Калибровка канала измерения температуры

При решении большинства задач аналитического контроля необходимо определять значение УЭП анализируемой жидкости, приведённое к заданной температуре. Концентрацию бинарных растворов аналитическими химическими методами также измеряют при постоянной температуре. Как правило, эта температура равна 20 °С. Для приведения УЭП анализируемого раствора к заданной температуре и при измерении концентрации технологических растворов с помощью кондуктометров желательно, чтобы абсолютная погрешность измерения температуры не превышала ±0,1 °С.

В кондуктометрах в качестве ПИП температуры чаще всего используют металлические (проволочные и плёночные) или полупроводниковые тсрморезисторы. Статическая характеристика таких терморезисторов описывается уравнением

где R - сопротивление ПИП температуры; R,, - его сопротивление при / = 0 °С; а - температурный коэффициент сопротивления.

Калибровка прибора по каналу измерения температуры анализируемого раствора сводится к определению сопротивления ПИП температуры при 0 °С и его ТКС, а также учёту полученных значений при наладке измерительных цепей в аналоговом кондуктометре. В кондуктометрах с микроконтроллером калибровку можно осуществить без наладки измерительной цепи, введя полученные значения в память прибора. Терморезисторы в большинстве случаев имеют малое сопротивление в несколько десятков или сотен Ом, что предъявляет определённые требования к линиям их связи с измерительным преобразователем, особенно в приборах, предназначенных для контроля технологических процессов. На результат определения температуры существенно влияет длина линии связи и температура окружающего воздуха. Это вызвано тем, что чувствительность металлических терморезисторов к температуре намного ниже, чем у полупроводниковых, а сопротивление линии связи с измерительным преобразователем может быть сравнимо с их сопротивлением, причём относительное изменение сопротивления линий связи от температуры может быть таким же, что и у чувствительного элемента.

Кроме металлических, в качестве ПИП температуры используют также полупроводниковые терморезисторы с отрицательным ТКС. Сопротивление и чувствительность этих элементов на порядок больше, чем у металлических. При этом требования к линиям связи их с измерительным преобразователем существенно снижаются. Так, медный терморезистор, имеющий сопротивление 100 Ом при 0 °С, увеличивает своё сопротивление в интервале температур от 0 до 100 °С на 42,9 % (от 100 до 142,9 Ом). Полупроводниковый же терморезистор изменяет своё сопротивление в этом интервале температур более чем на 3.000 %. Следовательно, для измерения их сопротивления можно использовать измерительную цепь канала УЭП. Зависимость такого сопротивления от температуры в узком температурном интервале (10 или 15 °С) имеет следующий вид:

где R - сопротивление полупроводникового терморезистора; А — постоянный коэффициент; В - постоянный коэффициент.

В диапазоне температур от 0 до 100 °С статическая характеристика полупроводникового терморезистора имеет вид

где / - температура; а, Ь, с и к- постоянные коэффициенты; g - проводимость терморезистора.

Калибровка канала измерения температуры с таким герморезистором заключается в определении значений а, Ь, с, к (см. формулу 3.14) и их учёте в процессе измерения. Определение этих коэффициентов заключается в измерении сопротивления ПИП при нескольких значениях их температур и аппроксимации полученных значений по приведённой зависимости (3.14). Покажем, как определяется эта зависимость на примере калибровки полупроводникового терморезистора, входящего в комплект лабораторного кондуктометра КЛ-С. В табл. 3.4 приведены экспериментальные данные измерения сопротивления такого тер- морсзистора.

Таблица 3.4

Статическая характеристика терморсчистора

/, °с

14,09

25,34

35,43

45,38

45,38

R, Ом

16.452

10.079

6.725

4.589

3.199

60,11

65,22

69,87

74,98

79,88

84,87

2.705

2.275

1.948

1.648

1.414

1.214

В результате аппроксимации экспериментальных данных по формуле (3.14) получена следующая зависимость между температурой и сопротивлением первичного измерительного преобразователя температуры:

График отклонения полученной зависимости от экспериментальных данных (абсолютная погрешность измерения температуры) показан на рис. 3.13.

Отклонение значений температуры, рассчитанной по зависимости (3.15), от температуры анализируемой жидкости, определённой аттестованными термометрами, отличается не более чем на 0,8 °С.

Для примера приведём результаты аппроксимации экспериментальных данных функциями / = а + 61ng и t = а + + b g + + c(lng)2. При аппроксимации зависимости, связывающей температуру и проводимость терморезистора полиномом первого порядка, получим t = 275,9421 + 20,200721ng (рис. 3.14).

Абсолютная погрешность в виде зависимости от измеряемой температуры показана на рис. 3.15.

Абсолютная погрешность измерения температуры

Рис. 3.13. Абсолютная погрешность измерения температуры

Абсолютная погрешность измерения температуры

Рис. 3.14. Абсолютная погрешность измерения температуры

Отклонение температуры, °С

Абсолютная погрешность

Рис. 3.15. Абсолютная погрешность

При аппроксимации температуры полиномом второго порядка получим следующую функцию:

Как видно из приведённых графиков, абсолютная погрешность измерения температуры при аппроксимации проводимости первичного преобразователя температуры полиномом первого порядка не превышает 2,2 °С. При использовании полинома второго порядка эта погрешность, естественно, уменьшается и не превышает 0,12 °С, следовательно, наилучшим образом удовлетворяет требуемой погрешности к измерению температуры полином третьего порядка.

Калибровка канала измерения температуры проводится в приборах с микроконтроллером введением в его память коэффициентов температурной зависимости сопротивления или проводимости ПИП температуры анализируемой жидкости. При калибровке прибора, имеющего в своём составе металлический тсрморсзистор, необходимо ввести также значение сопротивления линии связи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >