Modeling of Intrinsic Thermal Feedback in Resistance Temperature Devices

Abstract

Цель работы - исследование внутренней тепловой обратной связи в датчиках температуры - термопреобразователях сопротивления - путем компьютерного моделирования. Модель создана на основе электротепловой аналогии, то есть на сходстве математических уравнений описания тепловых и электрических процессов. Это позволило, с одной стороны, рассматривать тепловые процессы как электрические, с другой - одновременно при этом включить в рассмотрение электрические процессы в схемах включения термопреобразователей в термоизмерительной аппаратуре. В качестве среды моделирования выбрана известная компьютерная программа Micro-Cap, разработанная фирмой Spectrum Software, которая позволяет осуществлять вычисления с погрешностью до десятых долей процента как в статическом, так и динамическом режимах. Существенным достоинством программы является возможность применять идеализированные компоненты с произвольно устанавливаемыми номиналами основных параметров, что ранее невозможно было сделать при физическом моделировании по методу электротепловой аналогии с применением реальных электрических компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и др. По результатам моделирования сделаны практические выводы по построению термометрических приборов и применению результатов в смежных областях. В частности установлено, что при питании термопреобразователя от источника тока или при сопротивлении последовательного ему резистора в мостовой схеме большего сопротивления, чем у термопреобразователя, наблюдается положительная тепловая обратная связь. При питании термопреобразователя от источника напряжения или небольших по сопротивлению последовательных термопреобразователю резисторах наблюдается отрицательная обратная связь. Существуют условия, при которых обратная связь не проявляется. Исследована зависимость перегрева чувствительного элемента от значения измерительного тока. Установлено, что зависимость имеет нелинейный характер, и при относительно больших токах происходит резкое нарастание перегрева вплоть до расплавления чувствительного элемента. Установлено также, что для снижения внутренней тепловой обратной связи в теромпреобразователях сопротивления необходимо снижать значение измерительного тока и уменьшать термическое сопротивление чувствительный элемент - среда.