Способ бездемонтажной поверки технического термоэлектрического преобразователя и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01K15/00 

4i 1

Изобретение относится к области температурных измерений и позволяет повысить точность поверки термоэлектрического преобразователя (ТЭП). Последовательно - встречно с поверяемым ТЭП включается идентичный образцовый ТЭП, который нагревают или охлаждают до температуры, при которой разностная термоЭДС ТЭП равна нулю. В момент равенства нулю разностной термоЭДС через ТЭП пропускают в одинаковом направлении одинаковые импульсы тока определенной длительности τU и определенной амплитуды J. После пропускания импульсов тока регистрируют разностную термоЭДС ТЭП, по величине которой судят о характеристике поверяемого ТЭП. Приведены формулы для τU и J. Устройство содержит два источника тока 5, 6, регулируемый задатчик температуры 4, в который помещен образцовый ТЭП 3, блок индикации 8, ключ 7 для подключения источников тока и блок управления 9 для задания длительности импульсов τU и управления работой элементов устройства. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

00

10

11471089

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для бездемонтажной поверки термоэлектрических преобразователей в условиях нормальной эксплуатации тех объектов, в которых они установлены.

Целью изобретения является повышение точности поверки путем уменьшения влияния на результат поверки теплоотдачи от рабочих спаев к окружающим средам, а также повышения точности изменения температуры рабочих спаев поверяемого и образцового термоэлектрических преобразователей в 5 процессе поверки.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Способ осуществляют следующим об- 20 разом.

Последовательно-встречно с поверяемым термоэлектрическим преобразователем (ТЭП), находящимся в контакте с объектом, температуру которого из- 25 меряют, включают образцовьй ТЭП, идентичный с поверяемым по материалам и диаметрам термоэлектродов и по номинальной статической характеристи- ке температура - термоЭДС,ЗО

Образцовый ТЭП помещают в регулируемый задатчик температуры,

Регулируемый задатчик температуры нагревает или охлаждает (в зависимости от температуры объекта измерения) рабочий спай обрАзцового ТЭП до тех пор, пока термоЭДС образованной дифференциальной термопары не станет равной нулю,

В тот момент времени, когда термоЭДС дифференциальной.термопары становится равной нулю, через рабочие спаи поверяемого и образцового ТЭП в одинаковых направлениях (от положительного термоэлектрода к отрицательному или наоборот) и одновременно пропускают короткие тестовые импульсы тока одинаковой длительности и одинаковой амплитуды.

Длительность тестовых импульсов выбирают из соотношения

35

40

45

50

ра

I

гд

то пе ил к го сп то не сп мо ми Пр

о,,(2.:.)

в

(1)

где т,( - масса королька (спая термоэлектродов ТЭП); с - средняя массовая теплоемкость материала королька;

0

5

0

5 О

d,- - А,- YJr-

(V л,- с, - р, г-Р ).- диаметр термоэлектрода ТЭП;

коэффициент теплопроводности материала, одного термоэлектрода ТЭП, i 2 - другого термоэлектрода, материала объекта, к которому приварен рабочий спай; средняя массовая теплоемкость 1-го материала; плотность 1-го материала; коэффициент, характеризующий степень отклонения реального тестового нагрева спая от идеального адиабатического, устанавливаемый экспериментально, Амплитуда тестового импульса выбирается из соотношения

&

( -П) П 4.1П V7 «4-0

-S™ 1 кТ .

с-1«

(2)

где П - коэффициент Пельтье для мате-, риалов, образующих спай, причем знак + соответствует положительной (выделяемой ), а знак - отрицательной (поглощаемой) теплоте Пельтье в зависимости от направления тестового тока в спае;

RC - сопротивление спая; &t°. - допустимое нормативно-технической документацией на ТЭП значение погрешности измерения начальной (перед пропусканием тестового импульса 5 и конечной (в момент сразу после окончания тестового импульса) температур исправным ТЭП, Выбор указанной длительности тестовых импульсов тока позволяет обеспечить условия тестового нагрева или охлаждения обоих спаев, близкие к адиабатическим, в результате чего практически вся выделенная в спаях тепловая энергия расходуется только на изменения их температуры независимо от условий теплообмена спаев с окружающими их средами, которые могут быть в общем случае различными для поверяемого и образцового ТЭП, Причем достоверность поверки тем вы , 1

ше, чем меньше длительность токовых импульсов, подаваемых на спаи.

Максимально допустимое значение тестового тока определяется максимально допустимой температурой спаев обоих ТЭП и начальным значением температуры поверяемого ТЭП.

При прохождении одинаковых тестовых токов через рабочие спаи в одинаковых направлениях в них выделяются теплоты Пельтье одинакового зна ка (положительного или отрицательного в зависимости от направления тес товых токов) и положительные по знаку теплоты Джоуля. Эти теплоты суммируются и нагревают или охлаждают (в зависимости от знака теплоты Пельтье) рабочие спаи обоих ТЭП на величины ut и tp соответственйо, максимальные значения которых будут в момент окончания тестовых ш-1пуль- сов.

Сразу же после окончания тестовых импульсов тока индицируют терме- ЭДС дифференциальной термопары ДЕ, т.е. устанавливают, равна она нулю или отлична от нуля.

Если (ДЕ О, то выносят заключение о том, что характеристика поверяемого ТЭП идентична характеристике образцового ТЭП.

Устройство для бездемонтажной поверки технических термоэлектрических преобразователей содержит поверяемый ТЭП 1, расположенный в контакте с объектом 2 измерения, образцо- вьй ТЭП 3, помещенный в регулируемый задатчик 4 температуры, первый источник 5 тестового тока, второй источник 6 тестового тока, ключ 7, блок 8 индикации, блок 9 управления, два диода 10 и 11.

Второй источник 6 тока соединен с первым источником 5 тестового тока последовательно-встречно.

Образцовый ТЭП 3 включен встречно поверяемому ТЭП 1 с помощью удлини- тельных термоэлектродов 12 и 13, выполненных из материалов, термоэлектрические свойства которых идентичны свойствам материалов соответствую ющих термоэлектродов поверяемого и образцового ТЭП. Точки их соединения с другими соединительными проводни- ками(точки А, В, С) должны .иметь одинакую температуру.

Устройство работает следующим образом.

10

71089

В исходном состоянии поверяемый ТЭП 1 имеет температуру объекта измерения. Образцовый ТЭП 3 помещен в регулируемый задатчик А температуры и имеет температуру, равную температуре задатчика. Ключ 7 находится в разомкнутом состоянии.

Регулируют задатчик 4 температуры таким образом, чтобы максимальная (минимальная) температура помещенного в него образцового ТЭП 3 соответствовала бы максимальной (минимальной) температуре объекта измерений.

15 По сигналу Пуск с блока управления начинается изменение температуры образцового ТЭП 3, вследствие чего начнется изменение его термоЭДС, величина которой будет приближаться

20 к величине термоЭДС поверяемого ТЭП 1.

В некоторьй момент времени обе термоЭДС сравняются, при этом суммарная термоЭДС дифференциальной тер25 мопары, приложенная к входу блока 8 индикации, станет равной нулю. В этот момент времени на выходе блока индикации формируется короткий импульс, который поступает на вход блока управления. По сигналу с блока 9 управления ключ 7 переходит в замкнутое состояние на время tli, рассчитанное по формуле (1). Одновременно происходит блокировка входа блока индикации.

При замыкании ключа 7 через рабочие спаи поверяемого и образцового ТЭП от соответствующего источника тестового тока (5 или 6) через соответствующие диоды 10 и 1 начинают протекать в одинаковых направлениях (от положительного термоэлектрода к отрицательному или наоборот) одинаковые тестовые токн, величины кото-

АС рых рассчитьгоаются по формуле (2). В результате этого в рабочих спаях обоих ТЭП вьщеляются одинаковые по знаку теплоты Пельтье и положительные по знаку теплоты Джоуля, которые в каждом рабочем спае суммируются и нагревают (или охлаждают) рабочие спаи обоих ТЭП на величины dt и dt, значения которых будут максимальны в момент окончания тестовых импульсов тока.

При протекании тестовых токов через поверяемый и образцовый ТЭП на участках АВ и ВО дифференциальной термопары вьщеляются падения напря30

35

40

55

-ления, пропорциональные сопротивлениям этих участков. Хотя оба эти напряжения включены встречно (относительно входа блока индикации) и поэтому вычитаются5 их сумма в общем . случае может быть неравна нулю даже при одинаковом диаметре и материале соответствующих термоэлектродов ТЭП и удлинительных термоэлектродов вследствие возможной разницы их длин Для того, чтобы з азанная разность. падений напряжений, отлигчная от ну- . ля,; не приводила бы к ложному толкованию этого явления как отрицатель- ный результат поверки, вход блока индикации блокируе 1: ся в течение, всей длительности тестовых импульсов, поэтому блок индикации не реагирует « на сигнал, приложенный в это время

к его входу. Блокировка входа блока ин- Д1жации может быть ос тцествлена с по мощью электронного ключа, включаемого параллельно его входу (не показано) .

. По истечении заданного времени ключ 7 возвращается в разомкнутое состояниеS отключая источник 5 и 6 тока от ТЭП. В момент срабатывания ключа 7 вход блока индикации разбло- кируется и блок индикации запомина- ВТ значение входного сигнала, приложенного К-его входу в этот момент. А в этот момент времени к входу блок индикации 8 приложена только суммарная термоЭДС дифференциальной термо пары ЛЕ, по величине которой судят о пригодности поверяемого ТЭП к дальнейшей эксплуатации.

Диоды 10 и 11 предотвращают прохождение тока от источников 5 и б тока через спаи ТЭП при разомкнутом 1шюче 7.

Формула изобретения,

I. Способ бездемонтажной поверки технического.термоэлектрического преобразователя, заключающийся в включении последовательно-встречно с поверяемым термоэлектрическим преобразователем идентичного образцового термоэлектрического преобразователя, нагреве или охлаждении его до температуры, при которой разностная тер- моЭДС термоэлектрических преобразо- вателей равна нулю, изменении температуры рабочих спаев обоих термоэлект-- рических преобразователей путем рдно временного пропускания через них

тестовых импульсов тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поверки, через рабочие спаи термоэлектрических преобразователей пропускают одинаковые тестовые токи в одинаковом направлении, регистрирзгют разностную термо ЭДС поверяемого и образцового тёрмо- э,лектркческих преобразователей в момент времени сразу после окончания тестовых импульсов, по равенству нулю которой судят об идентичности характеристик термоэлектрических преобразователей, причем длительность у тестовых импульсов тока и их амплитуду I выбирают из соотношений

дов термоэлектрического преобразователя; с ц - средняя массовая теплоемкость материала спая;

в. .21(| т;77:

g

0

5

0

а, Л

5

t fi - «Г 5

ЕС

fit

1 Лу с 3 рэ )i диаметр термоэлектрода; коэффициент теплопроводности материала, одного термоэлектрода, другого термоЭлектрода, - материала объекта, к которому приварен рабочий спай;

средняя массовая теплоемкость 1-го материала; плотность 1-го материала; коэффициент, характеризующий степень отклонения реального тестового нагрева спая от идеального адиабатического, устанавливаемый экспериментально; П-- коэффициент Пельтье для материалов, образующих спай, причем знак шпос соответствует вьщеляемой, а знак минус поглощаемой теплоте Пельтье в зависимости от направления тестового тока в спае; . сопротивление спая; допустимое значение погрешности измерения начальной

и конечной температур, перед и после окончания тестового импульса, исправным термоэлектрическим преобра зователем.

2, Устройство для бездемонтажной поверки технического термоэлектрического преобразователя, содержащее образцовый термоэлектрический преобразователь, включенный последовательно-встречно с поверяемым термоэлектрическим преобразователем и помещенный в регулируемый задатчик температуры, источник тестового тока, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности поверки, в него введены второй источник тока, два диода, блок индикации, блок управления и ключ, вход которого соединен с первыми выводами источников тока, выход подключен к точке соединения первых вьшодов образцового и поверяемого термоэлектрических преобразователей, а управляющий вход соединен с управляющим входом блока индикации и подключен к первому выходу блока управления, первый вход которого соединен с выходом блока индикации, а второй выход подключен к управляющему входу регулируемого зада тчика температуры, при этом вто- рые в ьшоды источников тока соответ- ствен йо через первый и второй диоды соединены с вторыми выводами образцового и поверяемого термоэлектрических преобразователей и подключе- ны к второму входу блока индикации.