Способ измерения тепловой постоянной времени термодатчика Российский патент 2018 года по МПК G01K15/00 

Изобретение относится к области тепловых измерений, в частности к измерению показателя постоянной термической инерции (тепловой постоянной времени) датчиков температуры.

Известны способы определения показателя тепловой инерции термодатчика, основанные на нагревании термодатчика, измерении выходного сигнала, определении зависимости выходного сигнала от времени и последующем вычислении искомой величины.

Примером этому может считаться способ определения показателя тепловой инерции термопреобразователя сопротивления, заключающийся в перегреве термопреобразователя на заданную величину, с последующим снятием с выхода мостовой схемы напряжения разбаланса моста, которое подается на вход интегратора, а временной интервал, необходимый для его обнуления (на основании закона сохранения заряда), можно считать равным показателю тепловой инерции термопреобразователя (SU №1377625, G01k 15/00).

Данный способ, как и все другие аналогичные способы, обладает трудоемкостью, сложностью необходимых вычислений, повышенной погрешностью получаемого результата, обусловленной, в том числе, сложной специальной аппаратной реализацией.

Наиболее близким к предлагаемому способу измерения тепловой постоянной времени термодатчика является известный способ автоматического измерения тепловой постоянной времени термодатчика, основанный на использовании аналитической зависимости, описывающей процесс простого нагрева (или охлаждения) тела, вносимого в среду с постоянной температурой, вида

где Т₀=T₀(t₀) - начальная температура термодатчика;

t₀ - время начала отсчета;

θ=const - температура окружающей среды;

Т=T(t) - текущая температура термодатчика;

t - текущее время;

- темп охлаждения термодатчика - величина, обратная тепловой постоянной времени термодатчика;

τ - тепловая постоянная времени термодатчика.

По указанному способу напряжение на выходе преобразователя после внесения термодатчика в заданную среду в одном канале измерительной установки усиливают и подают на клеммы вертикальной развертки луча электронного осциллографа, а в другом канале - дифференцируют, усиливают и подают на клеммы горизонтальной развертки и по величине тангенса угла наклона прямолинейного участка кривой, полученной на фотографии, вычисляют значение тепловой постоянной (SU №384028, G01k 15/00).

Известный способ обладает повышенной погрешностью получаемых результатов измерения и сложностью практической реализации, т.к. требует специального аппаратного оснащения.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - упрощение процесса определения показателя тепловой инерции термодатчика и обеспечение высокой точности полученного результата.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе измерения тепловой постоянной времени термодатчика, заключающемся в размещении последнего в среде с постоянным коэффициентом теплопередачи, регистрации и графическом построении изменяющейся во времени температуры охлаждения термодатчика, по построенному графику изменения зарегистрированной температуры термодатчика во времени определяют начальную температуру термодатчика Т₀=T₀(t₀) для произвольно выбранного времени начала отсчета t₀ в пределах интервала регистрации, рассчитывают ожидаемую температуру термодатчика Т(t_Ож) на момент времени t_Ож=t₀+τ по формуле

а затем осуществляют переходы от значения величины Т₀ к значению величины T(t_Ож) и далее от значения величины T(t_Ож) к значению величины t_Ож, при которой зарегистрировано значение величины T(t_Ож), и вычисляют значение величины тепловой постоянной времени по формуле:

Техническим результатом является то, что тепловую постоянную времени термодатчика определяют по формуле (3) с использованием графика изменяющейся во времени температуры охлаждения термодатчика в среде с постоянным коэффициентом теплопередачи, для построения которого может быть применено любое известное устройство, используемое для поверки или калибровки термодатчиков и способное зарегистрировать изменение температуры термодатчика во времени, что значительно упрощает процесс и обеспечивает высокую точность полученного результата.

На чертеже представлен график экспериментальной регистрации изменяющейся температуры охлаждения термодатчика в среде с постоянной температурой.

Имея результат (график) экспериментальной регистрации изменяющейся во времени температуры охлаждения термодатчика в среде с постоянной температурой, осуществляют переход «А» от значения величины Т₀ для произвольно выбранного времени начала отсчета t₀ в пределах интервала регистрации к значению величины T(t_Ож) на момент t_Ож=t₀+τ, рассчитанной по формуле , полученной на основании использования аналитической зависимости (1), описывающей процесс простого нагрева (или охлаждения) тела, вносимого в среду с постоянной температурой θ.

Далее осуществляют переходы «Б» и «В» от значения величины T(t_Ож) к значению величины t_Ож, при которой зарегистрировано значение величины Т(t_Ож), и вычисляют значение величины тепловой постоянной времени τ по формуле (3).

Преимущество предложенного способа заключается в том, что он позволяет значительно упростить процесс определения показателя тепловой инерции термодатчика при обеспечении высокой точности полученного результата и не требует специального аппаратного оснащения.

Изобретение относится к области тепловых измерений, в частности к измерению показателя постоянной термической инерции (тепловой постоянной времени) датчиков температуры. Предложен способ измерения тепловой постоянной времени термодатчика, заключающийся в размещении последнего в среде с постоянным коэффициентом теплопередачи, регистрации и графическом построении изменяющейся во времени температуры охлаждения термодатчика. По построенному графику изменения зарегистрированной температуры термодатчика во времени определяют начальную температуру термодатчика Т₀=T₀(t₀) для произвольно выбранного времени начала отсчета t₀ в пределах интервала регистрации. Рассчитывают ожидаемую температуру термодатчика T(t_Ож) на момент времени t_Ож=t₀+τ по формуле а затем осуществляют переходы от значения величины Т₀ к значению величины Т(t_Ож) и далее от значения величины T(t_Ож) к значению величины t_Ож, при которой зарегистрировано значение величины Т(t_Ож). Вычисляют значение величины тепловой постоянной времени по формуле: τ=t_Ож-t₀. Таким образом, для построения графика изменения зарегистрированной температуры термодатчика во времени может быть применено любое известное устройство, используемое для поверки или калибровки термодатчиков и способное зарегистрировать изменение температуры термодатчика во времени. Технический результат - упрощение процесса определения показателя тепловой инерции термодатчика и обеспечение высокой точности полученного результата. 1 ил.

Способ измерения тепловой постоянной времени термодатчика, заключающийся в размещении последнего в среде с постоянным коэффициентом теплопередачи, регистрации и графическом построении изменяющейся во времени температуры охлаждения термодатчика, отличающийся тем, что по построенному графику изменения зарегистрированной температуры термодатчика во времени определяют начальную температуру термодатчика Т₀=T₀(t₀) для произвольно выбранного времени начала отсчета t₀ в пределах интервала регистрации, рассчитывают ожидаемую температуру термодатчика T(t_Ож) на момент времени t_Ож=t₀+τ по формуле , а затем осуществляют переходы от значения величины Т₀ к значению величины T(t_Ож) и далее от значения величины T(t_Ож) к значению величины t_Ож, при которой зарегистрировано значение величины T(t_Ож), и вычисляют значение величины тепловой постоянной времени по формуле τ=t_Ож-t₀.