Способ определения погрешности измерения температуры

 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в теплотехнике, атомной энергетике, химической промышленности, а также в различных технологических процессах и установках, использующих теплоноситель в жидкой фазе. Способ определения погрешности измерения температуры на объекте включает контроль показаний датчика температуры, который установлен на объекте с теплоносителем. Контроль заключается в фиксации контролируемых показаний датчика температуры в момент наступления температурной остановки процесса охлаждения. При этом в качестве действительной температуры принимают температуру затвердевания теплоносителя объекта, а погрешность определяют как разницу между измеренной и действительной температурами. Способ позволяет упростить процесс измерения погрешности в труднодоступных местах установки датчиков, так как обеспечит определение погрешности измерения без демонтажа датчиков.

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в теплотехнике, атомной энергетике, химической промышленности, а также в различных технологических процессах и установках, использующих для интенсификации переноса тепла теплоноситель в жидкой фазе.

В современной промышленности широко применяются объекты с теплоносителем в жидкой фазе, например энергетические установки, использующие атомные реакторы с жидкометаллическими контурами охлаждения. В качестве теплоносителей наиболее распространены литий и натрий. В процессе эксплуатации энергетических установок, а также при стендовой отработке их узлов и агрегатов необходимо с высокой точностью контролировать температуру в десятках точек объекта. Диапазон рабочих температур составляет от 200 до 1000 ^oC. Высокая точность измерения температура позволяет оптимизировать параметры установок и обеспечить безопасность их эксплуатации.

Для измерения температур энергетических установок широко применяются накладные (поверхностные) и погружные термометры. Как правило, это термометры сопротивления и термопары.

Источниками погрешностей измерения могут быть: - изменение номинальных статических характеристик термометров за счет деградации материалов чувствительных элементов и ухудшения диэлектрических характеристик изоляции под воздействием температуры, временного фактора и внешней среды; - изменение условий теплообмена термометров и контролируемого объекта.

Для выявления вышеуказанных погрешностей измерения и повышения точности измерения температур в процессе эксплуатации объекта необходимо периодически определять погрешность измерения температуры без демонтажа термометров. При этом надо учитывать, что определение погрешности может быть осложнено затруднением доступа к контролируемым объектам и термометрам. В частности, из-за размещения объекта в вакуумной камере и возможной высокой его радиактивности.

Известен способ определения погрешности измерения температуры, при котором датчик температуры периодически демонтируется с объекта и поверяется на специальной установке по постоянным точкам затвердевания (плавления) металлов, таких как свинец, олово, цинк, сурьма, алюминий, серебро или медь /1, 2/.

При этом один из указанных выше металлов с поверяемым термометром помещается в тигель из огнеупорного материала, размещенный в полости специальной электропечи. Затем тигель нагревают до температуры превышающей на 15-20^oC температуру плавления металла и охлаждают вместе с печью, непрерывно контролируя показания поверяемого термометра. Погрешность термометра определяют сравнением его показаний в момент затвердевания, определяемым по наступлению температурной остановки процесса охлаждения, характеризующегося постоянством во времени сигнала термометра, с действительной температурой, в качестве которой принимают температуру затвердевания металла.

Недостатком описанного способа является то, что он не может быть использован для поверки термометров непосредственно на контролируемых объектах, в частности на высокотемпературных объектах с жидкометаллическими теплоносителями. Тем самым, например, не определяется погрешность, вызываемая изменением условий теплообмена термометра и контролируемого объекта.

Известен способ определения погрешности измерения температуры контактными термометрами непосредственно в условиях эксплуатации путем поверки термометров без их демонтажа /3/.

Способ включает установку на изучаемый объект двух дополнительных контрольных термометров, первый из которых смонтирован вместе с поверяемым термометром, а второй - вне зоны возмущения температурного поля изучаемого объекта поверяемым и первым контрольным термометрами. Второй контрольный термометр подвергают тепловому воздействию, идентичному воздействию на первый контрольный термометр, регистрируют показания термометров и определяют общую погрешность поверяемого термометра как разность показаний поверяемого и первого контрольного термометров. При этом методическую погрешность поверяемого термометра определяют как разность показаний контрольных термометров.

Недостатком описанного способа является его малая эффективность при измерении температуры поверхностными термометрами на высокотемпературных объектах с интенсивным теплообменом из-за практической невозможности создания условий теплового воздействия на второй контрольный термометр, идентичных воздействию на первый контрольный термометр. Кроме того, реализация способа чрезвычайно трудоемка и требует доступа к исследуемым объектам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения погрешности измерения температуры термопарами непосредственно в условиях эксплуатации путем определения погрешностей термопар без их демонтажа /4/, принятый автором за прототип и базовый объект.

Сущность метода состоит в следующем.

Для обеспечения бездемонтажной периодической поверки термопары, контролирующей тепловой режим работы активной зоны атомного реактора, поверяемую термопару устанавливают внутри реактора в составе многоточечного термопарного (до 5 термопар) устройства. Термопара оснащена поверочным устройством, представляющим собой снабженную электрическим нагревателем ампулу, внутри которой размещен один из поверочных металлических теплоносителей (свинец, олово, цинк, сурьма, алюминий, серебро или медь).

В обычном состоянии термопара показывает температуру ампулы с поверочным металлическим теплоносителем. При проведении поверки термопары нагревателем доводят температуру ампулы до температуры плавления металлического теплоносителя и фиксируют показания термопары. Погрешность измерения температуры определяют путем сравнения показания термопары с действительной температурой, в качестве которой принимают температуру плавления металлического теплоносителя.

Недостатком описанного способа является его малая эффективность при измерении температуры высокотемпературных объектов с интенсивным теплообменом, например контуров с жидкометаллическими теплоносителями из-за практической невозможности определения момента наступления фазового перехода (плавления или затвердевания) поверочного металлического теплоносителя.

Кроме того, этот способ не может быть реализован при измерении температур в малых объемах и на поверхностях тонкостенных объектов из-за существенных габаритов поверочного устройства.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение достоверности определения погрешности измерения температуры, упрощение процесса определения погрешности, в том числе в труднодоступных местах установки датчиков температуры, и обеспечение определения погрешности измерения температуры без демонтажа датчиков, значительно увеличивая рабочий ресурс объекта, в котором функционируют эти датчики.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения погрешности измерения температуры, включающем контроль показаний датчика температуры, установленного на объекте с поверочным теплоносителем, изменение температуры теплоносителя, фиксацию контролируемых показаний датчика в момент фазового перехода теплоносителя и сравнение этих показаний датчика с действительной температурой, за которую принимают температуру фазового перехода теплоносителя, в качестве поверочного теплоносителя используется теплоноситель контролируемого объекта.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

В качестве объекта с теплоносителем рассмотрим, например, высокотемпературный контур с жидкометаллическим теплоносителем.

Типовой контур состоит из теплогенератора, холодильника, насоса, загрузочного и расширительного баков, технологических нагревателей и датчиковой аппаратуры.

Рабочая температура контура задается режимом работы теплогенератора и обеспечивается насосом, осуществляющим циркуляцию теплоносителя по контуру. Предварительно теплоноситель с помощью технологических нагревателей расплавляют. При этом для определения погрешности измерения температуры в исследуемом месте контура контролируют показания установленного в этом месте поверяемого датчика температуры. Сигнал этого датчика во времени постоянно увеличивается до того момента, когда происходит расплавление теплоносителя, определяемое по наступлению температурной остановки процесса нагрева, характеризующегося постоянством во времени сигнала поверяемого датчика. Этот сигнал фиксируют и сравнивают с действительной температурой, в качестве которой принимают температуру плавления теплоносителя объекта. По разности этих температур определяют погрешность измерения.

Погрешность измерения температуры в контуре можно определить также при переводе теплоносителя из жидкого агрегатного состояния в твердое, принимая в качестве действительной температуры температуру затвердевания теплоносителя. Для этого отключают питание теплогенератора, а равномерность и плавность остывания теплоносителя обеспечивается его циркуляцией по контуру с помощью насоса. Сигнал поверяемого датчика во времени постоянно уменьшается до того момента, когда происходит затвердевание теплоносителя, определяемое по наступлению температурной остановки процесса охлаждения, характеризующегося постоянством во времени сигнала поверяемого датчика. Этот сигнал фиксируют и сравнивают с действительной температурой. По разности этих температур определяют погрешность измерения.

При контроле показаний всех датчиков температуры, установленных на контуре, можно за один цикл изменения агрегатного состояния теплоносителя практически одновременно определить погрешность измерения температуры в местах установки этих датчиков.

Таким образом, предлагаемый способ определения погрешности измерения температуры в объекте с теплоносителем, основанный на контроле показаний датчика температуры, установленного на объекте, в котором теплоноситель используется в качестве поверочного теплоносителя, изменении температуры теплоносителя, фиксации контролируемых показаний датчика в момент фазового перехода теплоносителя и сравнении этих показаний датчика с действительной температурой, за которую принимают температуру фазового перехода теплоносителя, повышает достоверность определения погрешности измерения температуры, упрощает процесс определения погрешности, в том числе в труднодоступных местах установки датчиков температуры, и обеспечивает определение погрешности измерения температуры без демонтажа датчиков, значительно увеличивая рабочий ресурс объекта, в котором функционируют эти датчики.

Кроме того, повышается эффективность поверки за счет возможности за один цикл изменения агрегатного состояния теплоносителя практически одновременно определить погрешность измерения всего температурного поля объекта в местах установки датчиков.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа определения погрешности измерения температуры проведена на высокотемпературном контуре, работающем в вакуумной камере при температурах до 100^oC. В качестве теплоносителя использовался литий с температурой плавления 180,5^oC. Температурное поле контура измерялось поверхностными и погружными термопарами.

Испытания подтвердили правильность выбранных решений.

Источники информации 1. Ленивег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. Пер. с нем., Металлургия, М. - 1980, стр. 204, 206-207.

2. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы, Госэнергоиздат, Л. - 1946, стр. 39-41.

3. Авторское свидетельство СССР 1506300, кл. G 01 K 15/00, 1989.

4. Лысиков Б.В., Прозоров В.К. Ректорная термометрия. - М.: Атомиздат, 1980, стр. 69, 72-73, 81-82.

Формула изобретения

Способ определения погрешности измерения температуры на объекте, включающий контроль показаний датчика температуры, установленного на объекте с теплоносителем, заключающийся в фиксации контролируемых показаний датчика температуры в момент наступления температурной остановки процесса охлаждения, при этом в качестве действительной температуры принимают температуру затвердевания, а погрешность определяют как разницу между измеренной и действительной температурами, отличающийся тем, что в качестве действительной температуры затвердевания принимают температуру затвердевания теплоносителя объекта.