CC BY
45
УДК 681.2.088 + 536.531
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГРАДУИРОВКИ ПЛОСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ
А. А. Маликов, А.В. Сидоркин
Рассмотрены практические аспекты градуировки плоских термометров сопротивления, предназначенных, в частности, для регистрации температуры различных элементов технологических систем. Уделено существенное внимание конструкции температуровыравнивающего устройства и особенностям работы с ним.
Ключевые слова: измерение, погрешность, температура, градуировка, термометр сопротивления, характеристика.
Для целого ряда процессов, протекающих, в частности, в технологических системах, является характерной достаточно медленная динамика изменения температур как систем в целом, так и отдельных их элементов, а следовательно, и их поверхностей. Поэтому для измерения температуры элементов таких технологических систем могут быть использованы плоские термометры сопротивления [1].
Для проведения измерений средней степени точности в области положительных температур c помощью термометра сопротивления, для которого отсутствует градуировочная характеристика, но известен материал, из которого изготовлен его чувствительный элемент, ее можно получить расчетно-экспериментальным путем. При этом необходимым становится определение величины сопротивления термометра Rt0 при температуре t=0 oC, а также температурного коэффициента термометра а. Для термометров с плоским чувствительным элементом, работающих в диапазоне измерения температур до 300 оС, необходимо проводить измерения как минимум в двух реперных точках: плавления льда (0 оС) и кипения воды (100 оС). А для термометров, работающих в диапазоне измерения температур до 500 оС, к этим двум добавляется еще и третья реперная точка - кипения серы (444,6 оС). Для всех рассмотренных реперных точек измерения должны проводиться при нормальном атмосферном давлении. В интервале температур от 0 до 630 оС единство температурных измерений может быть обеспечено применением системы приборов, предусмотренных конкретной поверочной схемой [2].
Для рассматриваемого случая градуировку термометра с плоским чувствительным элементом по двум реперным точкам (0 и 100 оС) удобно производить при помощи специального температуровыравнивающего устройства. Эскиз устройства в сборе представлен на рис. 1, а эскизы детали «Корпус», входящие в его конструкцию, - на рис. 2.
Винт ММО -ГОСТ К 7^3-80 8шт.
Шайба 5 H ГОСТ 6Î02-70 8 шт.
Гайка Mi ГОСТ5916-70 4 шт.
Угольник i шт.
Корпус
Пиит MïvQ
L/U! НИ / 1^/Ли
ГОСТ %7¿3-802шт.
ШойдоЗ ГОСТ 11371-78 2шт.
Устр-ôo кпнтпктнпр
Кобель
Крышка Плонко
ТС ТЗП 018-05
Рис. 1. Эскиз температуровыравнивающего устройства в сборе
Ra 6.31/1
Б-Б n п
\/Жгб &
•V'Î
- ......'
m
i Острые кромки - притупить. 2. Материал - медь М1...МЗ.
з Мптапипп--эпмаитапи _ ппюмниий плтмпииаР>иа rnnnftu П1&Л RQQA /11 AMI! п Яп
У. ! IU4H.L/UU/> «/U//L/IJ/ICIU WIH/llunUu, U'Wl'U'IUbWb I KIUUW jj lis' I, es s M', >4 >4 U
4. Общие допуски по ГОСТ 30893.1 - т.
Рис. 2. Эскиз детали «Корпус»
133
Корпус устройства должен быть выполнен из материала, имеющего высокий показатель теплопроводности - меди или алюминия (либо алюминиевого сплава). При этом медный корпус, несмотря на дороговизну конструкционного материала, является наиболее предпочтительным. На верхнем торце корпуса выполнен крестообразный паз (см. рис. 2) в котором размещается плоский термометр сопротивления (рис. 3). В рассматриваемом варианте - типа ТЭМ ООО; ТЭМ 006; ТЭП 018-00...05 и ряд других. Тепловой контакт между чувствительным элементом термометра и корпусом устройства осуществляется по плоской поверхности дна паза.
К цилиндрической поверхности корпуса устройства посредством четырех угольников (рис. 4) крепится крышка (рис. 5). Соединение крышки с угольниками и угольников с корпусом производится при помощи четырех винтов М4, а также гаек и шайб (см. рис.1). Такое конструктивное решение позволяет устанавливать температуровыравнивающее устройство на стенки сосуда, в который оно погружается. Кроме этого, крышка предохраняет поверхность термометра от брызг воды и воздействия пара в процессе градуировки.
/Ra 6,3Л/7
R2,5
Для уменьшения теплового сопротивления в зоне контакта поверхностей термометра и корпуса устройства рекомендуется наносить тонкий слой теплопроводящей пасты КТП-8 ГОСТ 19783-74 с последующим удалением ее остатков с поверхностей термотетра и корпуса при помощи ватного тампона, пропитанного 95 %-ным этиловым спиртом (ГОСТ Р 51723-2001). Для осуществления плотного прилегания чувствительного элемента
134
Рис. 3. Фотография термометров сопротивления ТЭП 018-05 и -06
1. Острые кромки - притупить.
2. Материал - Сталь.
3. Общие допуски по ГОСТ 30893.1 - т.
Рис. 4. Эскиз детали «Угольник»
термометра к корпусу во время градуировки используется планка (рис. 6), которая, находясь в подпружиненном состоянии, осуществляет равномерный поджим чувствительного элемента термометра к корпусу по большей части площади контакта. Для достижения данного результата планка должна быть выполнена из меди или ее сплавов. Для предотвращения возможности повреждения чувствительного элемента в процессе прижима на планку в зоне ее контакта с термометром должен быть наклеен один слой ПВХ-изоленты. Планка фиксируется в крестообразном пазе корпуса двумя винтами МЗ, под головки которых подложены шайбы.
/Иа6.3Ы)
Б=3
1 096+0,175 / ¿4.5 / / 4 от& Ч' / \о
\ п ЧФОЧ I N. / I
200
75* ^
, //?а 6,3 (V/
с/№ 1.6
Ы5°
4 места 2М50
16*45
4 места
4 места
<
2 отд.
Линии сгиба
з=0.3.Л6
30
48
60
1N
г Острые кромки - притупить. 2 Материй// - илюминиейыи ишб Л16А. з. Материал-заментель - олюминиедый сплод В95А, I11, АМН и др. 4 Общие допуски по ГОСТ 30893.1 - т.
1. Острые кромки - притупить.
2. Материал - медь М1...МЗ.
3. Материал-заменитель - латунь /163, Л68 и др.
4. Общие допуски по ГОСТ 30893.1 - т.
Рис. 5. Эскиз детали «Крышка» Рис. 6. Эскиз детали «Планка»
Помимо крестообразного паза, корпус устройства имеет два протяженных глухих отверстия ¿/=12 мм. Они предназначены для установки образцовых ртутных термометров ТЛ-4, которые, помимо процесса калибровки, используются в процессе контроля основной погрешности измерения.
Поскольку рассматриваемые плоские термометры сопротивления имеют выводы, оформленные в виде тонких полосок, для сопряжения их с измерительным кабелем должно быть использовано контактное устройство заводского или самостоятельного (типа клипса) изготовления.
Для осуществления процесса градуировки устройство помещается в сосуд. Желательно использовать сосуд Дюара или сосуд с двойными стенками. При калибровке термометра при температуре О °С перед помещением температуровыравнивающего устройства в сосуд последний заполняют мелко дробленым льдом и заливают водой (желательно дистиллированной). Количество воды должно быть таким, чтобы после уплотнения смеси
135
льда с водой поверхность льда оставалась сухой, и вода проступала лишь при надавливании на поверхность смеси. Следует заметить, что воспроизводимость температуры плавления льда ограничена в силу того, что она зависит от чистоты применяемого льда и воды, а также от степени насыщения воды воздухом. При этом, воспроизводимость температуры плавления льда при эталонных работах может достигать значений 0,001...0,002 оС. После помещения температуровыравнивающего устройства в сосуд с тающим льдом, до начала проведения измерении, оно должно быть выдержано в нем не менее 20 минут. При калибровке термометра при температуре 100 оС устройство должно быть помещено в металлический сосуд, высотой не менее 20 см, с кипящей водой, уровень которой должен доходить не менее, чем до 3/4 высоты температуровыравнивающего устройства. Крышка устройства при этом неплотно прилегает к стенкам сосуда, за счет чего осуществляется отвод избытка пара из объема сосуда. Кроме того, как уже было сказано выше, крышка обеспечивает защиту калибруемого термоетра от пара и брызг воды. После начала закипания воды в сосуде устройство необходимо выдержать в нем не менее 20 минут до начала проведения измерений.
В обоих случаях температура корпуса устройства может быть проконтролирована с высокой степенью точности при помощи термометров ТЛ-4. При измерении температуры в точке 0 оС термометр ТЛ-4 № 1 помещают в отверстие глубиной 75 мм, а в точке 100 оС термометр ТЛ-4 № 3 - в отверстие глубиной 100 мм.
При необходимости для оценки величины нелинейности градуиро-вочной характеристики в диапазоне измерения 0.100 оС может быть произведена калибровка термометра при температуре воздуха, реально существующей в помещении. При этом указанная температура должна быть не ниже 15 оС и не выше 25 оС. В зависимости от температуры воздуха в помещении в одно из отверстий температуровыравнивающего устройства устанавливается термометр ТЛ-4 № 1 или № 3. Само устройство с установленными на нем калибруемым термометром сопротивления и термометром ТЛ-4 должно быть расположено вдали от нагревательных установок, отопительных систем и других источников тепла. Через 20 минут после установки термометра производят отсчет показаний. При этом необходимо производить поправку Дрт на выступающем столбике ртути, которая для данного случая может быть рассчитана по формуле
^ ртг = у (?о — tв )п,
где у - коэффициент теплового расширения ртути (у=0,00016); tо - показания образцового термометра (оС); ^ - температура воздуха в помещении, где производится градуировка (оС); п - значение показаний термометра ТЛ-4 (оС).
Тогда действительное значение измеренной термометром ТЛ-4 температуры можно будет определить по формуле
^-о.д = — ^pm.
Для регистрации величины сопротивления термометра в указанных температурных точках рекомендуется применять четырехпроходную схему его подключения к высокоточному цифровому вольтметру (например, В7-34(/1, А), В7-46 и др.).
По этим данным может быть определен температурный коэффициент термометра - а (С-1) [3]. Расчет ведется в соответствии с формулой
а = т100°С ~ т0°С
RtQ0G ■ 100оС
где Rt 0 0С Rt 100 0С - сопротивления термометра при температурах 0 и 100 оС соответственно, Ом.
По результатам градуировки может быть построен градуировочной график в координатах t (оС) - Rt (Ом) для каждого конкретного термометра сопротивления. Для данного графика программно может быть выведено уравнение аппроксимирующей линии, а также рассчитана величина коэффициента достоверности аппроксимации R .
Список литературы
1. Сидоркин А.В., Маликов А.А. Экспериментальное исследование тепло-выделения в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // СТИН, 2015. №2. С. 28 - 33.
2. А.Н. Гордов [и др.]; Методы измерения температур в промышленности / под общ. ред. канд. физ.-мат. наук А.Н. Гордова. М.: Метал-лургиздат, 1952. 432 с.
3. ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. Взамен ГОСТ 6651-94; введ. 2009-12-15. М.: Стандартинформ, 2011. 27 с.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej-malikov@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, инженер-исследователь УНИР, alan-a@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SOME FEATURES GRADING FLAT RESISTANCE THERMOMETERS
A.A. Malikov, A.V. Sidorkin 137
The practical aspects of calibration flat resistance thermometers designed, in particular, to record the temperature, various elements of technological systems are considered. Paid considerable attention to the leveling of the apparatus, and the temperature characteristics of working with him.
Key words: measurement, error, temperature, calibration, thermo-meter resistance characteristics.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of tehnical sciences, professor, head of chair andrei-malikovayandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of tehnical sciences, research engineer, alan-a@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 539.3
ЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ КОНТАКТА АВИАЦИОННОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ
С.Е. Богословский, Н.Н. Курдюмов
В двумерной постановке проведено конечно-элементное моделирование авиационной пневматической шины. Произведен анализ нагружения шины внутренним давлением (наддув) и последующего её обжатия от веса транспортного средства. В результате получены эпюры распределения контактного давления по радиальной координате пятна контакта для разных величин обжатий пневматической шины. В результате расчета получена величина нормальной (вертикальной компоненты) нагрузки, действующей через пятно контакта на транспортное средство, и проведено сравнение полученных усилий на узлы установки шины по величине обжатия колеса с результатами натурных испытаний.
Ключевые слова: контактное взаимодействие, пневматическая шина, метод конечных элементов, моделирование, двумерная постановка.
Конструкция и методы расчета пневматических шин. Рассматривается авиационная пневматическая шина. Основными элементами её конструкции являются каркас 1, брекер 2, протектор 3, борт 4 (рис. 1) [1].
Усиленный многослойный каркас 1 авиационной бескамерной шины формируется системой нескольких пар перекрестно армированных ре-зинокордных слоев (из корда анид) на основе волокон с переменным углом армирования, изменяющимся по меридиану. Резинокордные слои аналогичной перекрестной, но менее плотной структуры формируют брекер шины 2. Протектор 3 (слоистая структура, армированная кордом) представляет собой слой устойчивой к истиранию резины. Борт шины 4 сложной конструкции передает нагрузки на обод колеса.
138
