Способ поверки терморезисторов Советский патент 1979 года по МПК G01K15/00 

1

ПИзобретение относится к технике температурных измерений,.а более конкретно к способам и устройствам для метрологической поверки средств теплофнзических измерений.

Известны способы поверки терморе- зисторов посредством сравнения показаний поверяемого термс езистора и образцового, размещенных в идентичных условиях с заданной температурой jl.

Однако для проведения поверки термо- резистор должен периодически сниматься с объекта измерения и помещаться в устройство для проведения поверки, что за частую бывает невозможно или приводит к значительным затратам времени.

Известен также способ поверки терморезисторов посредством определения характеристики терморезистора при пропускании через него электрического тока и сравнения с градуировочной характеристикой, устанавливающей соответствие между зависимостями сопротивления термо-

.резистора от температуры и подводимой к нему гшектрической мощности izj.

Недостатком этого способа является невысокое быстродействие, обусловленное тем. Что терморезистор, обышо имеющий тепловой контакт с элементами конструкции, должен прогреваться значительное время для достижения стацио- парной температуры. Влияние окружающих терморезистор частей конструкции на его тепловой режим при пропускании через него греющего тока приводит также к снижению точности поверки.

Целью изобретения является повьпле- ние. быст|зодействин и точности поверки.

Поставленная цель достигается тем, что при поверке терморезистора посредством определения его характеристики при пропускании через него электрического тока и сравнения с градуировочной характеристикой, устанавливающей соот ветствие между зависимостями сопротив ления терморезистора от тe mepaтypы и подводимой к нему электрической мощности, через терморезистор пропускают прямоугольный импульс тока образцовой амплитуды, измеряют напряжение на тер- морезисторе в два момента времени в течение импульса тока и по известгпым зависимостям определяют характеристи ку терморезистора. При использовании прямоугольного импульса малой длительности можно установить для каждого конкретного типа (Терморезисторов закон изменения его температуры в зависимости от времени на период действия имнульса. da время переходного теплового режима температура терморезистора проходит через весь его рабочий диапазон. Пропуская через тер- морезистор прямоугольный имщшьс тока образцовой амплитуды и проводя измере ния его сопротивления через образцовые отрезки времени, можно, установив перед началом эксплуатации при градуировке терморезистора соответствие между зави симостями сопротивления терморезистора от температуры и подводимой к нему электрической мощности, определять точки градуировочной характеристики терморезистора, соответствующие строго определенной температуре. По полученным точкам может быть найдена вся градуировочная характеристикатерморезистора, определяя которую в моменты градуировки и поверки, можно судить об изменении градуировочной характеристики термо резистора во времени, осуществляя тем самым поверку терморезисторов без его деК онтажа с объекта измерения. Для поверки терморезистора с линейной градуировочной характеристикой )зо- статочно провести два измерения с заданным соотношением отрезков времени |между моментами начала импульса и про |ведения- измерения. ЕСЛ.И при проведении ;градуировки и поверки терморезистора ;с линейной градуировочной характеристикой каждый раз измерить сопротивление терморезистора при двух различных неизвестных температурах, соотношение между которыми известно, то по подучен ным точ1шм .градуировочной характеристи ни мсйкно найти ее математическое описание для случаев градуировки и поверки В качестве примера рассматривается применение предлагаемого способа для поверки пленочных терморезисторов {ПТ На фиг. 1 показана зависимость температуры пленочного терморезистора от времени при пропускании через него тока прямоугольной формы, на фиг. 2 градуировочшые характеристики пленочного терморезистора, включенного в мостовую схему; на фиг. 3 - функциональная схема Зстройства для реализации способа поверки пленочных терморезисторов. Известно, что при пропускании через пленочный терморезистор тока прямоугольной формы при малой длительности импульса температура -терморезистора в за- видимости от времени определяется по араболическому закону (фиг. 1). в ., где & температура перегрева пленочного терморезистора, сила тока, сопротивление пленочного тер- морезистора, площадь пленки, теплопроводность и температуропроводность материала под ложки, i, - время. Пусть поверяемый терморезистор включен в мостовую измерительную схему. По результатам градуировки терморезистора в термостате или при различных известных значениях температуры окружающей среды может быть определена градуиро- вочная характеристика, обозначенная А на фиг. 2. Если в цепь питания моста подать кратковремеш1ый импульс тока в ni раз больший нормального тока питания, то на время его действия чувствительность мостовой схемы увеличится в ж раз. На фиг. 2 показана характеристика Б, соответствующая данному режиму работы измерительной цепи. Под действием протекающего тока, согласно выражению (1), будет изменяться температура ПТР, а, сутедовательно, и его сопротивление. HQ выходе NIOC- та появится напряжение U ; .пропорциональное температуре перегрева ПТР в. Зафиксировав в момент времени t-j приходящийся на период действия импульса, выходной сигнал с измерительного моста, мы получим точку Ц нахарактеристике Б, Тогда прямая А может быть математически описана следующим уравнением: (2) - inSi Если теперь при поверке датчика мы опять подадим в цепь питания моста поверочный импульс, но в момент времени выходной сигнал будет иметь значение i ° ° будет свидетельствова об изменении градуировочной характерис тики А под действием накопившихся про грессирующих погрешностей. Для получе ния математического описания текущей градуировочной характеристики измерительной цепи при токе питания ly,, обо наченной на фиг, 2 буквой В, необходимо получить координаты еще одной точки, лежащей на прямой В. Для этого из мерим выходной сигнал моста в момент времени t 1акже приходящийся на период действия поверочного импульса. Зная, что tj, больше в -h раз, по выражению (1) и полученным значениям Ua и 0; можно вывести уравнение прямой В .е-б-) ,( J- . JjjjUa) . тПТ --( Как видно из фиг. 2, используя уравнение (3), можно определить уравнение текущей градуировочной характеристики измерительной цепи, обозначенной на фиг. 3 буковй Г. .. в (U4-U3) , VnU3-U4., otne (VTr-D (YFf-)m (4) Сравнивая выражения (2) и (4), мы подучим уравнение, связывающее первоначальную и текущую характеристики измерительной цепи, позволяющее скорректировать влияние прогрессирующей погрешности на результаты измерения. L М o(Yri-Oni (04-и,) (-nni.Vnu,.u,. На основании вышеизложенного может быть предложена следующая методика проведения поверки ПТР. Получив градуи ровочную характеристику измерительной цепи с терморезистором, так подбирают величину поверочного импульса 1 и мо менты времени t и t чтобы полученные значения U и Ug попадали в ра бочий диапазон измерительной цепи и на ходились на некотором расстоянии от ограничивающих его значений. После этогоi начинается эксплуатация измерительной цепи, а результаты измерений расшифровываются- по градуировочной- характеристике без корректирования. Через некоторое время проводится поверка измерительной цепи, для чего в цепь питания моста подается поверочный импульс и фиксируются значения Uj и Цф- Результаты последующих изме« рений температуры пересчитываются согласно уравнению (5), после чего скорректированные значения вновь могут быть расшифрованы по первоначальной градуировочной характеристике измерительной цепи. Устройство для осуществления предлагаемого способа поверки содержит источник электрического тока, соединенный с цепью питания измерительной схемы, содержащей поверяемый терморезистор, быстродействующий аналогово-цифровой преобразователь 1, измерительный вход которого соединен с выходом измерительной схемы 2, а его управляющий вход- с выходом счетчика импульсов 3 с ручным переключением коэффициента деления 4, вход которого соединен с генератором 5 импульсов образцовой частоты через ключ 6 соединенный с источником тока, представляющим собой генератор 7 прямоугольных импульсов образцовой амплитуды. Устройство работает следующим образом. В статическом положении ключ 6 закрыт и счетчик 3 находится в исходном состоянии. Во время действия поверочного импульса ключ 6 открыт и на счетчик поступают импульсы образцовой частоты. Подавая на управляющий вход быстродействующего АЦП команду на начало измерения с выходов различных триггеров Т ... Т. счетчика можно, используя переключатель 4, получить требуемое значение. Для установки счетчика в исходное положение может использоваться задний фронт поверочного импульса. Использование предлагаемого способа поверки терморезисторов, помещенных в недоступных местах и имеющих тепловой контакт с конструкцией, на которой они расположены, позволит проводить повер- ку таких терморезисторов без снятия их с объекта измерения, связанного со значительными затратами времени на демонтаж объекта измерения. Кроме того, значительное уменьшение времени, , необходимого для проведения поверки, позволяет повысить частоту поверок, повышая тем самым точность измерений. Формула изобретения Способ поверки терморезисгоров посредством определения характеристики терморезистора при пропускании через него электрического тока и сравнения с градуировочной характеристикой, устанавливающей соответствие между зависимостями сопротивления терморезистора от температуры и подводимой к нему электрической мощности, отличаю 6 1 Щ и и с я тем,что, с целью повышения быстродействия и точности поверки, через терморезистор пропускают прямоугольный импульс тока образцовой амп-С литуды, измеряют напряжение на терморезисторе в два момента времени в течение импульса тока и по известным зависимостям определяют характеристику терморезистора. Источники информации, пр1шятые во внимание при экспертизе 1. Патент СРР NO 55104, кл. 42 1 10/.Ь5, опублик. 1973. 2. Авторское свидетельство СССР № 127756, кл. С 01 К 15/00, I960;

Bi

2

Фиг 2

тах

Kx--f(el