Измерение температуры поверхности тела
Рассчитывать методическую погрешность изменения температуры нагретой поверхности изделия, медь — медноникелевой (медь-константановая) термопарой, измерительный спай которой утоплен и заделан на уровне поверхности объекта, что позволяет минимизировать систематическую погрешность из-за падения температуры на спае. Действительная температура поверхности tW =125 оС, температура окружающей среды tf=35 оС.
Теплопроводность материала зависит от температуры. В таблице приведены ориентировочные значения =0,21 при температуре tW=125.
Диаметр термоэлектродов d=0,13, мм
Дерево дуб перпенд. волокнам.

Решение.
,
где ,
.
Для заданного варианта при tW, tf = 35oC, d = 0,13 мм получим к αК 163 ,
а линейный коэффициент лучистого теплообмена:
,
где ε – степень черноты термоэлектрода, σ0 – постоянная излучения Стефана-Больцмана.
Полный коэффициент конвективно-лучистого теплообмена

αЭ = 169 .

Контактный термоприемник, например термопара, нарушает первоначальное распределение температур в объекте, вследствие теплоотвода (теплоподвода) по нему. Поэтому измеренная температура tизм = tсп будет отличаться от действительной неискаженной температуры tW.
Эта методическая погрешность измерения Δtм = tсп — tш зависит от многих факторов: теплопроводности объекта λ0 и термоэлектродов термопар (λЭ d) характера теплообмена нагретой поверхности и термоприемника с окружающей средой, контактного термического сопротивления и т.д.
В случае идеального термического контакта термоприемника с поверхностью, методическая погрешность при его внешнем расположении можно вычислить, исходя из уравнения методической погрешности предложенной проф. Ярышевым Н.А.

где ;
Полная тепловая проводимость круглого стержня
KЭ = ,
где р – периметр, S – площадь сечения, λЭ – теплопроводность, αЭ – коэффициент теплоотдачи между термопарой и окружающей средой.
— полная тепловая проводимость между глубинными слоями объекта и площадью контакта. Здесь λ0 – теплопроводность объекта, R – радиус контакта.
Кw = αwS — полная тепловая проводимость между свободной поверхностью и средой в расчете на площади контакта S; αw – коэффициент теплоотдачи между свободной поверхностью и воздухом.
Если поверхность тела теплоизолирована (αw=0), то для этого случая, когда в теле gradt = 0 уравнение погрешности упрощается (αW → 0)
(3).
Тогда принимая αЭ = αк + αл = 169, d = 0,13 мм для константанового термоэлектрода .
Если измеряется температура поверхности меди, то
.
Тогда методическая погрешность измерения температуры поверхности, когда вторым электродом служит сам медный объект:
.
Если учитывать теплоотвод еще по медному термоэлектроду, то

и тогда методическая погрешность будет существенно больше и составит
.
Следовательно измеренная температура (температура спая)
С
Если объектом измерения является дерево – дуб (перпендикулярно волокнам ) то
.
Следовательно измеренная температура (tспая)

Заключение.

Измерение температуры тела является достаточно сложной методической задачей, так как прямых методом измерения температуры не существует и все используемые методы и приборы основаны на косвенных зависимостях физических свойств от температуры. Это обуславливает особые требования к организации проведения измерений температуры и к учету неизбежных погрешностей и ошибок результатов измерений.
Методическая погрешность измерения температуры поверхности объекта (образца) возникает ввиду разности значений теплопроводности λ1 и λ3 и перераспределения тепловых потоков в области паза, а также смещения термопары на величину h / 2 от поверхности.
Термопара является простым, широко используемым компонентом для измерения температуры. Преимущества термопары:
1. Температурный диапазон. Наиболее реальные температурные диапазоны -от криогеники до выхлопа реактивного двигателя — могут быть перекрыты при помощи термопар. В зависимости от использованного металла проводников, термопара способна измерять температуру в диапазоне от -200 до+2500=С.
2. Надежность. Термопары являются прочными приборами, невосприимчивыми к удару и вибрации и подходящими для использования в опасных окружающих условиях.
3. Быстрый отклик. Благодаря небольшим размерам и низкой теплоёмкости, термопары быстро откликаются на изменения температуры, особенно если воздействию подвергается измерительный спай. Они могут реагировать на быстро изменяющуюся температуру в пределах нескольких сотен миллисекунд.
4. Отсутствие саморазогрев. Поскольку термопары не требуют энергии питания, они не подвержены саморазогреву и от природы безопасны.
В целях уменьшения влияния теплоотвода иногда увеличивают поверхность соприкосновения рабочего конца термоэлектрического термометра, припаивая к нему тонкую металлическую пластину из материала с большим коэффициентом теплопроводности.
Для уменьшения погрешности за счет теплоотвода до минимума термоэлектрический термометр рекомендуется устанавливать на поверхности тела, таким образом чтобы термоэлектроды прокладываются на поверхности на длину не менее 150-200 их диаметров. В этом случае также имеет место теплоотвод по термоэлектродам термоприемника, но тепло поступает в них по всей длине соприкосновения термоэлектродов с поверхностью, вследствие чего теплоотвод от рабочего конца термоэлектрического термометра значительно уменьшится.

Измерение температуры поверхности тела Рассчитывать методическую погрешность изменения температуры нагретой поверхности изделия