Способ определения температуры Советский патент 1993 года по МПК G01K7/04 

31814035 4

следовательно ТЭДС ЕА в начальный мо-ны величины т и измеряемая температура

мент времени г0 равна нулю. Затем в мо-Тх, а вторичные приборы градуированы по

мент времени т вследствиеначальной зависимости (1), т. е.

нестабильности электродов (причем разнойДЕу3 ТоО). (6)

нестабильности, т. к. электроды разных ди-5 Аналогично (2) можно записать ТЭДС

аметров по разному восприимчивы к неста-термопары ЕА (фиг. 2): бильности) появляется ТЭДС. С

увеличением времени г, т. е. Т2, гз, ТЭДСЕТОД f0A(T) - начальная зависимость,

увеличивается, что показано соответствую-ппмиом F

л г «(уймем с j

щими зависимостями.с д 1 дт

Таким образом, температурные зависи- Ъ iTD

мости ТЭДС основной термопары, показан-Ег2Я 2д(Т)

ные на фиг. 2, можно представить:ЕГзА зд(Т) (7)

Е гь fo(T) - начальная зависимость,15 ,-л ,nrJ.

Ел-fiO)Е f(T 4

Е Ј2 2(Т)Таким образом, имеется зависимость,

(Т) (1)связывающая ТЭДС Ед дополнительной

Er fr(T)20 термопары с температурой и временем .т.

. Так как конструкцию термопары следуР -т ,. ,„,ет считать заданной, т. е. диаметры и мате,, /п риал термоэлектродов находятся в

С учетом выражения (2) их можно запи- динаков:х условиях работы, то на основасать-25 нии утверждения, что стабильность термо лрэлектрическая зависит от диаметра

71 т° Г1термоэлектродов, можно утверждать, что

Ег2 г0 (3) величины ЕГ и Е являются взаимно корЕТЗ Е Го - АЕ зрелированными, А на основании (2), Г7)мож- ДЕг 30 но утверждать, что величины Е, Ед и ДЕ ------- взаимно коррелированы. Величина отношеЕ-ЕТо-ДЕ,(З1) ниябТЭДС где ДЕтг1,ДЕГ2 и т. д. - абсолютные погрешности измерения температуры в мо- 35 вг - (8) мент времени Г1.Г2,.,, причем Д (T), т т. е. любое значение Е можно рассматрй- также зависит от Т и г, т. е.

вать как значение ТЭДС по начальной гра-f)r гт Л

дуировочной зависимости с учетом 0(Т, Ц. (9)

погрешности, которая возникла от ухода 40 Поэтому можно записать:

градуировки за время т при температуреДЈ р1()р1 (А мл

измерения Т.Е ,

или:где FV-некоторая функция, которая одноД Е Го Е Го - Е То 0значно определяется конструкцией термо

ДЕг Ег-Е пары.

др. 1 MiРазделив (10) на величину J0(коэффициТ2 ЬТ2. Wент ТЭДС начальной градуировочной харакД тз Е г0 Е тгзтеристики термопары а-в, получим:

ЕГATL FJp.

ДЕ Е То - Еьи j0 jo v х

или

или в общем виде:. г ,/ ,,,„,

(Т.т) (5) (12)

Таким образом, имеется зависимость,ее А-Г о гсвязывающая абсолютную погрешность55 1де АТ погрешность термопары. °С; F термопары с измеряемой температурой Т иФункция, равная Fi/J0.

Эпо«а«ам гВеличина 0 зависит на основании (2) и

t U vГ« С v. -т - П

Однако величина ДЕ не может быть J от Т и г Если зависимости Ед и принципиально определена, т. к. неизвест- Е нелинейны от температуры, то величина

в также зависит от температуры, а если линейны, то не зависит от температуры, а только от величины г. Рассмотрим случай, когда величина в не зависит от температуры. В этом случае величина в однозначно

определяет конкретную реализацию величины ЕП по фактору т, т. е. по величин вц

можно определить градуировочную характеристику Е в данный момент времени г (т, е. в тот момент, когда определялись величины Е п и Е пд -А если известна зависимость EJ-J f(T), то можно легко определить погрешность измерения ЛЕ (или ДТ). Чтобы величина в также не зависела

от температуры Т и в случае нелинейной зависимости Е и Ед от Т можно определить величину в по формуле

0

Кп,

(13)

где Кп - поправочный множитель (коэффициент), который в общем виде равен

, г).(14) Но так как нелинейность градуировочных характеристик от величины г изменяется очень мало, то можно принять, что коэффициент Кп от г не изменяется. Следовательно, можно записать:

Кп МТ).(15) Так как точное значение измеряемой температуры Т не известно, то в данном случае можно принять

Т «Тх, (16) где Тх - измеряемая температура Т, которую показывает прибор, градуированный по начальной градуировочной характеристике, т. е.поЕТо.

Таким образом, измеряемая температура будет определяться по формуле на основании (12):

+ (6|),

(17)

где Тх - значение температуры, определенное по начальной градуировочной характеристике.

Зависимость (12) с учетом (13), полученная на основании зависимостей (2) и (7), определяется конкретной конструкцией термопары, а точнее для конкретной конструкции термоэлектрического преобразователя, для конкретных условий эксплуатации.

В общем случае под дестабилизирующим фактором следует понимать время, радиационное и химическое воздействие, влияние магнитного поля, давления и т. п.

Основная зависимость (12) представляет собой усредненную зависимость, определенную экспериментальным путем на некотором количестве экземпляров термоэлектрических преобразователей конкретного типа. Вид такой зависимости для хромельалюмелевой термопары (ХА) с диаметром термоэлектродов 1, 2 мм и добавочного термоэлектрода из хромеля 0,7 мм

приведен на фиг, 3.

ТЭДС Ед термопары типа ХА изменяется в пределах от 0 до max, что более точно поддается измерению.

При измерениях ТЭДС Е и ЕА и математической обработке по формуле (13) погрешность может быть доведена до ДрГ 1-2%. Поэтому общая погрешность

(18)

АТ Ч2+Дрг2 АрЕсли погрешность ДТ известна даже с погрешностью, равной ДТ «а25%, то имеется колоссальный выигрыш в длительности эксплуатации (или ресурсе) термопары или вы- игрыш в точности измерения температуры. Сказанное можно пояснить примером.

Допустим, имеется термопара, у которой при температуре 1000°С технический ресурс, обусловленный допускаемой по- грешностью 1%, т. е. 10°С, составляет 10000 ч. Если термопара будет эксплуатироваться дальше, погрешность будет расти. Например в момент времени гз произведено измерение ТЭДС Е п и Е тьд при тем- 00

пературе Тх. При этом прибор покажет температуру Тп 1000°С. Определяют отношение Е гзЯ/Е гз По известной зависимости (12), связывающей величину

погрешности ДТ (или Д Е ) с величиной О (фиг. 3), определяют ДТ , которое, например, равно 40°С. По зависимости (17) определяют фактическую темперауру Тх:

ДТ ЮОО+40 1040°С.

Случайная составляющая погрешности ДТ составляет:

ДТ 25% 1Пор /«ом 100% 10 с 1 Формула изобретения

Способ определения температуры, заключающийся в размещении в зоне измере- ния трехэлектродной термопары и измерении термоэдс Е на свободных концах двух ее разноименных термоэлектродов, отличающийся тем, что, с целью

повышения точности в условиях длительной эксплуатации под воздействием дестабилизирующих факторов, измеряют термоэдс Ед на свободных концах одного из двух разноименных термоэлектродов термопары и третьего термоэлектрода, выполненного из того же материала, но с другим диаметром,

а температуру контролируемой зоны опре- деляют по формуле

F я ().

где Тп - температура, определяемая по гра- дуировочной характеристике доухэлектрод- ной термопары,

Фи. /

Фи.2 .

Фиг.З

Редактор Е. Рошкова

Составитель Н. Соловьева

Техред М, Моргентал Корректор О. Кравцова