3. Терморезисторный метод (метод термосопротивлений) [4], [9]

Терморезисторный метод измерения температуры основан на тепловом изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников.

Верхний предел измеряемых температур зависит от материа­ла терморезистора. Применяются терморезисторы медные (до + 180° С), никелевые (до +300°С) платиновые (до +1250° С) и полупроводниковые (до + 180° С).

Подробнее приборы и датчики температуры, основанные на терморезисторном методе, рассматриваются в § 7.4.

4. Термоэлектрический метод [4], [7]

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении контактного потенциала между двумя контак­тирующими между собой разнородными проводниками (или по­лупроводниками) при разности температур свободных и рабочего концов этих проводников.

Верхний предел измеряемых температур, определяемый глав­ным образом теплостойкостью термоэлектродов, достигает для хромель-копелевых термопар +800° С, платино-платинородиевых + 1600° С, вольфрам-молибденовых до 2400° С и т. д.

Подробнее приборы и датчики температуры, основанные на термоэлектрическом методе, рассматриваются в § 7.5.

5. Оптический метод [6]

Оптический метод измерения температуры основан на зави­симости энергии, излучаемой нагретым телом, от его темпера­туры. Яркость излучения оценивается визуально с помощью оптических устройств или преобразуется в электрический сигнал с помощью чувствительных фотоэлектрических элементов. По­строенные по этому методу приборы называют пирометрами из­лучения. Различают пирометры полного излучения (радиацион­ные), пирометры частичного излучения (яркостные) и пиромет­ры цветовые (спектрального соотношения).

На летательных аппаратах нашли преобладающее примене­ние терморезисторные датчики температуры (термосопротивле­ния) и термоэлектрические датчики (термопары) благодаря сво­ей простоте, стабильности характеристик и возможности преоб­разования температуры непосредственно в электрическую вели­чину '.

Терморезисторы и термопары используются как в качестве воспринимающих устройств систем автоматического регулирова­ния и управления, так и в качестве датчиков электрических ди­станционных термометров.

§ 7.3. Общие методические погрешности датчиков температуры

Механическим и электрическим датчикам температуры, сопри­касающимся со средой, температура которой измеряется (сюда не входят пирометры излучения), свойственны следующие мето­дические погрешности.

1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопро­водности. Эта погрешность обусловлена тем, что температура стенок трубопровода отличается от измеряемой температуры га­за или жидкости, текущих по этому трубопроводу. В результате наряду с полезным теплообменом между средой и датчиком воз­никает вредный теплообмен между датчиком и стенками трубо­провода вследствие лучеиспускания и теплопроводности (вслед­ствие оттока тепла к месту крепления датчика). Это приводит к тому, что температура датчика отличается от температуры среды и возникает методическая погрешность [1]. Для уменьшения этой погрешности следует увеличивать длину погруженной части и периметр датчика, уменьшать толщину стенок, теплоизолировать внутреннюю поверхность трубопровода, непогруженную часть датчика и место его крепления.

2. Погрешность от неполного торможения газового потока. В термометрах, предназначенных для измерения истинной тем­пературы Т встречного потока воздуха, возникает погрешность, причиной которой является повышение температуры датчика из-за перехода в тепло кинетической энергии потока воздуха при его торможении датчиком.

Температура полного торможения

,

Температура датчика вследствие неполного торможения пото­ка не достигает температуры Т_П, она определяется по формуле

,

где r – коэффициент торможения, зависящий от формы датчика.

Для некоторых форм датчика коэффициент r имеет следующие значения:

для цилиндра, расположенного поперек потока, r = 0,65;

для цилиндра, расположенного вдоль потока, r =0,87;

для сферы r = 0,75.

Относительная погрешность измерения истинной температуры

.

Эта погрешность может быть учтена введением поправки; в на­вигационных вычислительных устройствах эта поправка вводит­ся автоматически.

В термометрах, предназначенных для измерения температуры Т_П заторможенных газов, погрешность возникает из-за неполно­го торможения потока датчиком.

Относительная погрешность измерения температуры тормо­жения

.

Эту погрешность также можно учесть введением поправки.

3. Динамическая погрешность. Эта погрешность обусловлена тем, что тепло передается от среды к чувствительному элементу с некоторым запаздыванием вследствие конечной скорости пере­дачи тепла, зависящей от материала массы и поверхности тер­мопатрона.

Тепловая инерция термометра в линейном приближении ха­рактеризуется его передаточной функцией (3.3):

,

где S_T – чувствительность

Т₁ – постоянная времени ( )

С – удельная теплоемкость

m – масса

- коэффициент теплопередачи

F – поверхность.

Величина динамической погрешности зависит от характера из­менения измеряемой температуры во времени.

Например, при изменении с постоянной скоростью динами­ческая погрешность будет

.

Для уменьшения динамической погрешности следует умень­шать Т₁ за счет уменьшения с и m и увеличения и F.

Величина возрастает при увеличении скорости движения среды.