Способ динамической градуировки термопреобразователей

 

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, поддерживаеют 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)5 6 01 К 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 46? 6006/10 (22) 09.01,89 (46) 30..10.91, Бюл. N. 40 (71) Научно-производственное объединение

"Исари" (72) Г.Г,Бакрадзе (53) 536.531 (088.8) (56) Данишевский С.К„Сведе-Швец Н,И.

Высокотемпературные термопары. М.: Металлургия, 1977, с.152-153, Авторское свидетельство СССР

N870984,,кл. G 01 К 15/00, 1979, (54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИГОВКИ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для градуировИзобретение относится к термометрии и может быть использовано для градуировки термопреобразователей в диапазоне рабочих температур.

Цель — повышение точности градуировки при одновременном сокращении 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 — градуировочная кривая.

Устройство содержит; тарировочную среду 1, термопреобраэователь 2 тарировочной среды, градуируемый термопреобраэователь 3, холодильник 4, термопреобразователь 5 холодильника.

„„. Ж„„1688134 А1 ки термопреобразователей в диапазоне рабочих температур. С целью повышения точности градуировки термоп реобразователя в динамике, сокращения времени градуировки тарировочную среду и регистрируемый термопреобразователь нагревают до температуры, соответствующей максимальной температуре, которую измеряют градуируемый термоп реобраэовател ь, поддержи ваеют 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.

Тарировочная среда 1 представляет собой прогреваемую газовую или жидко-ме- ОЬ таллическую среду, в которую вводится QQ термопреобразователь 2 тари ровочной сре- (ф ды, Температура тарировочной среды 1 устанавливается равной максимальной температуре, которую измеряет градуируемый термопреобразователь 3. Холодильник +

4 предназначен для охлаждения градуируемого термопреобраэователя 3 до температуры, которая соответствует минимуму а 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 минималь1I 88134 ной температуре, которую измеряет градуируемый термопреобразователь 3. После этого градуируемый термопреобраэователь

3 выводится из холодильника 4 и вводится в тарировочную среду 1 и прогревается,до 5 температуры этой средь), Исходя иэ уравнения динамики нагрева любого термопреобразователя (ТП) для любого момента времени t--t)

T)U(tI) + U(tI) = K) 600

Aß (6, й+) ), AtI (tI); (tI+q), 30 (1) справедлива в малом интервале времени

AtI. где i = 1,2,...,п, 35 из системы (1) определить At) не представляет трудности;

U(t)=KI 6o(1 Г) т) 40

При окончании переходного процесса

U(t) - К) бр тогда, когда 1 =О, а это имеет место когда t =4Т-5Т

t =4T; Г = е =0,00012-- О.

-4t/Т -4

Записывая данные изменения температуры градуируемого термопреобразователя

3 от времени -U(t), а также термопреобразователя тарировочной среды 2, по которой

50 определя)от температуру тарировочной среды-6роо опРеделЯют значениЯ K(t) и, исходЯ из зависимости О) = KI 6 г в каждом временном интервале Ж), где i = 1,2, „8, определяют откуда — U(ti+)) О(«);

-,) — U { tI -1 {

К)—

63(0 (t) )-- U (t)+- )) где TI — параметр инерции;

K) — масштабный коэффициент.

Уравнение справедливо в любом интервале времени где i = 1,2,...,n, Исходя иэ математической аппроксимации любых функций в малом интервале времени, параметры TI u KI постоянны, т.е.

T) =- const;

К) = const, Таким образом, система

TIU(tI) + u(tI) = КI Оо

1!

TIU(tI+)) + 0(t)+>) -:= KI 6pp

Ф

TIU(tI) = KI 8,p — 0 (т));

TIu(tI+>) =: К) О О - U (н-1);

U tIj К) 6о — 0 t)

0 tI + I),I 6- U Ь + ) о I

U(t) ) К) Op — 0({: I)UI(t)+q) =

f. I

=- О(t)+g ) К) 6,— U (I:и.) ) U (tI );

6 ()К) (0 (t) ) — 0 (t)+)) ) -= U (Ъ ) U (t)+))иэ интервалов

At) t, (tI, «+)) или интерваг)а измерения температур где 6Р- температура прогрева ТП в момент

t=tI, где! = 1,2„,,п.

Следовательно, существует зависимость KI в различных интервалах Л6 т,е.

Ko= - 1(6 ) в интервале прогрева градуируемого ТП от его минимальной 6„ до максимальной прогреваемой температуры 63 соответствующей температуре тарировочной среды, При заведомом увеличении значений

U(tI) его производная может уменьшаться. В частности, для процессов, описываемых уравнением (1), для которых изменение U(t) асимптотически растет, а ее производная убывает, стремясь к нулю, в целом сумма нарастающей и убывающей функции остается постоянной, т.е. Т U(t)+0(t)=KI (6)

Что касается моментов времени t) иэ промежутка времени

At = 4Т вЂ” 5Т, где Т вЂ” параметр инерции, постоянная времени термопреобраэователя, то с учетом одного из уравнений (1), при TI = Т= const, KI=K=const, решение дает =-г

О) после чего составляют градуировочную кривуЮ 0)=f (6 ) (фиг.4), 1688134

Пример. Термопара — TXA (хромельалюмель) вводилась в зону тарировочной среды, температура которой составляла 03=

=1000 С. При помощи регистрирующего устройства записывалось изменение ЭДС термопэры во времени, нагрев которой продолжался 120 с, Зависимость ЭДС от времени — U(t) представлена графиком на фиг. 2.

Данные О(«) для различных моментов ti через равные промежутки At, где i =1,2„.„

At = 10 с, составляют:

О(«) = 0,12 мВ;

О(тг) = 0,21 МВ;

U(u) = 0,884 мВ;

О(И) = 0,323 мВ;

U(tg) = 0,34 мЦ;

U(ts) = 0,36 мВ;

О(тт) = 0,37 мВ;

U(ts) = 0,375 мВ, Учитывая значения О(«), где i 1,2„.,8, и решая для каждого i систему уравнений

Tu(«) + u(«) = КО;

ТО («+1) + О(«+ ) = К Оg

25 где О = 1000 С, получаем

K> = 0,401 мкВ/с; Кь = 0,409 мкВ/с;

Кг = 0,406 мкВ/с; Ks = 0,404 мкВ/с;

Кз = 0,403 мкВ/с; К1 = 0,408 мкВ/с;

К4 = 0,408 мкВ/с, Кэ = 0,410 мкВ/с.

По данным К1, Кг„..,Кэ строим зависимость К = f(t), представленную на фиг. 3.

Исходя из графика на фиг. 2 и данных Kt=K(t), V(t,1 35 учитывая, что значения 0 =

К где i = 1,2,...,6, определяем температуру бг" соответствующую каждому значению UI:

О(т1) = 0,12 MB соответствует Ot = 299,3; 40

О(тг) = 0,210 мВ соответствует бг = 517,3;

О(тз) = 0,284 мВ соответствует Оз = 704,7;

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

U(ts) = 0,341 мВ соответствует 640= 833 7; . О(тв) = 0,360 мВ соответствует Оо = 891,0; 45

О(тт) = 0,370 мВ соответствует 070= 927,0;

U(ts) = 0,380 м В соответствует 64 = 950,00.

Эти данные позволяют осуществить градуировку ТХА от температуры QOC до

9500С. График зависимости ЭДС ТХА от 50 температуры У представлен на фиг. 2, а зависимость К = f(t) на фиг, 3 в интервале от

0 до 950 С. Последнее обстоятельство объясняется тем, что в интервале 950 — 10000C определение значения К затруднено, т.к, достижение температуры 1000 С термопарой

TXA 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 с данными среднего значения К, равного

К = 0,4 мкВ/с, можно будет определить погрешность К. равную

ЛК1 = 0,001; AKg = 0,009;

ЛКг = 0.006; AKs = 0,004;

ЛКз = 0,003; Ыт = 0,008;

ЛК4 = 0,008, AKs = 0,010; где относительная погрешность составляет

0,25 — 2,507 .

Формула изобретения

Способ динамической градуировки термопреобразователей, включающий нагрев тарировочной среды, измерение температуры среды, помещение в среду градуируемого термопреобразовэтеля, 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 поддерживают ее постоянно, а грэдуируемый термопреобразователь перед помещением в тарировочную среду охлаждают до минимальной температуры, им измеряемой, регистрацию его выходных сигналов осуществляют через фиксированные интервалы времени, а истинную температуру градуируемого термопреобразователя 6 (!) определяют по формуле

< ()=— причем

U (ted+i } О(«) — О («) . О («+1)

О3(u (t<)-u(ted+i) где U(0 — регистрируемый выходной сигнал для i-го интервала времени;

U(tI+i) — регистрируемый выходной сигнал для (!+1)го интервала времени;

О(«) О(«+1) — производные регистрируемого выходного сигнала, соответственно, для I-го и для (i+1)-го интервалов времени;

О, — температура тарировочной среды.

1688134 о о ф о

Ф о

4 о и . " ср

0(ч8) o„s0 360Д

Ql6 б оооо ф о"„ооо ф о о о ооо оооо о о оо хФбб/бббб/4

1688134

1рл 0,0/ ф

0 < 2 3 4 9 6 7 8 9 !О И

Жз

o,ц о,z

О,tá

o,tz о,о8

О,ОФ

200 300 400 500 600 700 800 900 t000

Составитель Л,Балянина

Редактор М,Циткина Техред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец

Заказ 1682 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101