Способ динамической градуировки термопреобразователей Советский патент 1981 года по МПК G01K15/00 

(54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРОВКИ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для градуиров ки термопреобразоватепей в динамическом режиме в широком диапазоне температур, включая область низких температур. Известен способ динамической граду- ировки, уменьшающий влияние динамической погрешности на качество градуИров- ки 1. в нем влияние динамической погрешнос ти уменьшают путем сличения величин термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобразовате- пей в различные моменты времени. К недостаткам способа относится необходимость измерения интервала времени между моментами измерений по сличению величин термометрических параметров градуируемого и образцово1х термо- преобразователей. Кроме того, интервал времени между моментами сличения должен быть равен разности величин тепловых инерции термопреобразователей, а его измерение приводит к дополнительной погрешности. Эти недостатки усугубляются с расширением градуировочного интернвала и включением в него криогенной области температур. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ динамической градуировки термопреобразователей, заключающийся в сличении термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобразователей при изменении температуры тарировочной среды этом способе с щелью исключения погрешности из-за различной тепловой инерции градуируемых и образцовых тер- «опреобразователей производят нагрев и охлаждение тарировочной среды с постсьянной скоростью и определяют градуировочную кривую путем усреднения полученных данных. Недостатком этого способа является необходимость выполнения градуировки дважды и необходимость воспроизведения 3 ,8 и стабилизации скорости изменения темпе ратуры при нагреве и охлаждении, что .требует больших затрат времени на градуировку и сложной регулирующей аппаратуры (особенно в криогенной области). Целью изобретения является сокращение времени градуировки. Эта цель достигается тем,- что по предложенному способу изменение температуры производят в одном направлении с меняющейся величиной скорости температурного хода, термометрические параметры образцового и градуируемого термопреобразоватепей измеряют одновременно и фиксируют моменты измерения этих величин, а вычисление истинной температуры градуируемого термопреобразователя производят по формуле r« Vm|i7,,, TQ (,1-Ц)-Тл(Л (i,) llVCi- 1)() где Tr(l) истинная температура градуируемого термопреобра- зователя; R (1)и R.CHlb термометрические параметры градуируемого термопрео зователя; Я (l) Я.Й-ц) производные термометра ческого параметра градуируемо го термопреобразователя по температуре образцового; L (-1) «TJ-f)- температуры образцового термопреобразователя; Х()иТо() производные температуры образцового термопреобразо вателя по .времени сличения Положительный знак соответствует поправке на тепловую инерцию при охла дении среды, отрицательный - при нагреве. Способ можно реализовать для обдшрногокласса термопреобразователей, термометрическим параметром, которым явля ется электрическое сопротивление. Если измерительные токи в цепях образцового и градуируемого тёрмопреобразователей считать известными (можно использовать ста пизаторы токов), то измерения по спикнию термометрических параметров о разцового и градуи ч емого термопреобразователей сводятся к измерению падений напряжений на этих термопрербразовате- дах. Расчеты по формуле (1) можно выпоп ,нять как после окончания градуировочно4го процесса так и во время градуировки с некоторым отставанием, т. е. сразу после получения очередной информации сличения (по выполненной части градуироврч- ной кривой со второго момента сличения). Количество градуировочных тоЧек (моментов сличения) определяется типом термопреобразователей и точностью представления градуировочной кривой. Например, для полупроводникового термопреобразователя TCAU-2,.разработанного во ТИНТ АН УССР, сличаемого с ТСГ-1 в интервале 4,2f2OK и с ТСПН-1 в интервале ООК, достаточно пятидесяти точек (плотность в ийтервале 4,2420К в два раза выше, чем в интервале 2О4100К) / с точностью представления градуировочной кривой не хуже 10 К. . Данный способ не ограничивает коли- честно одновременно градуируемых термопреобразователей. Учет влияния тепловой инерции .связан с возможностью расчета разности величин тепловых инерции образцового и градуируемого термопреобразователей на основе градуировочных измерений этим способом в соседних градуировочных точках (т. е.. по информации от операций сличения в соседние моменты времени i ). Приведем один из методов расчета для случая нагрева с возрастающей скоростью и для определенности будем считать, что тепловая инерция градуируемого термо- преобразователя t;.. больше, чем инерция образцовогоСГр во всем интервале температур. Для всех величин, описывающих градуировочный прсщесс, в скобках указывается момент сличения, а индексы О и Т указывают на вид термопреобразователя (образцовый или градуируемый). При кусочно-линейной аппроксимации температурного хода истинные температуры термопреобразователей в соседних точках сличения (-t) и (1+ 1) описываются следующими уравнениями. (i))-U(i)trr(-),Г2) )--Tc(iVl)-UCi-t-)tr (Ui),f3j Tot« - cC -U(i)i;oCi),(Ч TO tU4Ko04 iVu 1Й1) to (IH) , (5) Toli).To(H-l),to(i),toCi+1),ViUrЫиХ ),Cr(;iM),T,(i),Tc(i4i), uf4fY/./y соствэтственно температуры в тепловые внергшн образцового и градуируемо1х термопресбрвзовбпепей, а также температуры и скорости температурного хода среды (далее просто скорости) в -1 -и и d + 1) моменты сличения. Условия кусочно-линейной аппроксимации выполняются, если интервал времени между сличениями таков, что изменения тепловых инерции и производных термомет рических параметров по температуре и по скорости малы по сравнению с самими величинами. Система уравнений (2-5) позволяет . исключить температуру среды из расчетов {т.е. заменить ее температурой образцового термопреобразователя). Если учесть, что для широкого класса тёрмопреобразователей тепловая инерция в узком интервале температур слабо зависит от температуры (что в рассматриваемом случае разнозначно выполнению равенства Xoi)-Т0С|41)иC|.(i)-To(4()), то выражения ис , тинных температур градуируемого термопреобразоватепя через температуру, которую регистрирует образцовьгй, будут имет вид TrИ)--ToCi)U(.)дr,( )--То(1Ч)-и(1и)лг: .{ Вычитая из выражения (7) выражение (6), получим выражение для разности теплошлх инерции образцового и градуируемого термопреобразователей между соседними моментами сличения1 .-дТо-ЛТг дг-vtro ; ATo-ToU-n)-ToCi); CU()-Tr(j), AO-Uii-vll-fY y, Выражение (7) справед/шво и в случае охлаждения с возрастающей или у&лвающей скоростью, но меняются местами члены в в 1ражениях для Т(4)и ЛТоС)Величину Тр (i) мсчкно выразить через разность величин его термометрачес ких параметров в I -it и (i +1)-й моменты сличения и чувстш1тельности темпе 1 ратуры / , г, ла--яы+1)); R.-4()+RuD. TOeRCi),RCi4 i),Rt ; и R(i4.-i)-термометрические параметры градуируемого 8 46 термопреобразоватепя и его прсжзводных по температуре образцового термопреобразователя в соседние моменты времени сличения. Если в выражении (8) скорость прсжз водного температуры (которую регистрирует образцовый термопреобразоватепь в момент сличения) по времени, выразить ЛТг Cl) через ее значение из выражения (9) и подставить выражение (8) в из выражений (5, 6), то получим формулу (1) расчета истинной температуры термопреобразователя в момент сличения. В настоящем способе динамической градуировки учет влияния тепловой инерции сводится к вычислению поправки к температуре, которую регистрирует образцовый термопреобр)азователь. Согласно известному способу корректируется величина термометрического параметра градуируемого термопреобразователя. В этом принципиальное отличие способов. Данному способу присущи более высокая степень технологичности, так как снимаются основные ограничения теплового режима (обязательные нагрев и охлаждение, постоянство скорости при нагреве и охлаждении и воспроизведение ее величины ), простота измерительных операций (отпадает необходимость в настройке и регулировке терморегулируюшей аппаратуfa i), что упрощает автоматизацию, приводит к снижению трудозатрат, роегу производительности труда и способствует внед- рюнию способа в народное хозяйство. Формула изобретения Способ динамической градуировки термопреобразоватепей, заключающийся в сличении термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобразователей при изменении температуры тарировочной среды, отличающийс я тем, что, с целью сокращения времени градуировки, изменение температуры производят в одном направлении с меняющейся величиной скорости температурного хода, термометрические параметры термо- преобразователей измер5пот одновременно и фиксируют этих измерений, а истинную тчемпературу градуируемого терМопреобразователя вычисляют по форллуле U)--T,5Ci)± )-Vi)TotiH)-To(-) fRrC - -O-RrCi) /1 , /RVUMHR C,-)/, 7 87О9 гдеТрСн) - истинная температура градуируемого термопреобразо вателя; K-l) ик( термометрические параметры градуируемого термопре-,5 . образоватепя; . , RpU)R h производные термометричвс. jKoro параметра градуируемся го термопреобразователя по температуре образцового;ю TOti)«VH)-температура образцового термопреобразователя; 48 н т/ производные температура ov образцового термопреобразователя по времени сличв ния. Источники информацнк, прин5пые во внимание при дкспероязе 1. Авторское сыадетепьсгво СССР № 657278, кл. О 01 К 15/00, 11,03.76. . 2. Авторское, свидетельство СССР 168496, кл. & 01 К 15/00. 18.11.65 (прототип).