CC BY
13
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 681.2.088 + 536.531
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ДИСКРЕТНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
A.A. Маликов, A.B. Сидоркин
Рассмотрены практические аспекты оценки погрешности работы измерительного комплекса, предназначенного для дискретной регистрации температуры вращающихся частей технологических систем. Уделено существенное внимание влиянию работы различных компонентов измерительной системы на суммарную погрешность измерения.
Ключевые слова: измерение, погрешность, температура, технологическая система, термометр сопротивления, вольтметр, преобразование.
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 частей, и элементов, а следовательно, и их поверхностей. Поэтому, для измерения температуры вращающихся частей таких технологических систем, могут быть использованы термометры сопротивления, подключаемые непосредственно к высокоточным цифровым вольтметрам (например, отечественным, типа В7-34(/1, А), В7-40, В7-46(/1) или мультиметрам зарубежного производства, в том числе, оснащенным функцией программного или аппаратного преобразования значения измеряемого сопротивления чувствительного элемента термометра в значение температуры, которое, в свою очередь, может быть отображено на цифровом табло прибора или выведено (в виде цифровых кодов) на его интерфейсный разъем [1].
При дискретной регистрации температуры, осуществляемой при помощи комплекса, состоящего из термометра сопротивления, непосредственно подключенного к цифровому вольтметру, основная погрешность измерения может быть определена методом сравнения показаний цифро-
вого вольтметра (непосредственно в °С, если позволяют возможности прибора, либо в Омах, с последующим переводом в °С при помощи уравнения градуировочной характеристики) с показанием образцового ртутного термометра.
Процедуру рекомендуется проводить для ряда определенных температурных точек.
Процедура определения погрешности производится в следующей последовательности.
1. Термометр сопротивления устанавливается на температуровы-равнивающее устройство.
2. Термометр подключается к измерительному прибору, по которому будет проводиться отсчет показаний во время проведения экспериментальных исследований. С целью уменьшения погрешности измерения, термометр может быть подключен к прибору (если его конструкция позволяет) по трех- или четырехпроводной схеме (рис).
а
2 ЗЪ1
Цифр, вольтметр
Нхол
/
X о
2 3*1
н, и
4
Варианты подключения термометра сопротивления к цифровому вольтметру: а - двухпроводная схема; б - трехпроводная схема;
в - четырехпроводная схема
При подключении термометра по двухпроводной схеме, с целью уменьшения погрешности измерения, перед включением его чувствительного элемента в измерительную цепь, необходимо замерить сопротивления измерительной цепи при закороченных выводах 1 и 2 контактного устройства (см. рис., а), значение которого при проведении дальнейших измерений необходимо вычитать из показаний прибора. При использовании цифрового вольтметра с возможностью программной обработки результатов измерений и «плавающим нулем», во время короткого замыкания выводов 1 и 2 можно провести коррекцию «нуля», после чего, величина собственного сопротивления измерительной цепи при измерениях учитываться не будет.
3. В температуровыравнивающее устройство устанавливается образцовый термометр, например ТЛ-4, а само устройство помещается в сосуд со средой, имеющей заданную температуру. Собранное устройство выдерживается в сосуде со средой не менее 20 минут [2].
4. Производятся замеры величин сопротивления термометра и температуры корпуса устройства 4 ^ (оС), помещенного в среду, отсчитываемой по шкале образцового термометра ТЛ-4, в рассматриваемых температурных точках (Ом).
5. Проводится преобразование величины измеряемого сопротивления термометра (Ом) в значение измеряемой им температуры (оС). При использовании цифрового вольтметра, оснащенного внутренними средствами программной обработки результатов измерений, преобразующих значение сопротивления в действительное значение температуры, отсчет ведется непосредственно в оС. При отсутствии такой возможности указанное преобразования проводится по формуле:
а
а л
1
Щ _ 1
о
0оС
(1)
где а - температурный коэффициент термометра (С-1) [3]; Я 0 °с Я / - сопротивления термометра (в Ом) при температурах 0 и .
6. Определяется основная погрешность измерения температуры А1г-(оС) в каждой точке:
= _ А рш1 _ 1 в ,
где Арт/ - поправка на выступающий столбик ртути в /-ой точки измерения, определяется по формуле:
Артг = У(1о _1в )п,
где у - коэффициент теплового расширения ртути (у=0,00016); 1о - показания образцового термометра (оС); 1в - температура воздуха в помещении, где производится градуировка (оС); п - значения показаний термометра ТЛ-4 (оС).
При необходимости, можно оценить величину погрешности измерения, вносимую цифровым вольтметром, за счет присущей ему погрешности измерения сопротивления. Обычно, предел допускаемой основной погрешности измерения таких приборов (в %) за определенный межповерочный интервал (как правило, 12 месяцев) определяется выражением:
АЯ = ±
с + й
V Я у
(2)
где Як - конечное значение установленного диапазона измерений, Ом; Я - значение измеряемого сопротивления, Ом; с и й - положительные числа, постоянные коэффициенты, определяющие величину погрешности измерения для конкретного типа прибора (в соответствии с ГОСТ 8.401-80).
Воспользовавшись выражениями (1 и 2) можно вывести формулу для расчета искомой величины погрешности измерения ±ДЯ выраженной в оС:
±
с + й
Я
V ^ л
иЯ^ о
0,01Як
-. (3)
0оС
Выражение (3) дает возможность оценить величину погрешности измерения, вносимую цифровым вольтметром, что может повлиять на выбор его типа при проведении точных и ответственных измерений.
Следует заметить, что при использовании цифрового вольтметра, оснащенного внутренними средствами программной обработки результатов измерений, преобразующих значение сопротивления в действительное значение температуры, указанная погрешность Д^ будет складываться из двух составляющих и определятся по формуле:
+^выч,
где Д^ - погрешность, связанная с измерением сопротивления (оС); Дtвыч - погрешность, преобразования сопротивления в температуру по программе (оС).
При этом, значение погрешности ДЯ в данном случае, может вычисляться по формулам, отличным от (3) и приведенным в технической документации на конкретный тип прибора.
В качестве примера, произведем расчет погрешности измерения сопротивления термометра с Я^°с=100 Ом для трех типов цифровых вольтметров: В7-34, В7-40 и В7-46, результаты которого отражены в таблице.
Пример расчета погрешности измерения и
Тип цифрового вольтметра
Диапазон измерения, Ом
Погрешность измерения ±ДЯ 0С в режиме измерения сопротивления точках:
0 оС
100 оС
Суммарная погрешность измерения Д^, оС в режиме измерения температуры точках:
0 оС
100 оС
В7-34
1000
0,844
0,503
В7-40
200
1,023
0,632
В7-46
200
0,102
0,063
0,114
0,117
Как видно из таблицы, достаточно большая величина основной погрешности измерения сопротивления цифрового вольтметра (±AtR>0,15°%) может внести существенный вклад в погрешность измерения всей рассматриваемой системы.
Список литературы
1. Malikov A.A., Sidorkin A.V. Heat liberation in the shaving of cylindrical gears // Russian Engineering Research. August 2015, Vol. 35, Issue 8. P. 631-634.
2. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые особенности градуировки плоских термометров сопротивления // Известия Тульского государственного университета. Техниче-ские науки. Вып. 8. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 132-138.
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
ESTIMATING UNCERTAINTY OF MEASUREMENT AT DISCRETE TEMPERATURE RECORDING ROTATING PARTS TECHNOLOGICAL SYSTEMS
A.A. Malikov, A.V. Sidorkin
We consider the practical aspects of an estimation error operation of measurement system, designed for discrete temperature recording rotating parts of technological systems.It is paying considerable attention to the impact of the various components of the measuring system on the total measurement error.
Key words: measurement, error, temperature, technology system, resistance thermometer, voltmeter, transformation.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of depar-tament, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical sciences, research engineer, alan-a@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
