СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПО ГАРМОНИЧЕСКОМУ ЗАКОНУ Советский патент 1968 года по МПК G01K3/02 

Изобретение относится к области тепловых измерений.

Известные способы измерения быстроменяющейся температуры, в том числе по гармоническому закону, основаны на коррекции показаний термоприемника. Так как в большинстве случаев быстроменяющаяся температура измеряется термоприемником в виде тонкой проволоки (диаметром 0,03-0,07 мм), внутри которого практически температурное поле равномерно, то исходным уравнением для введения коррекции может быть уравнение тепловой инерции. При этом методическая погрешность не превышает ±0,25% от интервала изменения измеряемой температуры.

Однако при таких способах коррекции показаний термоприемников необходимо знать показатель тепловой инерции и, следовательно, определить коэффициент теплоотдачи между средой, температура которой измеряется, и термоприемником.

Предложенный способ позволяет проводить измерения температуры среды одним датчиком, показатель тепловой инерции которого неизвестен.

Это достигается тем, что определяют среднее значение температуры среды и амплитуду колебаний температуры термоприемника относительно ее среднего значения, устанавливают отклонение от среднего значения температуры среды в момент времени, равный 4-6 периодам колебаний, по полученным величинам вычисляют сдвиг по фазе между колебаниями температуры среды и температуры термоприемника и амплитуду колебаний температуры среды и по вычисленным значениям воспроизводят температуру среды.

Пусть температура среды меняется по закону

где Θ_m - среднее значение температуры среды;

А - амплитуда колебаний температуры среды;

Т - период колебаний;

Θ - текущее значение температуры среды;

τ - текущее время.

Решение уравнения тепловой инерции для квазистационарной стадии имеет вид:

Здесь

где

U - текущие значения температуры термоприемника;

ε - показатель тепловой инерции термоприемника.

Из уравнения (2) видно, что температура термоприемника меняется по гармоническому закону с тем же периодом, что и температура среды, но с меньшей амплитудой и сдвигом по фазе.

Таким образом, для воспроизведения температуры среды, необходимо определить величины A и β.

Обозначим

В момент времени

где k - целое число;

V равно

Из (3) и (7) получаем

и

Последовательность действий по воспроизведению температуры среды следующая.

По температуре термоприемника определяют период температурных колебаний Т, их среднее значение Θ_m и амплитуду колебаний В относительно среднего значения.

Определяют величину V_k. Необходимо заметить, что момент измерения следует выбирать с учетом того, что величина k должна быть больше 4÷6 и в термоприемнике наступила квазистационарная стадия.

Вычисляют величины cos β и А.

Корректируют показания термоприемника и воспроизводят температуру среды.

Такие действия могут быть выполнены вручную (по записанной кривой) либо при помощи счетно-решающего устройства. В последнем случае температура среды может воспроизводиться в процессе измерения.

Способ измерения температуры, изменяющейся по гармоническому закону, путем измерения периода колебаний температуры, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения измерений одним датчиком с неизвестной тепловой инерцией, определяют среднее значение температуры среды и амплитуду колебаний температуры термоприемника относительно ее среднего значения, определяют отклонение от среднего значения температуры среды в момент времени, равный 4-6 периодам колебаний, по полученным величинам вычисляют сдвиг по фазе между колебаниями температуры среды и температуры термоприемника и амплитуду колебаний температуры среды и по вычисленным значениям воспроизводят температуру среды.