Спосіб вимірювання температури термопарою та пристрій для його здійснення
Номер патенту: 34797
Опубліковано: 15.03.2001
Автори: Юрчик Генадій Васильович, Скирута Михайло Андрійович, Логвиненко Артем Павлович, Скрипник Юрій Олексійович
Формула / Реферат
1. Спосіб вимірювання температури термопарою, який полягає у внесенні робочого кінця термопари у контрольоване середовище, реєстрації термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, що відповідає температурі контрольованого середовища, нагріванні робочого кінця термопари електричним струмом на протязі часу, вибраного в інтервалі 0,1...0,2 від теплової сталої часу термопари, реєстрації миттєвих значень термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, визначенні контрольованої температури, який відрізняється тим, що після реєстрації термоелектрорушійної сили на вільних кінцях при початковій чутливості термопари, яка відповідає температурі контрольованого середовища, змінюють чутливість робочого кінця термопари на визначене значення, реєструють термоелектрорушійну силу на вільних кінцях термопари, нагрівають додатково робочий кінець термопари з допомогою змінного струму, після чого. реєструють миттєве значення термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, установлюють початкову чутливість робочого кінця термопари, реєструють на вільних кінцях термопари нове миттєве значення термоелектрорушійної сили, припиняють протікання змінного струму, а контрольовану температуру визначають за формулою
де Tk - температура, при якій калібрують термопару на місці її установки перед початком тривалої експлуатації: Zi'=(N1'+N01) та Zi"=(N1"+N01) - результуючі коди, де N1' і N1" - коди термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, які отримані відповідно в процесі попередньої калібровки і поточного вимірювання; Z2'=(N2'+N02) та Z2" =(N"2+N02) - результуючі коди, де N2" і N2" - коди термоелектрорушійної сили термопари відповідно при початковій чутливості і при зміні чутливості її робочого кінця на визначене значення в тих же умовах; Z3" =(N3" + N02), де N3" - код термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари за умови зміненої чутливості робочого кінця термопари і одночасного додаткового його нагрівання на місці установки термопари; Z4'=(N4"+ +N01), де N4" - код термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари при додатково нагрітому її робочому кінці та початковому значенні чутливості; N01 та N02 - цифрові коди термоелектрорушійної сили вільних кінців термопари відповідно при початковій та зміненій на визначене значення чутливості її робочого кінця.
2. Пристрій для вимірювання температури термопарою, який містить термопару, два термоелектроди якої з'єднані компенсаційними дротами з коробкою стабілізації або компенсації змін температури вільних кінців термопари, нормуючий підсилювач, послідовно з'єднані з ним аналого-цифровий перетворювач, мікроЕОМ і під'єднаний до її першого виходу цифровий індикатор, цифроаналоговий перетворювач, кодовий вхід якого під'єднаний до другого виходу мікроЕОМ, який відрізняється тим, що в нього введені мідна підложка, автоматичний перемикач, третій термоелектрод в термопарі, який одним кінцем механічно з'єднаний з робочим кінцем термопари, а другим кінцем з'єднаний через компенсаційний дріт з одним із входів автоматичного перемикача, другий вхід якого з'єднаний з першим термоелектродом, а вихід автоматичного перемикача з'єднаний з входом нормуючого підсилювача, цифроаналоговий перетворювач. виконаний по типу "цифра - змінний струм", трансформатор струму, первинна обмотка якого підключена до виходу цифроаналогового перетворювача, а вторинна обмотка - до мідної підложки, з якою механічно з'єднаний робочий кінець термопари, керуючий вхід автоматичного перемикача з'єднаний з третім виходом мікроЕОМ.
Текст
1. Спосіб вимірювання температури термопарою.який полягає у внесенні робочого кінця термопари у контрольоване середоще, реєстрації термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, що відповідає температурі контрольованого середовища, нагріванні робочого кінця тер'мопари електричним струмом на протязі часу, вибраного в інтервалі 0,1 ...0,2 від теплової сталої часу термопари, реєстрації миттєвих значень термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, визначенні контрольованої' температури, який відрізняється тим, що після реєстрами термоелектрорушійної сили на вільних кінцях при початковій чутливості термопари, яка відповідає температурі контрольованого середовища, змінюють чутливість робочого кінця термопари на визначене значення, реєструють термоелектрорушійну силу на вільних кінцях термопари, нагрівають додатково робочий кінець термопари з допомогою змінного струму, після чого, реєструють миттєве значення термоелектрорушійної сили на вільних кінцях термопари, установлюють початкову чутливість робочого кінця термопари, реєструють на вільних кінцях термопари нове миттєве значення термоелектрорушійної сили, припиняють протікання змінного струму, а Контрольовану температуру визначають за формулою [(Z4"-Z3H>-(Zf"-Z2")]z; - до і Ез - після нагрівання термопари; X - теплопровідність термоелектродів. Даний спосіб дає можливість отримати результат вимірювання з підвищеною точністю при умові високої стабільності коефіцієнта Пельтьє у широкому діапазоні контрольованих температур. Але цей коефіцієнт функціонально пов'язаний з коефіцієнтом Зеєбека, тобто коефіцієнтом чутли вості термопари, І тому відомий спосіб не виключає 'впливу нестабільності чутливості термопари на точність визначення температури Крім того, спосіб не виключає похибку, обумовлену появою 1 адитивної паразитної ТЕРС через виникнення термоелектричної неоднорідності електродів внаслідок швидкого їх старіння в умовах високих температур і, особливо, в агресивних середовищах. Відомий спосіб вимірювання температури термопарою за А.С, СРСР № 1280338, кл. G0iK k 7/02, 1986, суть якого полягає у внесенні робочого кінця термопари у контрольоване середовище, реєстрації першого усталеного показу термопари, нагріванні робочого кінця термопари пропусканням через електроди термопари електричного струму, реєстрації другого усталеного показу термопари, припиненні електричного струму через електроди термопари і наступному охолодженні робочого кін- • ця термопари потоком повітря, реєстрації третього ' усталеного показу термопари, нагріванні робочого кінця термопари електричним струмом при одночасному його охолодженні потоком повітря, реєстрації четвертого усталеного показу термопари, визначенні шуканої температури за формулою. Недоліком цього способу являється те, що формула для визначення шуканого значення температури також містить коефіцієнт Пельтьє, що також не дає можливості усунути повністю вплив нестабільності термопари на результат вимірювання. Відомий також спосіб вимірювання температури термопарою за патентом України № 12392, кл. G01K 7/02, 1996, який полягає у внесенні робочого кінця термопари у контрольоване середовище, реєстрації ТЕРС на вільних кінцях термопари, що відповідає температурі контрольованого середовища, нагріванні робочого кінця термопари електричним струмом на протязі часу, вибраного в інтервалі 0,1...0,2 від теплової сталої часу термопари, реєстрації миттєвих значень ТЕРС на вільних кінцях термопари, визначенні контрольованої температури за формулою. Крім того, відомий спосіб включає операцію охолодження робочого кінця термопари зміною напряму пропускання електричного струму на протилежний на протязі заданого часу. А контрольована температура визначається за формулою Tx = т k де Tk - температура калібровки пристрою; N'i і N"i - коди ТЕРС на вільних кінцях термопари, які отримані в процесі попередньої калібровки; Nl2 і N"z - коди ТЕРС додатково нагрітої термопари в тих самих умовах; No - код ТЕРС вільних кінців термопари. Перевагою даного способу є те, що він дозволяє обчислити поправку на зміну чутливості термопари в процесі ЇІ тривалої експлуатації, а значення шуканої температури обчислюється за допомогою алгоритму, який враховує знайдене значення поправки. Крім того, перетворювальна характеристика термопари з урахуванням введеної поправки приймає лінійний характер, що дає мож 34797 ливість усунути похибку від нелінійності характеристики термопари. Даний спосіб виключає вплив нестабільності коефіцієнтів Пельтьє та Зеєбека термопари на точність результату обчислення температури. Проте даний спосіб не дозволяє усунути вплив на точність визначення шуканої температури вагомої адитивної похибки, яка обумовлюється завжди присутньою неоднорідністю електродів термопари по її довжині та градієнтом температури, який накладається на цю неоднорідність Відомий цифровий пристрій для вимірювання температури термопарою (див. Линевет Ф. Измерение температуры в технике. Справочник. Пер. с нем., 1980, с. 193), який складається з термопари, нормуючого підсилювача, аналого-цифрового перетворювача і цифрового вимірювального приладу. Недоліком такого пристрою є залежність результатів вимірювання від степеня нелінійності градуювальної характеристики, нестабільності чутливості термопари, а також від похибки, обумовленої появою неоднорідності електродів термопари в процесі її тривалої експлуатації. Відомий пристрій для вимірювання температури термопарою (див. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы.-М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 158), який складається з термопари, робочий кінець якої розміщений в контрольованому середовищі, термоепектроди якої з'єднані компенсаційними дротами з коробкою стабілізації або компенсації зміни температури вільних кінців термопари, нормуючого підсилювача, послідовно з'єднаних з ним аналого-цифрового перетворювача, мІкроЕОМ І цифрового індикатора В пам'ять ЕОМ занесена градуювальна характеристика термопари. Код вимірюваної ТЕРС, одержаний за допомогою аналого-цифрового перетворювача, порівнюється в мікроЕОМ з кодом ТЕРС градуювальної характеристики. Згідно таблиці відповідності формується код вимірюваної температури, який виводиться на цифровий індикатор. При вимірюваннях поточних значень температури з допомогою таблиць відповідності лінеаризується перетворювальна характеристика термопари і цим забезпечується цифровий вгдлік температури. Проте реальна нестабільність параметрів термопари, перш за все прогресуюча зміна коефіцієнта Зеєбека, а також прогресуюча похибка від неоднорідності електродів, не дозволяє повністю лінеаризувати перетворювальну характеристику через виникаючу нееквівалентність таблиці відповідності. Крім того, зміни коефіцієнта Зеєбека та поява паразитної ТЕРС термопари, викликаної неоднорідністю її електродів, під впливом дестабілізуючих факторів нічим не компенсується, що викликає досить великі похибки вимірювання температури. Відомий також пристрій для вимірювання температури термопарою за патентом України № 12392, кл. G01K 7/02, 1996, який містить термопару, два термоелектроди якої з'єднані компенсаційними дротами з коробкою стабілізації або компенсації змін температури вільних кінців термопари, нормуючий підсилювач, послідовно з'єднані з ним аналого-цифровий перетворювач, мікроЕОМ і під'єднаний до її першого виходу цифровий індикатор, цифроаналоговий перетворювач, кодовий вхід якого під'єднаний до другого виходу мікроЕОМ. Крім того відомий пристрій має стробуючий ключ, двохполюсний трипозиційний перемикач, аналогові виходи стандартного цифроаналогового перетворювача через двохполюсний трипозиційний перемикач з'єднані з вільними кінцями термопари, третій вихід мікроЕОМ з'єднаний з керуючим входом стробуючого ключа, який ввімкнуто між вільним кінцем термопари І входом нормуючого підсилювача, а четвертий вихід мікроЕОМ з'єднаний з керуючим входом двохполюсного трипозиційного перемикача. Відомий пристрій дозволяє значно зменшити вплив непостійності як коефіцієнта Зеєбека, так І коефіцієнта Пельтьє, виключаючи вплив непостійності теплофізичних властивостей контрольованого середовища на результат вимірювання за рахунок використання початкової дільниці кривої нагрівання термопари.. Проте введення у пристрій-прототип для вимірювання температури термопарою аналого-цифрового перетворювача, мікроЕОМ з цифровим Індикатором, стандартного цифроаналогового перетворювача, під'єднаного до другого виходу мікроЕОМ, не дозволяє усунути вплив на точність вимірювання температури вагомої адитивної похибки, яка обумовлюється завжди присутньою неоднорідністю електродів термопари по п довжині та • градієнтом температури; який накладається на цю неоднорідність. Задача винаходу полягає у створенні таких способу і пристрою для вимірювання температури термопарою, в яких введення нових операцій у спосіб, введення нових елементів та зв'язків у пристрій дозволило б підвищити точність вимірювання температури в умовах швидкого дрейфу градуювальних характеристик термопар завдяки усуненню впливу на результат вимірювання вагомої адитивної похибки, яка обумовлюється завжди присутньою неоднорідністю електродів термопари по їх довжині та градієнтом температури, який накладається на цю неоднорідність Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання температури термопарою, який полягає у внесенні робочого кінця термопари у контрольоване середовище, реєстрації' ТЕРС на вільних кінцях термопари, що відповідає температурі контрольованого середовища, нагріванні робочого кінця термопари електричним струмом на протязі часу, вибраного в інтервалі 0,1.. 0,2 від теплової сталої часу термопари, реєстрації миттєвих значень ТЕРС на вільних кінцях термопари, визначенні контрольованої температури, згідно винаходу після реєстрації ТЕРС на вільних кінцях термопари, яка відповідає температурі контрольованого середовища, змінюють чутливість робочого кінця термопари на визначене значення, реєструють значення ТЕРС на вільних кінцях термопари, нагрівають додатково робочий кінець термопари за допомогою змінного струму, після чого реєструють миттєве значення ТЕРС на вільних кінцях термопари, установлюють початкову чутливість робочого кінця термопари, реєструють на вільних кінцях термопари нове миттєве значення ТЕРС, припиняють протікання електричного стру 34797 му, а контрольовану температуру визначають за формулою 1 Тх = де Tk - температура, при якій калібрують термопару на місці її установки перед початком*тривалої експлуатації; 2і' =(N'i + Noi) та Z"t =(N"i + Noi) - результуючі коди, де N'i І N"i - коди ТЕРС на вільних кінцях термопари, які отримані відповідно в процесі попередньої калібровки і поточного вимірювання; Zl2 =* {N'2 + N02) та Z1^ = (N 1 ^ + N02) - результуючі коди, де N'2 і N ^ - коди ТЕРС термопари відповідно при початковій чутливості і при зміні чутливості її робочого кінця на визначене значення в тих же умовах, Z3" -(N"3 + N02), де М"з - код ТЕРС на вільних кінцях термопари за умови зміненої чутливості робочого кінця термопари І одночасного і додаткового його нагрівання на місці установки термопари; Z'U =(N"4 + N01), де Н'4 - код ТЕРС на вільних кінцях термопари при додатково нагрітому її робочому кінці та початковому значенні чутливості; Noi та N02 - цифрові коди ТЕРС вільних кінців термопари відповідно при початковій та зміненій на визначене значення чутливості її робочого кінця. Поставлена задача вирішується також тим, що пристрій для вимірювання температури термопарою містить термопару, два термоелектроди якої з'єднані компенсаційними дротами з коробкою стабілізації або компенсації зміни температури вільних кінців термопари, нормуючий підсилювач, послідовно з'єднані з ним аналого-цифровий перетворювач, мікроЕОМ і під'єднаний до її першого виходу цифровий індикатор, цифроаналоговий перетворювач, кодовий вхід якого під'єднаний до другого виходу мікроЕОМ, згідно винаходу в нього введені мідна підложка, автоматичний перемихач, третій термоелектрод в термопарі, який одним кінцем механічно з'єднаний з робочим кінцем термопари, а другим кінцем з'єднаний через компенсаційний дріт з одним із входів автоматичного перемикача, другий вхід якого з'єднаний з першим термоелектродом, а вихід автоматичного перемикача з'єднаний з входом нормуючого підсилювача, цифроаналоговий перетворювач виконаний по типу "цифра - змінний струм", трансформатор струму, первинна обмотка якого підключена до виходу цифроаналогового перетворювача, а вторинна обмотка - до мідної підложки, з якою механічно з'єднаний робочий кінець термопари, керуючий вхід автоматичного перемикача з'єднаний з третім виходом мікроЕОМ. Обробка результатів вимірювань за запропонованою формулою виключає вплив непостійності коефіцієнтів Зеєбека, Пельтьє, а також прогресуючої паразитної ТЕРС, яка з'являється внаслідок появи додаткової термоелектричної неоднорідності електродів термопари при тривалій н експлуатації, особливо в умовах агресивного середовища, що дозволяє забезпечити знаходження поправок до кінцевого результату вимірювання. Введення в структуру мікропроцесорного ' цифрового пристрою мідної подложки, автоматичного перемикача, третього термоепектрода термопари, цифроаналогрвого перетворювача типу "цифра - змінний струм", трансформатора струму' дозвопяє забезпечити вимірювання і реєстрацію кодів ТЕРС на вільних кінцях термопари під час зміни чутпивості робочого кінця термопари на визначене значення, а також на початку і в кінці додаткового нагрівання робочого кінця термопари, як в режимі калібровки, так і в режимі вимірювання. Цифроаналоговий перетворювач "цифра - змінний струм" у структурі пристрою дає можливість формувати струм додаткового нагрівання робочого кінця термопари програмним шпяхом в залежності від вибраної температури калібровки з достатньо високою повторюваністю, що підвищує точність вимірювання температури. Запропонований пристрій, працюючий за визначеним алгоритмом в режимі калібровки термопари і в режимі поточних вимірювань контрольованої' температури, дозволяє отримати значення шуканої температури з підвищеною точністю за рахунок обчислення поправок і виключення з результату алгоритмічного обчислення як мультипликативно і похибки, викликаної * зміною чутливості робочого кінця термопари, так і адитивної похибки, обумовленої неоднорідністю термоелектрод І в термопари. На фіг 1 зображена функціональна схема пристрою для вимірювання температури термопарою, а на фіг 2,3 - структурна схема алгоритму функціонування пристрою. Пристрій складається з трьохелектродної термопари 1, три термоелектроди якої (1.1, 1.2 і 1.3) з'єднані на колодці 2 з компенсаційними дротами 3, коробки стабілізації або компенсації змін температури вільних кінців термопари 4, автоматичного перемикача 5, нормуючого підсилювача 6, аналого-цифрового перетворювача 7, мікроЕОМ 8, цифрового індикатора 9, цифроаналогового перетворювача, виконаного по типу "цифра - змінний струм" 10, трансформатора струму 11 і мідної підложки 12 робочого кінця термопари. Вільні кінці термопари розташовані в коробці 4, температура якої стабілізується або вводиться автоматична компенсація зміни температури вільних кінців так, що термоЕРС термопари відповідає розрахунковій температурі То. До виходу коробки 4 під'єднаний автоматичний перемикач 5, через який ТЕРС термопари подається на вхід нормуючого підсилювача 6 і далі на аналого-цифровий перетворювач 7, в якому ТЕРС перетворюється в код, що подається на вхід мікроЕОМ 8 Перший вихід мікроЕОМ 8 з'єднаний з цифровим індикатором 9, а другий вихід - з кодовим входом цифроаналогового перетворювача 10, третій вихід - з керуючим входом перемикача 5. Первинна обмотка трансформатора струму 11 підключена до виходу цифроаналогового перетворювача 10, а вторинна обмотка - до мідної підложки, з якою механічно з'єднаний робочий кінець трьохелектродної термопари. Пристрій працює за програмою, яка записана в постійному запам'ятовуючому пристрої мікроЕОМ 8 (фіг. 2,3). Спосіб вимірювання температури полягає в наступному. Робочий кінець трьохелектродної тер 347Э7 мопари вносять в контрольоване середовище, температуру якого в межах (Тхм,п ...Тхмах) необхідно вимірювати Три вільні кінці термопари розміщені в коробці 4, стабілізовану або розрахункову температуру якої То можна вважати сталою (T0=const). Перемикач 5 дозволяє здійснювати перекомутацію вільних кінців і утворювати таким чином два варіанти термопари з одним спільним електродом {1.1-1.2; 1.2-1.3). В процесі пуско-н а лагоджу вальних робіт на технологічному об'єкті, на момент встановлення ці?ї термопари, здійснюють її каяібровку. Температуру калібровки вибирають із співвідношення ьохелектродної термопари, використовуючи додатковий третій електрод із відповідного іншого матеріалу, утворюють другий варіант термопари (1.2-1 3), ТЕРС на вільних кінцях якої відповідає температурі кал(бровш Цифровий код цієї ТЕРС дорівнює (1) де є п 2 * є пі - початкове значення коефіцієнта Зеєбека робочого кінця термопари (1.2-1.3), де Tit - температура калібровки термопари; ТШІҐІ і Тхмэк - відповідно мінімальна і максимальна температури діапазону вимірювання. Перетворюють ТЕРС на вільних кінцях термопари (1.1-1.2), яка відповідає температурі ЇЇ калібровки, в цифровий код Ni=S(en1TK-e01T0), (2) де S - стабілізоване стале значення крутизни характеристики аналого-цифрового перетворювача ТЕРС в код; Єщ - початкове значення коефіцієнта Зеєбека робочого кінця термопари (1.1-1.2) при температурі калібровки Ті, на початку її експлуатації, яке можна визначити з градуювальної характеристики термопари; є 0 1 - коефіцієнт Зеєбека вільних кінців термопари (1.1-1.2), що відповідає їх температурі То. З урахуванням того, що вільні кінці термопари працюють при сталій температурі, значно нижчій від температури вимірювання, І не в агресивному середовищі, можна вважати коефіцієнт єоі практично незмінним на протязі тривалого часу експлуатації термопари. Визначають код ТЕРС вільних кінців термопари (1.1-1.2) э урахуванням її градуювальної характеристики, згідно із співвідношенням t T k - NV (4) Коди № та Noi реєструють в мікроЕОМ 8 І обчислюють їх суму Тл = N't + Noi, (5) значення якої також реєструють. Потім змінюють коефіцієнт чутливоті робочого кінця термопари з Елі на Єп2 шляхом перекомутації вільних кінців тр Ае (в) = S[e n 1 k 1 T k -E 0 2 T 0 ] к,-|1-£J • Визначають код ТЕРС вільних кінців термопари (1.2-1.3> з урахуванням її градуювальної характеристики (7) ! - S Є02 To = S 6П2 Т к - N*2 Отримані коди ТЕРС N'2 та NK> реєструють в мікроЕОМ 8 і обчислюють їх суму Тг = N*2 + Nee, (8) значення якої також реєструють. Далі з допомогою автоперемикача 5 знову підключають до електричного тракту пристрою термопару (1.1-1.2). На цьому процедура калібровки термопари перед її тривалою експлуатацією закінчується. В процесі експлуатації термопари у складі пристрою починає зростати похибка результату вимірювання температури внаслідок деградації термопари, що обумовлює появу неконтрольованих змін її градуювальної характеристики Вимірювання поточних значень контрольованої температури починається (фіг.3) з визначення коду ТЕРС на вільних кінцях термопари (1.11.2), який буде дорівнювати (3) Виходячи а рівняння (3), вираз для початкового значення коефіцієнта Зеєбека робочого кінця термопари (1.1-1.2) з матеріалу першого і другого електродів має наступний вигляд STk 1 )Т„ Т0] (9) де ДЕ Х І - зміни коефіцієнта Зеєбека під впливом дестабілізуючих факторів і деградації робочого кінця термопари, а також відмінності контрольованої температури Т* від температури калібровки Тк; * Ae t - абсолютна адитивна похибка, викликана неоднорідністю термоелектродів термопари (1.11.2) і перепадом температур Т* і То. Цифровий код N"i реєструють в мікроЕОМ 8 і обчислюють суму кодів Z"i=N"i + Noi, | (10) значення якої також реєструють. Цифровий код (9) з урахуванням виразу (3) можна подати у вигляді 34797 N"i =S Еп1 Т» VS S Д є, - S є оіТо = ДЕ М"з =S[( Е П 1 + Д є х 2 )(ТХ + Д Т)кг + , (15) Х1 Se n1 T« + A N t + A N 2 - N 0 i , (11) де ANi = SAExiTx - мультиплікативна похибка вимірювання в коді від зміни чутливості робочого кінця термопари; Д N2 - S Д еі - адитивна похибка вимірювання в коді від неоднорідності електродів термопари, яка виникла в процесі тривалої експлуатації термопари. З виразу (11) випливає, що дійсне значення контрольованої температури можна визначити за формулою _N1+N01-AN1-AN2 Sen,' (12) Похибки вимірювання ANi та ANz невідомі І Тх вплив на результат вимірювання можна зменшити, вносячи компенсуючі поправки, що мають зворотні знаки до знаків похибок. Для визначення поправок вимірюють ТЕРС термопари (1.2-1.3), утвореної з допомогою додаткового третього електроду (1.3) шляхом перекомутації вільних кінців трьохелектродної термопари. Цифровий код, що відповідає ТЕРС на вільних кінцях термопари (1 21.3) буде мати значення МІ =s[(e n 2 + ДЕ Х 2 )Г Х +Де 2 - Є 0 2 Т 0 ] = де ДТ = -Z— т - температура додаткового перегріcm ву робочого кінця термопари, to - змінний струм визначеного значення через мідну підложку, з якою механічно з'єднаний робочий кінець трьохелектродної термопари; R - омічний опір мідної підложки; , . с - усереднена питома теплоємність робочого кінця трьохелектродної термопари і мідної підложки; m - маса робочого кінця трьохелектродної термопари І мідної підложки; t=n т - час нагрівання робочого кінця термопари; т- теплова стала термопари; п=(0,1... 0,2). Цифровий код N"3 реєструють в мікроЕОМ 6 І обчислюють суму кодів (16) значення якої також реєструють. Шляхом перекомутації вільних кінців трьохелектродно) термопари змінюють коефіцієнт чутливості робочого кінця термопари на початкове значення ( є „ * + Д є х і ) і реєструють на вільних кінцях термопари (1.1-1.2) нове миттєве значення ТЕРС, цифровий код якої буде дорівнювати N 4 = S[(f nt + ДТ)+ Де 2 - є 0 1 Т 0 ] . (17) Після реєстрації цифрового коду N"4 в мікроЕОМ 8 обчислюють суму кодів * -e02T0] (13) (18) ДЄкг= 1 Дє ДЕ" = (е п 1 + Д є х 1 ) - ( є л г + Д є х 2 ) , де А є х г - зміни коефіцієнта Зеєбека робочого кінця термопари (1.2-1.3) під впливом дестабілізуючих факторів і відмінності температури Т* від температури калібровий термопари Т*. При цьому, вважаючи, що умови деградації робочих кінців термопар , яку також запам'ятовують в мікроЕОМ 8. Далі для отримання цифрового коду N"4 по команді мікроЕОМ 8 контакти перемикача 5 повертаються в початкове положення, при якому термопара (1.1-1.2) знову підключається до підсилювача 6 І АЦП 7, на виході якого з'являється цифровий код N"«, який відповідає миттєвому значенню ТЕРС на вільних кінцях термопари (1.1-1.2) при додатковому нагріві ЇЇ робочого кінця. Запам'ятовують в мікроЕОМ 8 код N"4 і обчислюють суму кодів Z1^ = (N"4 +N01), яку також запам'ятовують. По команді від мікроЕОМ 8 відключається ЦАП 10 і припиняється змінний електричний струм Іо. ДалімікроЕОМ 8 обчислює за формулою (24) дійсне значення контрольованої температури Т Хі яке виводиться на цифрове табло. На цьому закінчується цикл вимірювання. Наступний цикл починається з вимірювання ТЕРС на вільних кінцях термопари (1.1-1.2), тобто при початковій чутливості. Перевагою запропонованого пристрою є те, що він відрізняється простотою схеми і високою надійністю Може бути реалізований на відносно дешевих серійно випускаємих вітчизняних мікроелектронних перетворювачах та мікроЕОМ. В пристрої використовувалась трьохелектродна термопара градуювання ЗККн (залізо-копель-константан) для діапазона температур 573... 773 К, яка забезпечує початкові значення коефіцієнтів Зеєбека при температурі 673К є ш= 0,063 мВ/К і є П2= 0,055 мВ/К. Додатковий нагрів робочого кінця термопари обирають в межах ДТ=20...25К, що забезпечується змінним струмом нагрівання І о = 1,0 ... 1,5 А при опорі мідної підложки R=0,1 Ом. При вимірюваннях у широкому температурному діапазоні струм ! 0 обирається по піддіапазонах, що фіксується в пам'яті мікроЕОМ 8. Спосіб вимірювання, який реалізується з допомогою пристрою, дає можливість отримувати лінійну залежність вихідного цифрового коду від вимірюваної' температури і уникнути похибки нелінійності реальної характеристики перетворення термопари при одночасній автоматичній корекції прогресуючих похибок чутливості термопари і похибки, обумовленої неоднорідністю електродів термопари. ФІГ. 1 34797 Е > Вт - коефіцієнт Зеєбекв робочих щ КІНЦІВ термопар д м TV . Tk - температура каяібровкн ТЕП; Т, - температура віяьнкх КІНЦІВ ТЕП; I, - струм підігріву робочого кінця ТЕП; S - крутизна характеристики аналогоцифрового перетворювача; _t - часова затримка. Початок -і Введення і» «пі» T»,I(,S» I» I* Так ' Підпрограма виміри вання Підпрограма вимірювання Г"9 ' Фіксування в ПЗП по r» І І Обчислеї^ N N Г Фіксування а ПЗП Обчислення ' Ы * U ' U Ґ Фіксування в ПЗП М Обчислення Фіксування в ПЗП г Т„ - контрольована температура Фіг. 2 34797 С ПочолгеПП ) Включення перемикача 5 1" Реєстрація Ni ЇЙ ПерскомутвцЬ контакгів перемнкачп 5 I" r20 г' -23 Реєстрація N2 Вклинені « Ц А П 10 на ПІДІІТЗІвТНІ Часова звтримгв 1 Ї І Повернення контактів переиикача І в початюве положення Г Г Реєстрація N4* |М4 I ВІдкямченняЦАПЮ HI Фіг. З Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вуп. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03 10
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod to measure temperature with thermo-couple and appliance for its implementation
Автори англійськоюSkrypnyk Yurii Oleksiiovych, Yurchyk Hennadii Vasyliovych, Skyruta Mykhailo Andriiovych, Lohvynenko Artem Pavlovych
Назва патенту російськоюСпособ измерения температуры термопарой и устройство для его осуществления
Автори російськоюСкрипник Юрий Алексеевич, Юрчик Геннадий Васильевич, Скирута Михаил Андреевич, Логвиненко Артем Павлович
МПК / Мітки
МПК: G01K 7/02
Мітки: пристрій, термопарою, температури, спосіб, вимірювання, здійснення
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/10-34797-sposib-vimiryuvannya-temperaturi-termoparoyu-ta-pristrijj-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб вимірювання температури термопарою та пристрій для його здійснення</a>
Попередній патент: Спосіб кріплення з’ємних деталей одягу
Наступний патент: Пристрій для закріплення рухомого залізничного складу
Випадковий патент: Система керування ракети в каналі тангажа