Способ определения температуры

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >917001

Союз Советскмк

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено25. 08. 80 (21) 2973983/18-10 с присоединением заявки М (23) П риоритет

Опубликовано 30. 03. 82. бюллетень Рй 12

Дата опубликования описания 30. 03. 82

{Я)м. Кл, 6 01 К 7/18

1ееудерстеев| квинтет

CCCP ве делам нзебретенкй н еткрнткй

{ 53) УД К 536. 5 3 (088. 8) (72) Авторы изобретения

С.П.Логвиненко и С.Л.Дербышева

Физико-технический институт низких темпер

АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии.

Известен способ определения температуры, заключающийся в измерении сопротивления термометров и опредЕлении температуры.по термометрической характ еристике Г1) .

Однако известный способ не обладает требуемой точностью измерения, потому что погрешность аппроксиманв ции действительной температурной характеристики очень велика и, например, для терморезисторов типа MNT-1 в диапазоне температур (-70 С) †(+50 С) достигает величины 8 С.

Наиболее близким по .технической сущности к предлагаемому является способ определения температуры, заключающийся в измерении сопротивления термометров и определении температуры по термометрической характеристике, аппроксимируемой аналитической зависимостью с коэффициентами, вычисленными путем предварительной тарировки термометров в базовых точках рабочего диапазона температур (21.

Однако и этот способ не обеспечивает требуемой точности измерения в связи с тем, что аналитические зависимости, применяемые для аппроксимации не полностью соответствуют физическим процессам, происходя-щим в материале чувствительного элемента термометра, и не дают требуемого приближения к реальной термометрической характеристике термометра, а в низкотемпературном диапазоне, где физические процессы усложняются, погрешность аппроксимации увеличивается. Кроме того, для каждого термометра необходимо проводить громоздкие вычисления коэффициентов, решая систему уравнений, Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что тарируют термометры в двух ба{ лл+ 1 2л + Рзл

:Е{- . g

3 9! 10 эовых точках, расположенных на границах температурного диапазона, выбирают из них наиболее характерный обобщенный термометр, сопротивление которого окажется максимально близким по сравнению с другими к области математического ожидания для сопротию?ений всех градуируемых термо. метров данной группы, дополнительно тарируют его еще минимум в трех ба- 10 зовых точках, расположенных равномерно между границами диапазона„ одним иэ термометров измеряют температуру, .определяя при этом величину его сопротивления, затем на? одят соответствующее ему сопротивление обобщенного термометра Rp no формуле

Ul 4

? ермометра № 1, термометра № 2 и термометра № 3. Производится тарировка этих термометров в двух базовых точках на границах рассматриваемого диапазона (в т. Т,{ и Т ).

Полученные значения сопротивлений обозначаем R >, где i — номер термометра; j — номер точки, обозначающий принадлежность началу или концу диапазона (т. е. в т. Тл-Rn R2<, Ку, в т..Т -К2л, R, R5?). Вычисляем математическое ожидание Rg для эначеJ ний сопротивлений этой группы термометров в точках Тл и Т2

{?24+ 22 + %2. ьг Ъ,! где R?, — сопротивление одного из термометров, измеренное при искомой температуре, R„2 - сопротивление одного из тер25 мометров, измеренное во 2-ой базовой точке, Rg2- сопротивление обобщенного термометра, измеренное во

2-ой базовой точке, К, — поправочный коэффициент, равный отнбшению разницы логарифмов сопротивлений обобщенного и одного из термометров, измеренных в двух базовых точках на границах диапазона. потом определяют искомую температуру по формуле для

46

Выбираем термометр, имеющий наи. меньшее значение ь К{,1 в качестве обобщенного термометра (в нашем случае это термометр № 2) .

На фиг. 1 изображены в координаЬ

45 гах 1gR(1{) /Т) термические характеристики термометров № 1, № 2 и ¹ 3 с двумя тарированными точками, (кривые

1-3 и. математическое ожидание значений сопротивлений рассматриваемой группы термометров, из которых также следует, что термометрическая характеристика термометра № 2 наиболее близка к величине математического ожидания °

Получаем в результате дополнительной тарировки обобщенного термометра еще три точки.

В нижней насти графика (фиг. 1) приведены термометрическая характегде е — основание натуральных логарифмов, и. — степень полинома, AJ — коэффициент, определяемый. по способу Чебышева, R< — сопротивление обобщенного т ермомет ра.

На фиг. 1 показан пример совмещения термометрических. характеристик одийочных и обобщенного термометров, на фиг. 2 - график погрешности.

Определение температуры предлагаемым способом производится следующим образ ом.

Рассмотрим случай, когда группа термометров состоит из трех штук:

Определяем разность сопротивлений термометров Rg и математического ожидания Кк) для точек Т,{ и Т2, т. е. ьК„ =К-„„-К, а подробнее

5 917001 ристика термометра В 11 для которого производится в дальнейшем расчет измеряемой температуры, и термометрическая характеристика обобщенного термометра после приведения их к оси - 5 абсцисс: для термометра М I Вj=t@R) 1цРц, (кривая 1); для термометра М 2цВ =fljRgj @Кд. 1 (кривая 2), lO

Рассчитываем поправочные коэффициенты как отношение величин В„) к

Вц (для обобщенного термометра) в точке Т, так как в координатах (ц Р(105/Т) расположения тарировоч- 15 ных точек на оси абсцисс поменялись и точка Т (первая) в координатах оказалась в конце интервала. Дня термометра Ф I Kq=B«/В2у=(КдК -Е,К„)/

/(FAR>,-61Кд) .

Измеряем, как указывалось выше, термометром II - 1 неизвестную температуру Т. Для этого измеряем значе- ние сопротивления термометра R при этой температуре.

Вычисляем соответствующее ему значение К р обобценного термометра.

Поэтапно это выглядит так:

1) приводим значение 4)Rgq к оси абсцисс: Bò=fgК 1 6)Rqg (кривая 1) Зо

2) рассчитываем соответствующее

В2,=В т К =(ЦКщ 1gR

3) возврацаемся в прежнюю систему координат Lg Кг,=(fgR„ - fqR4 К + з5

+1g R (кривая 1 ) .

Соответственно К,у10ФГ((ЯК -kjR< )"

° К,+I.gR„).

Полученное значение сопротивления обобценного термометра представляем в формулу и определяем искомую температуру

K А-j(Gn )

Коэффициенты Л- определяются из тарировочных значений сопротивлений обобщенного термометра B пяти базовых точках по способу Чебышева.

Предлагаемый способ измерения температуры был проведен на нескольких группах термометров. Для термометров ти а ТСАД наименьшая погрешность получена для группы термометров одного типа изготовленных из одного среЗа

55 материала (для обеспечения максимальной однородности материала) по единой технологии и градуируемых в иден- тичных условиях.

На фиг. 2 приведены данные погрешности измерения температуры через обобщенную характеристику по формуле, усредненные по количеству термометров в рассматриваемой группе для термометров типа ТСАД (кривая 1) и ти па ИИТ (кривая 2) d интервале 200 К—

300 К и (кривая 2) в интервале

50 К-300 К, расширенном в .область низ к их т ем пер ату р.

Для сравнения на фиг. 2 также приведены усредненные погрешности измерения температуры известным способом для термометров типа ТСАД (кривая 3) и типа MMT-1 (кривая 4).

Экспериментальная проверка на партии термометров типа ТСАД показала, что при измерении температуры известным способом в низкотемпературном диапазоне 4,2-20 К погрешность получается наименьшей при следующих значениях базовых точек:

Т„=б К, Т =9 К и T =I4 К, а для группы терморезисторов типа ХИТ-1 в расыйренном диапазоне 150-300 К при следующих значениях базовых точек: Т =

=150 К, Т =180 К и Т =200 К. Погрешность измерения температуры для терморезисторов типа MHT-1 возрастает с 0,5 К в диапазоне 203 К-323 К (обычнь1й диапазон, рассматриваемый в известном способе) до I 4 К в расширенном в область низких температур диапазоне 150-300 К. Для термометров типа ТСАД в диапазоне 4,2-20 К значение максимальной погрешности достигает I К.

Как видно на фиг. 2 погрешность измерения температуры предлагаемым способом меньше для термореэисторов типа КИТ-1 в диапазоне 203-300 К Ттак=0,2б1 К и в расширенном диапазоне 150-300 К ьТ „,=0,269 К„т. е ° практически не увеличивается при расширении диапазона в область низких температур. Для термометров типа ТСАД в диапазоне 4,2-20 К погрешность не превьппает 0,02 К.

Кроме того, при большом количестве термометров в партии предлагаемый способ измерения температуры сокращает объем информации, полностью характеризующей эту группу, так как должны быть известны коэффициенты аппроксимирующей формулы только для одного обобщенного термометра и поправочные коэффициенты для остальных термометров, в то время как при исметров измеряют температуру, определяя при этом величину его сопротивления, затем находят соответствующее ему сопротивление обобщенного теру мометра по Формуле

16 где К - сопротивление одного из термометров, измеренное при искомой температуре, R@- сопротивление одного из термометров, измеренное во 2-й

15 базовой точке, Rgg- сопротивление обобщенного термометра, измеренное во

2-й базовой точке, к„ - поправочный коэффициент, равр11 ный отношению разницы логарифмов сопротивлений обобщенного и одного из термометров> измеренных в двух базовых точках на границах диапазона, 2S потом определяют искомую температуру по Формуле

Формула изобретения Способ определения температуры, заключающийся в измерении сопротивления термометров и определении температуры по термометрической характеристике, аппроксимируемой аналитической зависимостью с коэффициентами, вычисленными в результате тарировки термометров в базовых точках рабочего диалаэона температур, отличающийся тем, что, З11 с целью повышения точности измерения, тарируют термометры в двух базовых точках, расположенных на границах температурного диапазона, выбирают из них наиболее характерный обобщен ый термометр, сопротивление которого окажется максимально близким по сравнению с другими к области математического ожидания для сопротивлений всех градуируемых термометров данной группы, дополнительно тарируют

его еще минимум в трех базовых точi;.ëõ, расположенных равномерно между

rр; ницами диапазона, одним из термо А (@R Q

7 91 пользовании известного способа надо знать не менее трех коэффициентов для каждого термометра.

Повышение точности, расширение рабочего диапазона в область низких температур и в некоторых случаях зна чительное сокращение количества необходимой информации, харакТеризую- . щей группу термометров позволяют использовать предлагаемьпЪ способ измерения температуры в приборах для измерения температуры с запоминающими устройствами, упрощают способ запи- . си данных в памяти ЗВМ и облегчают тарировку некоторых групп.термометров. где е — основание натуральных логарифмов, n - степень полинома, А1 - коэффициент, определяемый по способу Чебышева, К - сопротивление обобщенного термометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Терморезисторы типов КИТ-I

ИИТ-I, ГОСТ 10688-75, государственный Комитет стандартов, И., 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 481795, кл. G 01 К 7/18, 1973 (прототип).

911001 ать е,г 2О re .Фиг. 2

Составитель А. Тереков

Редактор H.Чубелко Техред Т.Маточка Корректор С.йекмар

Заказ 1873/59 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П1111 "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4