Экспериментальная проверка адекватности результатов компьютерного моделирования динамической характеристики датчика температуры

Цель работы: развитие у студентов профессиональных навыков в использовании термопреобразователей, а также практическое овладение методами экспериментальных исследований и оценки адекватности результатов эксперимента и математического моделирования.

Работа предусматривает написание компьютерной программы для синтеза динамической характеристики датчика температуры (термопары в корпусе) на базе дифференциального уравнения второго порядка нестационарной теплопроводности, в системе с дифференциальным уравнением, описывающем равенство плотностей потоков тепла в материале корпуса преобразователя и среде теплоносителя вблизи границы раздела фаз (граничное условие), и дифференциальным уравнением баланса тепла в системе датчик - теплоагент; получение экспериментальной динамической характеристики с использованием вторичного самопишущего прибора типа КСП-4; проведение процедуры проверки адекватности расчетной характеристики.

Предмет и содержание работы

ТермоЭДСпреобразователи (термопары)

Тепловые преобразователислужат для преобразования температуры в электрический сигнал.Принцип действия базируется на эффекте возникновения разности потенциалов по обе стороны от границы контакта двух проводников (полупроводников), изготовленных из различных материалов.

Механизм возникновения разности потенциалов по обе стороны от границы контактов проводников объясняется различием в плотностях электронного газа этих проводников (рис. 2.1).

Рисунок 2.1

Проводник 1 имеет большую плотность электронного газа, чем проводник 2.

В этом случае из проводника 1 будет осуществляться переход электронов в объем проводника 2. Проводник 2 приобретает отрицательный заряд, а проводник 1– положительный. Переход электронов из области 1 в область 2 будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле определенной напряженности не остановит процесс.

На практике обычно измеряют разницу разности потенциалов (на границе) как минимум для двух границ раздела проводников. В дальнейшем границы раздела двух проводников будем называть спаями. Любой термоЭДС-преобразователь должен иметь как минимум два спая. Спай, воспринимающий измеряемую температуру, называется горячим или рабочим спаем. Другой спай называется холодным или опорным.

Контактные разности потенциалов образуются в точках 1 и 2 (рис. 2.2). Если , то они равны между собой и, будучи противоположно направленными, взаимно уравновешиваются. Если же , то в цепи развивается результирующая ЭДС:

,

называемая термоэлектродвижущей силой (термоЭДС).

Рисунок 2.2

Для того, чтобы осуществить замеры ТЭДС, обычно включают измерительный прибор в разрыв цепи (рис. 2.3).

1-2 –спаи термопары; 3-4 –спаи, которые возникли в местах соединения линии с проводниками термопары; 5-6 – спаи, которые возникли в местах соединения линий и клемм прибора. Рисунок 2.3