Способ определения погрешностей термоэлектрических термометров Советский патент 1987 года по МПК G01K15/00 

11

Изобретение относится к измерению температуры электрическими методами и может быть использовано при проверке встроенных в объект тремсэлек- трических термометров.

Целью изобретения является повышение точности определения погрешностей термоэлектрических термометров.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства, с помощью которого .осуществляют предлагаемый способ,

Устройство содержит регулируемый источник 1 постоянного тока, дополнительный нагреватель 2, образцовый резистор 3, операционный усилитель 4 коммутирующее устройство 5, двойной термоэлектрический преобразователь с четырьмя термоэлектродами 6 и одним рабочим спаем 7, вторичный измерительный прибор 8, цифровые амперметр 9 и миллиамперметр 10 соответственно в цепи нагревателя 2 и в токовой

цепи термоэлектрического преобразователя.

I ,

Способ определения погрешностей термоэлектрических термометров осуществляют следующим образом.

Через нагреватель 2 пропускают постоянный ток, нагревая этим рабочий-спай 7 термопреобразователя, в зоне которого размещен нагреватель. Источником 1 тока устанавливают ток нагревателя 2 такой величины, чтобы показание вторичного прибора 8 соответствовало первой проверяемой отметке с температурой Т,. При этом с по- мощью прибора 9 фиксируют точное значение тока нагрева I,. Температура рабочего спая Т при нагреве пропорциональна электрической мощности, рассеиваемой в нагревателе

К R I

(1)

где R

К

электрическое сопротивление нагревателя;

- коэффициент теплоотдачи между нагревателем и рабочим спаем термопреобразователя. С учетом непостоянства теплоотдачи через окружающую рабочий спай среду и наличия некоторого теплового фона создаваемого тркамя утечки, вьфаже- ние (1) для температуры рабочего спая можно представить в виде

т

1 К, (1 +) + ч R, (2)

0

5

0

где

KOJK

к

, л J4

--- и расчетньш коэффициент теплопередачи; соответственно относительное и абсолютное изменение коэффициента теплопередачи из-за некотролируе- мых изменений условий теплоотдачи и теплового фона.

С учетом погрешностей термоэлектрического преобразователя и погрешностей звеньев электрического тракта преобразования (линии связи,коммутационных устройств, вторичного прибора) показание термометра на по- веряе мой отметке шкалы Т., связано с током нагрева соотношением

0

5

0

5

5

Т (l KO (1 + Е,) + + JR + с/ ,(1 +.,),

(3)

где cf.

1

абсолютная аддитивная погрешность термометра на поверяемой отметке, обус-, ловленная смещением преобразовательной характеристики, например от непостоянства температуры свободных концов термоэлектродов; относительная мультипликативная погрешность термометра на поверяемой отметке, обусловленной изменением наклона преобразовательной характеристики, например от непостоянства чувствительности термоэлектрического преобразователя.

Не -зная точного значения температуры т рабочего спая термоэлектрического преобразователя при установ0

5

из-за некон- Е, и j по ус Т термометленном токе 1, нельзя

тролируемых изменений

тановленному показанию

ра определить его погрешность лТ

т Т на поверяемой отметке

шкалы.

Для определения указанной погрешности коммутирующим устройством 5 замыкают токовую цепь термоэлектрического преобразователя 6 и охлаждают рабочий спай 7 термопреобразова- теля на значение температуры, превы- шаюцее в 3-5 раз порог чувствительности термометра, и пропуская через

рабочий спай постоянный ток соответствующей полярности, величина кото- рого пропорциональна падению напряжения на образцовом резисторе 3 от источника 1 тока в цепи нагревателя. Вследствие эффекта Пельтье в спае поглощается определенное количество тепла и температура спая понижается на величину

-П.

с

f

I.

HI

1

Далее с помощью коммутирующего устройства 5 размыкают токовую цепь преобразователя 6. В результате прекращения охлаждения рабочего спая 7, показание термометра возрастает.Фикбора 8

(1 +

,)

где П - коэффициент Пельтье;

С - эквивалентная теплоемкость, 15 сируют показание температуры Т при- учитывающая тепловое взаимодействие спая с окружением и свободными концами термоэлек- тредов;

р - коэффициент пропорционально- 20 сти между токами нагревателя и токовой цепью преобразователя ;

- коэффициент пропорциональности.

{lU

R +

Л (1 Г.

(7)

где

25

и Т.4 изменения коэффициен та теплопередачи из- за возрастания температуры рабочего спая;

В результате понижения температуспая показание термометра уменься до значения Т2, регистрируемоприбором 8

+ ЕгУ- Ч - - if- I.

-2

и

Л 2

(5)

и

Ti

изменения коэффици- ентов теплопередачи, соответствующие новому значению температуры рабочего спая;

погрешности преобразования термометра для отметки Tj.

Затем источником 1 тока увеличивают ток через нагреватель 2 и повышают температуру чувствительного элемента преобразователя на значение, пре- вьш1ающее порог чувствительности термометра также в тановившееся при этом показание температуры термометра Т,

45

1 5i

-УТогда с учетом (8) показания тер мометра в окрестностях поверяемой

3-5 раз, фиксируя ус- go отметки шкалы Т, можно представить

в виде

Т l, К,(1 -ь Е) +

Т, ll Ко (1 + )

ftj R - II,

з(1

(Г.),

где I , ) I, установившееся значение тока нагревателя;

з

10

, и ij - изменения коэффициента теплопередачи, соответствующие возросшей температуре рабочего спая;

погрешности преобразования термометра для отметки T-j.

Далее с помощью коммутирующего устройства 5 размыкают токовую цепь преобразователя 6. В результате прекращения охлаждения рабочего спая 7, показание термометра возрастает.Фикбора 8

сируют

(1 +

,)

уют показание температуры

{lU

R +

Л (1 Г.

20 где

25

30

,

35

40

и Т.4 изменения коэффициента теплопередачи из- за возрастания температуры рабочего спая;

rf. и погрешности преобра- . зования термометра для отметки Т.

Так как значение тока охлаждения спая р1 и изменение тока нагрева ЛТ- - 1л - I выбирают такими, что изменение температуры в окрестностях поверяемой отметки шкалы термометра не превышали бы в 3-5 раз его порог чувствительности, то можно считать, что некотролируемые изменения коэффициента теплопередачи и- погрешности преобразования остаются практически постоянными

,-, и

1,-, ;LJ

0

5

1 5i

Е; г;

-У(8)

Тогда с учетом (8) показания термометра в окрестностях поверяемой

в виде

55

Т l, К,(1 -ь Е) +

+ l}R + c(1-by); Т, {ij К,(1 +) +

(9)

+ ч R - «I, - ff (1 + у); (10)

Тз ij tKod +f ) + } R - Jilj. + J (1 +); (11)

/

T {i K,(1 + О +

+ R f ( +уУ. (12)

Решая систему уравнений (9)-(12) от носительно коэффициента теплопереда чи К, находится его действительное значение с учетом неконтролируемых изменений и 1

К Кр(1 + ) +1

() Ti (Ia-Ii)

() (f;-f тгг

Т4- Ti Т

(Т -т Т - ТтГ-т Т (

Из выражений (2) и (1-3) определяется действительное значение температуры рабочего спая

Т4 - т

/Tl

() - (

.(14)

мало

Так как токи нагрева 1 и 1 отличаются друг от друга, то выражение (14) можно упростить

Т4 - Тз Jl,

т

() .- ( 2

(15)

Разность между показаниями термо- метра Т и действительным значением температуры рабочего спая Т дает значение погрешности на поверяемой отметке шкалы, которое определяется по формуле

AT - г Ti - Ti III, f /Т, - Т (, Т

Таким образом, измерив с высокой точностью ток нагрева I,, соответствующий поверяемой отметке шкалы термометра и фиксируя Т, Tj и Т по его шкале, можно определить погрешность термометра с встроенным в объект термоэлектрическим преобразователем.

Нагревая рабочий спай термопреобразователя до температуры, соответствующей следующей точки поверки и выполняя операции предлагаемого способа, можно определить погрешность

V термометра во всех заданных точках диапазона измеряемых температур.

Повышение точности определения погрешности термометров с встроенными в контролируемый объект термоэлек- 10 трическими преобразователями достигнуто за счет того, что погрешность поверяемого термометра определяется абсолютным значением тока, протекающим через нагреватель, а не малой

15 разностью двух больших токов, которая может иметь существенную неопределенность из-за погрешности из- ,мерения тока в промышленных условиях.

20 Формулаизобретения

)

25

30

35

0 5

.

сп -Способ определения погрешностей термоэлектрических термометров, заключающийся в том, что показания термометра на поверяемой отметке его шкалы сравнивают с действительным значением температуры, при этом температуру, соответствующую поверяемой отметке шкалы, задают, пропуская электрический ток через дополнительный нагреватель, который размещают в зоне рабочего спая термоэлектрического преобразователя, затем, пропуская через рабочий спай постоянный ток, охлаждают его, после чего увеличивают ток нагревателя, повьш1ая температуру рабочего спая, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности, после установления показания термометра, соответствующего поверяемой точке с температурой Т, охлаждение рабочего спая термоэлектрического преобразователя производят до достижения температуры Т2, меньшей первоначальной на 3-5 порогов чувствительности термометра, при этом величину тока охлаждения выбирают пропорциональной току нагревателя, затем увеличивают ток нагревателя и ток охлаждения рабочего спая, поддерживая их пропорциональность, и нагревают тем самым рабочий спай термоэлектрического преобразователя до температуры Т, превьщ1ающей предыдущее значение температуры спая также на 3-5 порогов чувствительности тер-- мометра, после чего прекращают пропускание постоянного тока через рабочий спай и регистрируют устано7 .1362964 8

вившееся показание термометра Т,П - коэффициент Пельтье для раа искомую погрешность Д1 определя--бочего спая термоэлектричеют по формулеского преобразователя;

„ С- эквивалентная теплоемкость

JT - т - Ti Пр Ii. 5

Т - Т, - () () 2С рабочего спая;

л - коэффициент пропорциональгде I - ток нагревателя, создаю-ности между током нагреващий заданную, температурутеля и постоянным током охр .10 лаждения рабочего спая.

Изобретение относится к измерению температуры электрическими методами и м.б. использовано при проверке встроенных в объект термоэлектрических термометров (ТТ).Цель изобретения - повышение точности определения погр1ешностей ТТ. Устройстйо, реализующее способ, содержит источник 1 постоянного тока, нагреватель 2, образцовый резистор 3, усилитель 4, коммутирующее устройство 5, термоэлектрический преобразователь 6, рабочий спай 7, измерительный прибор 8, амперметр 9 и миллиамперметр 10. Погрешность проверяемого ТТ определяется абсолютным значением тока, протекающего через нагреватель 2,.а не малой разностью двух больших токов, которая имеет неопределенность из-за погрешности измерения тока -в промьшшенных условиях. 1 ил. ( с со Oi го со о: 1