Способ динамической градуировки термопреобразователей Советский патент 1991 года по МПК G01K15/00 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для градуировки термопреобразователей в диапазоне рабочих температур.

Цель - повышение точности градуировки при одновременном сокращений времени,

На фиг. 1 показано устройство, реализующее способ динамической градуировки термопреобразователей; на фиг, 2 представлена зависимость ЭДС от времени; на фиг. 3 - зависимость масштабного коэффициента от времени,на фиг. 4 - градуировоч- ная кривая.

Устройство содержит; тарировочную среду 1, термопреобразователь 2 тариро- вочной среды, градуируемый термопреобразователь 3, холодильник 4, термопреобразователь 5 холодильника.

Тарировочная среда 1 представляет собой прогреваемую газовую или жидко-металлическую среду, в которую вводится термопреобразоеатель 2 тарировочной среды. Температура тарировочной среды 1 устанавливается равной максимальной температуре, которую измеряет градуируемый термопреобразователь 3. Холодильник 4 предназначен для охлаждения градуируемого термопреобразователя 3 до температуры, которая соответствует минимуму температуры градуируемого термопреобразователя 3. В него вводится термопреобразователь 5 холодильника.

Устройство градуировки работает следующим образом.

Градуируемый термопреобразователь 3 вводится в холодильник 4, прогреваясь до температуры соответствующей минимальON00 00

GO

ной температуре, которую измеряет градуируемый термопреобразователь 3. После этого градуируемый термопреобразователь 3 выводится из холодильники 4 и вводится в гарировочную среду 1 и прогревается до температуры этой среды,

Исходя из уравнения динамики нагрева любого термопреобразователя (ТП) для любого момента времени

TiU(ti) + U(ti)Ki0§

где Ti - параметр инерции;

KI - масштабный коэффициент.

Уравнение справедливо в любом интер вале времени

At(ti);(tin),

где I 1,2,...,п.

Исходя из математической аппроксимации любых функций в малом интервале времени, параметры П и KI постоянны, т.е. TI const; KI const, Таким образом, система

TiU(ti) + U(ti) - KI 08

TiU(ti+i) + U(ti+i) KI 0°0(1)

справедлива в малом интервале времени, At,.

где 1,2п.

Из системы (1) определить Ati не представляет трудности;

TiU(ti)-K( 0g-Ufo): Ti J(tH-i)-Ki 0§--u(ti+i);

U(ti) Ki0o-U(ti) U(ti + i Kl U( ti + 1 )

откуда

U(ti)K|00- U( i )U( ti+i) - U(ti+i)Ki 00-U(ti-H)U(ti);

e 8 KI и (ti) - и (ti, о -- и (ti) и ( U (ti+i) U {ti);

и (ч) и (ч +1) - и (ti +1 )u (ti)

,-

К,(n)-u(ti + i)

15

из интервалов

Ati f (ti; ti-n) 5 или интервала измерения температур

АбР (;6 + i),

10 где 6Р- температура прогрева ТП в момент ,

где 1,2п.

Следовательно, существует зависимость KI в различных интервалах Д0Р т.е. Ко - f ( 03 ) в интервале прогрева градуируемого ТП от его минимальной 6ft до максимальной прогреваемой температуры 6° соответствующей температуре тарировоч20 ной среды,

При заведомом увеличении значений U(ti)ero производная может уменьшаться. В частности, для процессов, описываемых уравнением (1), для которых изменение U(t)

25 асимптотически растет, а ее производная убывает, стремясь к нулю, в целом сумма нарастающей и убывающей функции остается постоянной, т.е. Т U(t)HJ(t)Ki (6}

Что касается моментов времени ti из промежутка времени

At 4T-5T,

где Т - параметр инерции, постоянная времени термопреобразователя, то с учетом од35 ного из уравнений (1), при TI T const, Ki K const, решение дает

30

40

U(t)Ki 0g(1-rt/T).

При окончании переходного процесса

U(t) - KI в° тогда, когда Г1/т О, а это имеет место когда t Т-БТ

t«4T; r4t/T 0,00012- 0.

Записывая данные изменения температуры градуируемого термопреобразователя 3 от времени -U(t), а также термопреобразователя тарировочной среды 2, по которой

определяют температуру тарировочной сре- определяют значения К(т.)и, исходя из

зависимости Ui KI в f в каждом временном

интервале Ati,

где i 1,2,...,8, определяют

№ Ul

-RT

после чего составляют градуировочную кривую Urf (ft) (фиг.4),

Пример. Термопара - ТХА (хромель- алюмель) вводилась в зону тэрировочной

среды, температура которой составляла 0f 1000°С. При помощи регистрирующего устройства записывалось изменение ЭДС термопары во времени, нагрев которой продолжался 120с. Зависимость ЭДС от времени - U(t) представлена графиком на фиг. 2. Данные U(ti) для различных моментов ti

через равные промежутки At, где 1 1,2

At 10 с, составляют:

U(ts) 0,34 мЕ|; U(t6) 0,36MB; и(т7) 0,37мВ; U(ts) 0,375 мВ.

Учитывая значения U(ti),

где i 1,28, и решая для каждого I систему

уравнений

TU(ti) + U(ti) K0g TU(tH-i) + U(tl+i) К 9g

где б° 1000°C, получаем

Ki 0,401 мкВ/с; Ks 0,409 мкВ/с;

K2 0,406 мкВ/с; К6 0,404 мкВ/с;

Кз 0,403 мкВ/с; К 0,408 мкВ/с;

«4 0,408 мкВ/с; Кв 0,410 мкВ/с.

По данным Ki, KaКв строим зависимость К f(t), представленную на фиг. 3. Исходя из графика на фиг. 2 и данных (t),

учитывая, что значения ф

Ki

где i 1,26, определяем температуру 0Р

соответствующую каждому значению Ui:

U(ti) 0,12 мВ соответствует 0i° 299,3°;

U(t2) 0,210 мВ соответствует 02° 517,3°;

U(ts) 0,284 мВ соответствует 0з° 704,7°;

U(t4) 0,323 мВ соответствует 04° 791,7°;

U(ts) 0,341 мВ соответствует 0з° 833,7°;

U(te) 0,360 мВ соответствует &° 891,0°;

U(ty) 0,370 мВ соответствует 927,0°;

U(ts) 0,380 мВ соответствует 0в° 950,0°. Эти данные позволяют осуществить градуировку ТХА от температуры 0°С до 950°С. График зависимости ЭДС ТХА от

температуры 6Р представлен на фиг. 2, а зависимость К f(t) на фиг. 3 в интервале от О до 950°С. Последнее обстоятельство объясняется тем, что в интервале 950-1000°С определение значения К затруднено, т.к. достижение температуры 1000°С термопарой

ТХА проходит слишком медленно, Для градуировки ТХА в интервале 0 1000°С температуру тарировочной среды можно выбрать порядка 1100°С, а прогрев закончить при достижении 1000°С. Проведя анализ полученных результатов, сопоставляя данные К сданными среднего значения К, равного К 0,4 мкВ/с, можно будет определить погрешность К, равную AKi 0,001;ДК5 0,009;

ДК2 0,006;АКе 0,004;

ДКз 0,003;ДК7 0,008;

ДК4 0,008;ДКа 0,010;

где относительная погрешность составляет 0,25-2,50%.

Формула изобретения

Способ динамической градуировки термопреобразователей, включающий нагрев тарировочной среды, измерение температу- ры среды, помещение в среду градуируемого термопреобразователя, регистрацию его выходных сигналов и определение истинной температуры градуируемого термопреобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном сокращении времени градуировки, нагрев тарировочной среды осуществляют до температуры, максимальной для градуируемого термопреобразователя, и поддер- живают ее постоянно, а градуируемый термопреобразователь перед помещением в тарировочную среду охлаждают до минимальной температуры, им измеряемой, регистрацию его выходных сигналов осущест- вляют через фиксированные интервалы времени, а истинную температуру градуируемого термопреобразователя (i) определяют по формуле

40

«-Ј

причем

(ti+i)-U(ti)-U(ti) -U(ti+l) (ti)-U(ti+i)

где U(i) - регистрируемый выходной сигнал для 1-го интервала времени;

U(ti+i) - регистрируемый выходной сигнал для (1+1)-го интервала времени;

U(ti) U(tn-i) - производные регистрируемого выходного сигнала, соответственно, для 1-го и для (i+1}-ro интервалов времени;

б§- температура тарировочной среды.

И 01

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для градуировки термопреобразовзтелей в диапазоне рабочих температур. С целью повышения точности градуировки термопреобразователя в динамике, сокращения времени градуировки тарировочную среду и регистрируемый термопреобразователь нагревают до температуры, соответствующей максимальной температуре, которую измеряют градуируемый термопреобразователь, поддерживае- ют ее постоянной, а градуируемый термопреобразователь охлаждают до температуры, соответствующей минимуму температуры, которую он измеряет, помещают его в тарировочную среду, регистрируют изменение выходного сигнала во времени и определяют его динамическую характеристику. 4 ил. (Л С

гЧ

«18891

K(j

(м. A3

111111111IГ0 23156789 W«

futJ