Испытания термоэлектрического термометра

В измерительных системах применяются термопары типа Т-99, Т-38, Т-93.

Термопары помещают в жаропрочный корпус с камерой торможения равномерно размещают по периметру одного сечения выходного сопла двигателя.

Способы соединения термопар различны. В термометрах типа ТВГ, ТСТ термопары соединяются электрически в одну термобатарею последовательно. В измерительных системах тепмопреобразователи имеют две комбинации параллельно или параллельно - последовательно соединенных термоэлектродов, при этом одна группа термопреобразователей используется непосредственно для измерения температуры, а другая - в качестве датчика регулятора температуры. Указанные способы соединения позволяют получить суммарную термоЭДС, пропорциональную среднему значению температуры выходящих газов. Соединение термопреобразователей осуществляется в соединительных коробках, расположенных в таком месте самолета, где температура окружающей среды меняется незначительно и не превышает 100°С.

Электрические схемы термометров ТЦТ, ТВГ, ИТГ, ТСТ одинаковы, отличия заключаются только в способах соединения термопар.

Устройство термоэлектрического термометра и работу его электрической схемы рассмотрим на примере термометра ИТГ-1.

Основными элементами электрической схемы являются термопреобразователь, соединительные провода и измерительный прибор. Термопреобразователь ТП1 представляет собой блок параллельно соединенных термопар. Термо-ЭДС преобразователя измеряется магнитоэлектрическим милливольтметром.

2 Цели испытаний

Цели испытаний различны на различных этапах проектирования и изготовления изделий.

К основным целям испытаний можно отнести:

а) выбор оптимальных конструктивно-технологических решений при создании новых изделий;

б) доводку изделий до необходимого уровня качества;

в) объективную оценку качества изделий при их постановке на производство и в процессе производства;

г) гарантирование качества изделий при международном товарообмене.

Испытания служат эффективным средством повышения качества, так как позволяют выявить:

а) недостатки конструкции и технологии изготовления изделий электронной техники, приводящие к срыву выполнения заданных функций в условиях эксплуатации;

б) отклонения от выбранной конструкции или принятой технологии;

в) скрытые дефекты материалов или элементов конструкции, не поддающиеся обнаружению существующими методами технического контроля;

г) резервы повышения качества и надежности разрабатываемого конструктивно-технологического варианта изделия. По результатам испытаний изделий в производстве разработчик устанавливает причины снижения качества.

Классификация основных видов испытаний и порядок их проведения:

При определении понятия “испытание”, надо отталкиваться не от английского термина “test” (у которого, как известно много значений), а от традиционных норм русского языка. Согласно этим нормам, испытание всегда предполагает какое-либо воздействие или нагрузку. Испытание проходят либо не проходят.

Следовательно, результатом испытаний должны быть не результаты измерений, выполняемых при испытаниях, а ответ вида “годится” или ”не годится”, ”соответствует” или ”не соответствует”.

3 Обоснование необходимости проведения испытаний

В процессе изготовления и приемки термоэлектрические преобразователи проходят различные виды испытаний в соответствии с программой испытаний.

Основные виды производственных испытаний

К основным видам испытания (важным для метрологии) относятся:

· Контроль сопротивления изоляции термопары при нормальной температуре. Допускаемое сопротивление >51010Ом. Все термопреобразователи подвергаются данному виду контроля.

· Контроль сопротивления изоляции термопары при номинальной температуре применения (350 °С) на 90% длины. Допускаемое сопротивление изоляции >5-107 Ом. Испытания проводятся на выборке из 5 термоэлектирческих преобразователей из партии для подтверждения качества кабеля.

· Контроль сопротивления термоэлектродов и цепи термопары на соответствие нормированным параметрам. Контрольные данные паспортируются для дальнейшего контроля в процессе эксплуатации.

· Калибровка индивидуальная. Калибровочные данные в виде табулированных значений паспортируются.

· Проверка величины термо-ЭДС термопреобразователя термоэлектрического на соответствие расчетной в пределах допуска (±20(мV) при реперной температуре затвердевания свинца (t9o=327,46°C) для двух значений температуры свободных концов (0°С, 25±5°С). Проверке подвергаются пять термопреобразователей из партии. Типовой протокол поверки термоэлектрического преобразователя.

· Проверка на соответствие допускаемому отклонению термо-ЭДС (±63мV) от среднего значения при температуре 350°С каждого термопреобразователя из партии.

4 Место и обеспечение испытаний

Условия проведения испытаний должны соответствовать следующим требованиям:

· Температура окружающего воздуха (25±10)С°;

· Относительная влажность от 30 до 80%;

· Атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа.

Определение допускаемых отклонений от НСХ и испытание на стабильность термопар с НСХ, имеющие буквенные обозначение В, S, K, L, с длинной погружаемой части не менее 20 мм в диапазоне температур от 0 С° до 1800 С° осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ.

Испытания термопар остальных типов, а также термопар с длинной погружаемой части до 250 мм, и с нижним значением диапозона рабочих температур минус 200 и ниже проводят по методикам, изложенным в тех условиях на термопару конкретного типа.

Допускается проводить испытания в одной температурной точке, указанной в тех условиях термопар конкретного типа, при условии, что термопара изготовлена из термоэлектрического материала, прошедшего предварительные испытания

Показатель тепловой инерции определяют по переходному процессу в режиме простого охлаждения.

Переходный процесс определяют следующим образом. Термопару подключают к измерительной установке и гальванометру светолучевого осциллографа. На осциллографе гальванометрами устанавливают две масштабные световые точки: одну- для температуры воды 15-20 С°, другую- для температуры воды от 50-100 С°.

Частоту отметок времени выбирают в зависимости от типа осциллографа и ожидаемого показателя тепловой инерции.

Термопару помещают на глубину до 100 мм в сосуд и интенсивно перемешивают с водой, температура которой равна 15-20 С°. Когда температура термопары установиться, с помощью гальванометра совмещают световую точку, соответствующую температуре 15-20 С°, со световой точкой термопары.

Термопары извлекают из воды и помещают в сосут с водой, температура которой равна 50-100 С°. Когда температура термопары стабилизируется, с помощью гальванометра совмещают световую точку термопары со световой точкой, соответствующей температуре 50-100 С°. Затем устанавливают скорость ленты самопишущего прибора осциллографа в зависимости от предполагаемого показателя тепловой инерции.

Съемку переходного процесса в следующей последовательности. Включают осциллограф и самопишущий прибор. Термопару быстро переносят в сосуд с интенсивно перемешиваемой водой, температура которой равно 15-20 С°, на время, необходимое для записи переходного процесса.

Показатель тепловой инерции определяют по осциллограмме следующим образом. На осциллограмме масштабной линейкой измеряют расстояние между линиями, соответствующими температурам 15-20 С° и 50-100 С°?N. Вычисляют N63=0,63· N или N37=0,37· N. На кривой переходного процесса откладывают значение N63 от линии, соответствующей температуре 50-100 С°, или N37 от линии, соответствующей температуре 15-20 С°. Расстояние от начала отсчета до проекции точки N63 на ось времени соответствует значению показателя тепловой инерции.

Поверхностные термопары вместо погружения в воду прикладывают неподвижно к поверхности медного тонкостенного (толщина не более 0,5 мм) сосуда с интенсивно перемешиваемой водой, температура которой равно 15-20С°. Температура и способ нагрева должны быть указаны в технических условиях на термопаре конкретного типа.

Показатель тепловой инерции для других значений коэффициента теплопередачи определяют по методикам, изложенным в технических условиях на термопару конкретного типа.

Электрическое сопротивление изоляции при температуре до 300 С° определяют при испытательном напряжении от 10 до 100 В.

Измерение электрического сопротивления изоляции при температуре свыше 35 проводят при напряжении разной полярности не более 10 В и глубине погружение термопары не менее 300 мм после выдержки при температуре верхнего рабочего диапазона измерения не менее 2 часа. Отсчет сопротивления изоляции следует осуществлять после первой минуты с момента включения измерительного прибора. Значение сопротивления изоляции определяют как средне арифметическое двух измерений разной полярности. Для термопар, у которых длина погружаемой части менее 300 мм, погружение проводят на длину погружаемой части.

Для термопар с керамической погружаемой частью в технических условиях на термопаре конкретного типа при необходимости должны быть установлены условия измерения электрического сопротивления изоляции при температурах свыше 1000 С°.

Электрическую прочность изоляции проверяют на установке переменного тока мощностью не менее 0,25 кВ А. Испытательное напряжение прикладывают также между короткозамкнутыми зажимами термопар и металлической частью защитной арматуры. У термопар, имеющих две и более несвязанные электрические цепи, испытательное напряжение прикладывают также между электрическими цепями.

Испытание на прочность арматуры проводят до сборки термопары гидростатистическим или воздушным давлением, приложенным извне, не менее 10с.

Допускается проводить испытание защитной арматуры внутренним давлением.

В обоснованных случаях допускается испытывать защитную арматуру после сборки термопары.

Испытания термопары на герметичность проводят по методике, изложенной в технических условиях на термопаре конкретного вида.

Испытания термопары на воздействие температуры и влажности окружающего воздуха, синусоидальных вибраций, механических ударов, на устойчивость в транспортной таре, на воздействие агрессивных сред, инея и росы, соляного тумана, качки, радиации и других воздействий окружающей среды проводят по методикам, изожженным в технических условиях на термопаре конкретного типа.

Поверку маркировки полярности проводят подключением термопары к милливольтметру, при этом температура нагревания термопары должна быть достаточной определения полярности( примерно 300 С° для термопары типа платинородий-платинородиевые и 100 С° - для остальных типов термопар)

5 Объем и методики испытаний

Таблица 2 Методы испытаний в соответствии с техническими требованиями

Технические требования	Методы испытаний
1	2
Техника безопасности	При выполнении измерений должны быть соблюдены требования эксплуатационных документов на термостаты, утвержденных в установленном порядке на территории Российской Федерации. Также должны быть соблюдены требования правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей и Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей
Климатические: Температура окружающего воздуха 20°С-27°С	· Испытание на повышение и понижение температур · Испытания на резкие смены температуры
Влажность от 30% до 80%	Испытание изделия на воздействие повышенной влажности проводят по одному из следующих режимов: · постоянный (без конденсации влаги); · циклический (с конденсацией влаги).
Атмосферное давление от 86 до 106,7 кПа	· Испытание на атмосферное давление
Изделия на воздействие твердых тел	· Испытание проникновение пыли · Испытание на проникновение твердых тел
Изделий на воздействие воды	· Испытание на проникновение воды · Испытание на герметичность
Механические: Испытание на воздействие вибрационных и ударных нагрузок	· испытаний на вибропрочность · испытание на виброустойчивость · испытание на ударную прочность · испытание на ударную устойчивость
Воздействие внешних магнитных полей	· Испытание на воздействие внешних магнитных полей · Испытание на электрическое сопротивление изоляции · Испытание на электрическую прочность изоляции

Климатические:

Испытания на воздействие климатических дестабилизирующих факторов проводят для проверки работоспособности и сохранения внешнего вида изделий в течение и после воздействия. Применяют следующие виды испытаний на воздействие: пониженного атмосферного давления, повышенной или пониженной температуры внешней среды, изменения температуры внешней среды, влажности, брызг, (герметичность)и пыли.

Объем климатических испытаний, значения дестабилизирующих факторов и время их воздействия, число испытываемых изделий, а также используемые методики и средства испытаний, контроля и измерений должны обеспечивать уверенность в том, что если изделие работоспособно в процессе и после испытаний, то оно будет работоспособно и в экстремальных климатических условиях эксплуатации в течение определенного срока.

Изделия испытывают в искусственно создаваемых климатических условиях в лабораториях или реальных условиях эксплуатации на полигонах,, в различных климатических зонах или с использованием методов ускоренных испытаний.

Воздействие климатических дестабилизирующих факторов проявляется, как отмечалось раньше, в нарушении внешнего вида изделия (коррозионные процессы), внутренней структуры комплектующих изделий (растрескивание кристалла микросхемы), потере герметичности корпусных деталей, механических повреждениях (из-за различного коэффициента линейного расширения), электрических дефектах (повреждение изоляции, явление электролиза и др.). потере геометрической формы (коробление).

Эти виды не относятся к климатическим видам, но включены а гл. 6 с методической точки зрения.

В системах электроснабжения характерными дефектами являются обрывы обмотки возбуждения из-за холодной пайки выводов к контактным кольцам, короткие замыкания обмоток статора из-за растрескивания заливочного материала, тепловые пробои диодов выпрямительного моста и выходного транзистора регулятора напряжения из-за перегревания генераторной установки, заедание ротора из-за коррозии и др.

В системе электропуска характерными дефектами являются короткие замыкания обмоток якоря и обмоток возбуждения из-за растрескивания пазовой изоляции, коррозия реле и контактного болта (большое переходное сопротивление), окисление коллектора электродвигателя, зависание щеток в щеткодержателе и т.д.

В аппаратах зажигания наиболее характерными дефектами, имеющими место в эксплуатации, являются пробои высоковольтных деталей (крышек, бегунка) из-за загрязнения или от переувлажнения (попадания воды в подкапотное пространство автомобиля), тепловые пробои транзисторов и диодов из-за перегревания двигателя.

В системах освещения и световой сигнализации возможны отказы из-за коррозии оптического элемента (отражателя) и арматуры (патроны ламп, штекерные соединители).

Для электронных систем автоматического управления агрегатами автомобиля наиболее характерными являются отказы штекерных соединителей из-за их разгерметизации, коррозии или при неправильном соединении.

В информационных системах отказы представляют собой нарушения соединения датчика и указателя из-за коррозионных процессов, выход из строя чувствительных элементов из-за перегревания.

Следовательно, климатические дестабилизирующие факторы влияют на надежность работы изделий, вызывая в них процессы деформации, электролиза, коррозии, потерю герметичности, обусловленные этим отказы определяют виды, объем и методы климатических испытаний.

· Температура окружающего воздуха 20°С-27°С

Проводят внешний осмотр изделия, после чего его помешают в камеру тепла (холода), а которой установлены нормальные условия испытаний. После начальной стабилизации проводят начальные проверки характеристик.

Температуру в камере изменяют до верхнего (нижнего) значения рабочих температур. Изделия выдерживают в течение времени, достаточного для нагрева (охлаждения) его по всему объему.

Продолжительность выдержки изделия при повышенной (пониженной) температуре устанавливают в стандартах и (или) технических условиях на изделия конкретных групп (видов), рекомендуется продолжительность выдержки выбирать из ряда: 2; 8; 16; 32; 72; 96 ч.

Скорость повышения (понижения) температуры определяется характеристиками испытательной камеры.

От начальной до конечной проверки характеристик при испытаниях на воздействие повышенной температуры изделие должно быть во включенном состоянии, при испытаниях на воздействие пониженной температуры - в выключенном, если нет других указаний.

Относительная влажность в камере должна быть естественно установившейся. После выдержки при повышенной (пониженной) температуре проверяют характеристики, установленные в стандартах и (или) технических условиях на изделия. При наличии требований только к прочности проверку характеристик изделия при повышенной (пониженной) температуре не проводят.

Температуру в камере понижают (повышают) до температуры нормальных условий испытаний и после конечной стабилизации проводят заключительные проверки внешнего вида и характеристик изделия, установленных в стандартах и (или) технических условиях на изделия конкретных групп (видов).

Изделие считают выдержавшим испытание, если во время и (или) после испытания его внешний вид и характеристики соответствуют требованиям, установленным в стандартах и (или) технических условиях на изделия.

Рисунок 5- Схема работы камеры тепла ( холода)с вращающейся цилиндрической камерой:1 - камера тепла; 2 - камера холода; 3 - цилиндрическая камера; 4 - корзина для изделий

Испытания при низких температурах. Камеры холода

Испытания на воздействие пониженных температур (холодостойкость) предназначены для проверки параметров изделий в условиях воздействия отрицательных температур, а также после пребывания их в этих условиях.

Изделия помещают в камеру холода и выдерживают в неработающем состоянии 3 ч при температуре, заданной программой испытаний. Изделия, устанавливаемые снаружи транспортного средства, в кабине или закрытом кузове, а также изделия, которые должны работать до предпускового подогрева двигателя, и изделия, устанавливаемые на двигателе и под капотом и включаемые после предпускового подогрева, помещают в камеру холода и доводят в ней температуру до минимального значения, выдерживают изделия в таком режиме в течение 3 ч. Работоспособность изделий проверяют внутри камеры холода. Необходимо обращать внимание на возможное загустевание или замерзание смазочного материала у вращающихся деталей электрических машин, стеклоочистителей, антенны и т.д. Электродвигатели должны самостоятельно приводиться во вращение и входить в рабочий режим не позднее чем через 3 мин после подключения к ним номинального напряж%ния.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5