Способ определения температуры

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 G 01 K 7/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803190/10 (22) 18.12.89 (46) 07.05,93. Бюл. N. 17 (75) П. И. Бардило, Г. Г. Трищ и В. И. Бардило (56) Авторское свидетельство СССР

N 1446491, кл. G 01 К 7/02, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N265493,,кл. G 01 К 7/16, 1966. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Использование: измерение температуры термопарами при длительной эксплуатации в условиях воздействия

Изобретение относится к способам температурных измерений, в частности к способам измерения температуры термспарами непосредственно на месте их эксплуатации, т. е. без демонтажа, и может использоваться при измерениях в атомных энергетических установках, где термопары вообще не подлежат периодической поверке, химических производствах, например е химических реакторах, к которы л термопары (гермопреоб разователи) приварены, при измерении низких температур в условиях сильных л1агнитных полей, и т. и.

Цель изобретения — повышение точности в условиях длительной эксплуатации под воздействием дестабилизирующих факторов, Поставленная цель достигается тем, что измеряют термоздс Е на свободных концах одного из двух равноименных термоэлектродов термопары и третьего термоэлектрода, выполненного из того же материала, но с другим диаметром, а температуру контролируемой зоны определяют по формуле.

Я3,, 1814О35 А1 дестабилизирующих факторов — в атомных энергетических установках, химических реакторах, в условичх воздействий сильных магнитных полей, Сущность изобретения, измеряют значения термоэдс Е на свободных концах двух разноименных термсэлектродов трехэлектроднсй термопары и Е" одного из этих термоэлек гродов и третьего термоэлектрода, выполненного из того же материала, но с другим диаметром. Температусу объекта определяют по формуле

Т=-Т„+Р (Е "/Е), где Т, — температура, определяемая по градуировочной характеристике двухэлектродной термопарьь 3 ил, Е A

T.=Тп+Г(Е ) где Тп — температура, определяемая по градуирсвсчной характеристике двухэлектродной термопары, На фиг. 1 показана схе ла термопары с термоэлектрсдами "а" и "в" и с добавочным термоэлектрсдсм "с", который выполнен из того жа материала (состава), что и термоэлектрод "а", но отличается от последнего диаметром провода; на фиг, 2 — градуировочная зависимость Е основной термопары

"а — в" от температуры Т в начальный период эксплуатации, т. е. когда время r эксплуатации равно нулю: т = тс,, При эксплуатации через время t>, c2, 73 (или из-за воздействия других дестабилизиру ощих факторов) характеристика смещается, На фиг, 2 также показана градуировочная характеристика термопары "а-с" Ел от температуры Т, т. е, термопары, образованной идентичными по материалу (составу) термсэлектродами, в моменты времени т„, r<, tg, 73. Так как электроды идентичные, то, 1814035 ны величины х и измеряемая температура

Т>, а вторичные приборы градуированы по начальной зависимости (1), т. е. л E хз= о(Т) (6)

Аналогично (2) можно записать ТЭДС термопары Ед (фиг. 2):

E A =f A(T) начальная зависимость, причем Е хо" =О, Ех1 -fiä(T) = Am

E хзд =тз"(Т) (7)

Е zA = fr,A(Т)

EA=fAP ) Е х =fo(Т) — начальная зависимость, Е z1 -f1(T)

Е хг =1г(Т)

E z3 =тз(Т)

E,=<х (Т) (1)

Е=f(T, х), (2)

С учетом выражения (2) их можно записать:

Е z1 = Е х„— Л Е z1

Е хг = Е zo E хг

Е- хз Е- хо -а Е- хз

Ех=Ez,— ЛЕх (3) 30

ЕхA в = —, Ех также зависит от Т и х, т. е. (8) или или в общей виде:

ЛТ=Р (Oj, (12)

Л Е= Ь(Т, z) (5)

7 к м образом, имеется зависимость, 55 где ЛТ вЂ” пог ешность те мола ы ОС. Р связывающая абсолютную погрешность термопары с измеряемой температурой Т и функция, равная Р1

Величина О зависит на основании (2) и временем х. д однако величина ДЕ не может быть Р) от ее ичин Тих. Если зависимости Е и принципиально определена, т. к. неизвестелиней ы от температуры, то величина следовательно, ТЭДС Е" в начальный момент времени х, равна нулю, Затем в момент времени х1 вследствие нестабильности электродов (причем разной нестабильности, т, к. электроды разных диаметров по разному восприимчивы к нестабильности) появляется ТЭДС. С увеличением времени х, т. е. хг, z3, ТЭДС увеличивается, что показано соответствующими зависимостями, 10

Таким образом, температурные зависимости ТЭДС основной термопары, показанные на фиг. 2, можно представить:

Е=Ех.-hЕ, (3 ) где ЛЕх„, ЬЕ хг и т. д. — абсолютные погрешности измерения температуры в мо- 35 мент времени х1,хг„„причем Ь Ех =f Л(Т}, т. е. любое значение Е х можно рассматривать как значение ТЭДС по начальной градуировочной зависимости с учетом погрешности, которая возникла от "ухода" 40 градуировки за время х при температуре измерения Т. или:

ЛЕх =Ех — Ех =0

О О О

ДЕХ1 = EZO ЕХ1

ЛЕ хг = Е хО Е хг (4) E zз = Е zo Е хз Ех Ех, — Ех

ЛЕ= Ех — Е

Таким образом, имеется зависимость, связывающая ТЭДС Ед дополнительной термопары с температурой и временем х.

Так как конструкцию термопары следует считать заданной, т. е. диаметры и материал термоэлектродов находятся в одинаковых условиях работы, то на основании утверждения, что стабильность термоэлектрическая зависит от диаметра термоэлектродов, можно утверждать, что величины Е х и Е хд являются взаимно корреоированнмми. А на основании(2) Д) можно утверждать, что величины Е, Е и ЬЕ взаимно коррелированы, Величина отношения ВТЭДС

О= (Т, х). (9)

Поэтому можно записать:

Л E=F1()=Р1 (6), (10)

Е д

l где F1 — некоторая функция, которая однозначно определяется конструкцией термопары.

Разделив (10) на величину jo (коэффициент ТЭДС начальной градуировочной характеристики термопары "а-в", получим; " — — + - - Р (о1 < Ц

1814035

ЛТ =

Е"

О=

Е Кп (13) Т=Тх + ЛТ=Тх+г(6), (17) 10 С(1Р

100%

55

О также зависит от температуры, а если линейны, то не зависит от температуры, а только от величины т, Рассмотрим случай, когда величина О не зависит от температуры. В этом случае величина Ог, однозначно определяет конкретную реализацию величины Е т- по фактору т, т. е. по величин Ог, можно определить градуировочную характеристику Е в данный момент времени т (т, е. в тот момент, когда определялись величины Е g и Е T; . А если известна зависимость Е =f(T), то можно легко определить погрешность измерения ЛЕ ц (или

ЛТ ц). Чтобы величина Отакже не зависела от температуры Т и в случае нелинейной зависимости Е и Ед от Т, можно определить величину 0 по формуле где Кп — поправочный множитель (коэффициент), который в общем виде равен

Кп=тк(Т, г), (14)

Но так как нелинейность градуировочных характеристик от величины тизменяется очень мало, то можно принять, что коэффициент Кп от z не изменяется. Следовательно, можно записать:

Кп = 1х(Т), (15)

Так как точноезначение измеряемой температуры Т не известно, то в данном случае можно принять

Т =Тх (16) где T> — измеряемая температура Т, которую показывает прибор, градуированный по начальной градуировочной характеристике, т. е, по Ет„.

Таким образом, измеряемая температура будет определяться по формуле íà основании (12): 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, и.

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

При измерениях ТЭДС Е и Е" и математической обработке по формуле(13) погрешность может быть доведена до Лрг < 1 — 2 .

Поэтому общая погрешность Р ъ, 20

Если погрешность ЛТ известна даже с погрешностью, равной ЛТ =25, то имеется колоссальный выигрыш в длительности эксплуатации (или ресурсе) термопары или вы25 игрыш в точности измерения температуры.

Сказанное можно пояснить примером, Допустим, имеется термопара, у которой при температуре 1000ОC технический . ресурс, обусловленный допускаемой по30 грешностью 1, т. е, 10 С, составляет

10000 ч. Если термопара будет эксплуатироваться дальше, погрешность будет рас и.

Например в момент времени тз произведено измерение ТЭДС Е з и Етз притемпературе Тх, При этом прибор покажет температуру Тп=1000 С, Определяют отношение О гз = Е гзд/Е гз. По известной зависимости (12), связывающей величину

40 погрешности AT (или A Е ) с величиной

О (фиг. 3), определяют ЛТ, которое, например, равно 40 С. По зависимости (17) определяют фактическую темпера ®туру Тх

45 Tx=Tn+ ЛT=1000+40=1040 С, Случайная составляющая погрешности

ЛТ составляет;

Формула изобретения

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

1814035 а

С

Фиг. 7

Е,мд

Т, C

Тп Тх

67 ОС

Фиг, 5

Составитель Н. Соловьева

Редактор Е, Рошкова Техред М, Моргентал Корректор О. Кравцова

Заказ 1825 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 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 определяюг по формуле

ЕД

Т=Т.+Г (). где Т вЂ” температура, определяемая по градуировочной характеристике двухэлектродной термопары.