ЖУРНАЛ СТА №1/1999

86 1/99 В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА CTA примерный вид которой показан на рис. 13. Для достиже- ния высокой точности измерений термопарного термо- метра во всем диапазоне рабочих температур необходи- ма его калибровка. Про тейший (и, кстати, наиболее точ- ный) метод калибровки заключается в составлении и раз- мещении в памяти ЭВМ таблицы соответствия значений термоЭДС и температуры, измеренной с помощью образ- цового термометра. Единственным серьезным недостат- ком табличного метода является его высокая ресурсоем- кость (при широком температурном диапазоне требуется очень большой объем таблицы). Наряду с табличной ис- пользуется также полиномиальная апроксимация Т = A 0 + A 1 X + A 2 X 2 + A 3 X 3 +…+ A n X n Здесь Т — температура, Х — выходное напряжение термопа- ры. Коэффициенты Аj и порядок полинома n определяются по градуировочным таблицамдля каждого типа термопары. Основные источники погрешности при измерении температуры с помощью термопар Средиисточниковпогрешностейможновыделитькакявле- ния, специфичные толькодля термопар, такиобщие (шумыи помехи),характерныедлялюбыхизмерительныхсистем.Рас- смотрим вкратце эти явления иметодыих нейтрализации. Плохой контакт в месте спая и раскалибровка Для соединения разнородных металлов между собой ча- ще всего применяются пайка припоем и сварка. При темпе- ратурах, близких к точке плавления припоя, возможно на- рушение контакта и даже разрыв термопары (эту ситуацию можно выявить по изменению характеристик термопары). Термопары, соединенные с помощью сварки, выдерживают более высокие температуры, однако при сварке структура и химический состав проводников могут деградировать, что приводит к возникновению погрешностей. Раскалибровка термопары (возникновение несоответствия рабочей ха- рактеристики термопары калибровочному полиному) так- же может являться результатом химического изменения материала термоэлектродов под действием высоких темпе- ратур. Чтобы уменьшить такие погрешности, можно при- бегнуть к повторной калибровке или замене термопары. Шунтирование термопары и гальванический эффект При высоких температурах электрическое сопротив- ление материалов изоляционных оболочек термоэлект- родов снижается и может стать меньше омического со- противления R S самих электродов (рис. 14). Это экви- валентно включению в цепь термопары шунтирующего резистора R L и образованию нового паразитного спая, имеющего температуру Т 1 (в отличие от измеряемой Т 2 ). Также при высоких температурах, особенно при из- мерении температуры жидкости, возможно образова- ние (проникновение) электролита внутри термопары и возникновение гальванического эффекта, также приво- дящего к ошибкам измерения. Шумы и помехи Поскольку выходной сигнал термопары очень мал, необходимо принимать специальные меры для сниже- ния уровня шумов (и соответственно погрешности из- мерения). Кратко остановимся на наиболее важных из них. 1.Соединительные проводники для подключения тер- мопар должны быть изготовлены из материалов с ко- эффициентом Зеебека, максимально близким к мате- риалам термопары. 2.Необходимо стремиться к максимальному сокраще- нию длины соединительных проводников между тер- мопарой и цифровым измерительным устройством. В случае большого удаления термопары от контрол- лера следует использовать располагаемые в непос- редственной близости от термопар специальные мо- дули нормализации сигналов, превращающие термо- ЭДС в токовый сигнал (например, 4-20 мА) или непо- средственно в цифровой отсчет (рис. 15). Кроме того, эти модули, как правило, обеспечивают гальваничес- кую развязку сигналов и содержат устройства ком- пенсации холодного спая. Дополнительные затраты сторицей окупаются надежностью, точностью и ста- бильностью работы системы. 3.Как можно шире использовать экранирование термо- пар и соединительных проводников (рис. 16) для борьбы с помехами общего вида, особенно если про- водники проходят рядом с источниками наводок и помех, а также при измерениях в электропроводящих средах. 4.Использовать фильтрацию сигналов для снижения уровня высокочастотных помех. 5.При многоканальных измерительных системах ис- пользовать метод временного отключения не ис- пользуемых в данный момент групп каналов для предотвращения суммирования их шумов с сигна- лом измеряемого канала. Рис. 14. Шунтирование термопары Рис. 15. Интеллектуальные модули УСО ADAM фирмы Advantech позволяют размещать контроллер на расстоянии до 1 км от термопары