенно кратковременных тепловых процессов часто существенным ограничением применимости контактных методов измерений температур является термическая инерция термоприемников. Возникающие в связи с этим затруднения в ряде случаев удается преодолеть введением поправок, рассчитанных по соответствующим методам или использованием специальных корректирующих устройств.
Однако если изменению температуры исследуемого объекта сопутствует изменение условий теплоотдачи, то наличие термической инерции термоприемника приведет не только к запаздыванию показаний прибора, но и к искажению формы регистрируемой кривой изменения температуры.
В приборах, основанных на применении бесконтактных методов измерения температуры, могут быть использованы приемники с очень малой постоянной времени, благодаря чему существенно расширяется динамический диапазон измерений. В этом случае ограничивающим фактором становятся уже динамические характеристики применяемой регистрирующей аппаратуры.
Точность измерений
Требования, предъявляемые к точности измерения температуры выбранными методами, соответствуют установленной данным технологическим процессом допустимой погрешности измерения этого параметра.
Учитывая специфику температурных измерений, следует иметь в виду, что допустимая инструментальная погрешность измерения выбранным комплектом (термоприемник с измерительным прибором) не должна равняться допустимой погрешности измерения температуры, а быть в ряде случаев гораздо меньше.
Необходимый запас точности измерительного комплекта должен быть резервирован на ожидаемую нестабильность характеристик термоприемника, часто встречающуюся при измерениях высоких температур, а также на ожидаемые величины случайной составляющей методической и случайной составляющей динамической погрешностей для данных условий измерения.
При определении необходимого класса точности используемого измерительного или регистрирующего прибора следует иметь в виду, что класс точности характеризует допустимую основную погрешность прибора, выраженную в процентах от всего диапазона шкалы прибора. Абсолютная величина допустимой погрешности будет одинаковой в любой точке шкалы.
Следовательно, такую величину основной погрешности прибор может иметь в любой точке своей шкалы. Поэтому относительная величина этой погрешности, отнесенная к самой измеряемой величине, будет тем больше, чем ближе значение измеряемой величины к началу шкалы.
Поясним это на примере. В измерительном приборе класса 0,5 со шкалой 500 — 1500° С абсолютная величина допустимой погрешности составляет 5 градусов в любой точке шкалы. Величина основной погрешности у данного прибора может достигать допустимой величины.
Относительная ее величина в данном случае может меняться от 5/1500 (0,3%) в конце шкалы до 5/500 (1%) в начале шкалы. Поэтому целесообразно измерительный прибор подбирать с такими пределами изменений шкалы, чтобы ожидаемые значения измеряемой величины укладывались в последнюю треть шкалы.
Если расчет относительных погрешностей выполняют по отношению к температуре, то целесообразно вести его относительно не абсолютного значения температуры, а только температурного интервала, охватывающего исследуемый процесс.
Действительно, в зависимости от шкалы (градусы Кельвина или Цельсия), в которой выражено данное значение температуры, относительная погрешность измерения будет иметь различное значение, что нельзя признать приемлемым.
Чувствительность измерительного прибора
При выборе измерительного прибора необходимо обратить внимание на то, чтобы его чувствительность соответствовала требуемой точности измерений и обеспечивала необходимое разрешение во времени результатов исследования переменного процесса.
Ошибочным является мнение, что наиболее чувствительный измерительный прибор может обеспечить и наиболее высокую точность измерений, часто даже не требующуюся для изучения данного процесса. Использование прибора с чрезмерно высокой чувствительностью может создать ложное представление о динамике исследуемого процесса.
Такой прибор может оказаться капризным в данных условиях эксплуатации и на его показания будет влиять ряд побочных факторов (дуновение ветра в помещении, вибрация), создавая повышенный разброс показаний, не характерный для данного явления.
С другой стороны, использование прибора с очень низкой чувствительностью не позволит наблюдать небольшие, но характерные для данного процесса колебания, в результате чего может возникнуть ложное представление о высокой стабильности температуры в данном процессе.
Химические взаимодействия
При решении вопроса о возможности использования данного прибора для измерения высоких температур жидкой или газообразной среды часто решающей является степень взаимодействия, с одной стороны, среды и материалов введенного в нее термоприемника, а с другой — взаимодействие отдельных частей самого термоприемника.
К этой же группе явлений следует отнести и каталитический эффект, возникающий на поверхности металлов платиновой группы в горючих смесях газов. Являясь химически инертными веществами по отношению к смесям горючих газов, платина и палладий ускоряют реакцию компонентов смеси с интенсивным выделением тепла на поверхности катализатора, нагревая его.
Поэтому показания термоприемников, имеющих детали из платины или палладия, непосредственно соприкасающиеся с горючими смесями, характеризуют не равновесную температуру, установившуюся между термоприемником и окружающей его средой, а значительно более высокую, вызванную каталитическим нагревом.
Смотрите также: Достоинства и недостатки различных датчиков температуры