Спосіб контролю термоелектричних перетворювачів в умовах експлуатації та пристрій для його здійснення

1. Спосіб контролю термоелектричних перетворювачів (ТП) в умовах експлуатацій шляхом порівняння термоелектрорушійної сили (термо-е.р.с.) зразкового і контрольованого ТП ідентичної конструкції, увімкнених в електричне коло і нагрітих заданим значенням електричного струму, який відрізняється тим, що вимірювання постійної термое.р.с. здійснюють в процесі неперервного нагріву 38500 можливу температурну залежність коефіцієнту термо-е.р.с. a(DT), тому оптимальне значення DT складає - 20-30°С. Процес перевірки ТП полягає у вимірюванні напруги U ¢ = U x - U 0 до пропускання змінного струму через диференціальне включення термопар та напруги U¢¢ = U¢x - U¢ після досягнення 0 усталеного режиму нагріву електрострумом. Величину DU = U¢x - U¢ порівнюють з пороговим зна0 чених в електричне коло і нагрітих заданим значенням електричного струму, згідно винаходу, вимірювання постійної термо-е.р.с. здійснюють в процесі неперервного нагріву ТП змінним електричним струмом, для фіксації температури зразкового ТП робочий кінець поміщають в термостат, який стабілізує температуру оточуючого середовища, а від холодних кінців обох ТП здійснюють тепловідвід за допомогою металевих радіаторів. Поставлене завдання досягається також таким чином, що в пристрої для контролю ТП в умовах експлуатації, що складається з потенціометра постійного струму, електронагрівача, стабілізатора напруги, зразкового ТЦ, термостата, коробки холодних спаїв, як нагрівач ТП використовують зрівноважений міст змінного струму, а контроль зрівноваженості і вимірювання термо-е.р.с. здійснюють потенціометром постійного струму, включеним у вимірну діагональ мосту. Перевищення температури робочих кінців над температурою оточуючого середовища DT згідно, наприклад, [3]: ченням DUпор і роблять висновок про придатність ТП. Порогове значення різниці термо-е.р.с. DUпор встановлюють для конкретного типу ТП та умов експлуатації емпірично. Комутація вимірного та нагрівного кіл при даному способі тестування термопар не потрібна, отже, вимірювання проводять по досягненні усталеного (стаціонарного) режиму. Але даний спосіб дозволяє вивчати також інерційні властивості ТП. Запропонований спосіб і пристрій можна використати і для визначення температури Тx тестованого ТП. Приймемо умову однакового приросту температури DT термопар тестованого і зразкового ТП. Нехай U0, Ux - термо-е.р.с. зразкового і тестованого ТП до теплової дії струму, U¢0, U¢x - термо-е.р.с. по досягненні усталеного режиму нагріву електрострумом. Міняючи полярність включення зразкового ТП, виміряємо: é æ t öù DT = DTуст ê1 - expç - ÷ ú , è t øû ë де: DT - усталене значення перевищення температури по закінченні перехідного процесу і досягнення стану термодинамічної рівноваги; t = C - пос U1 = U¢x + U ¢ ; 0 A тійна часу; С – теплоємність; А - тепловіддача. При умові ідентичності конструкції ТП та стабілізації температур оточуючого середовища DT, зразкового і тестованого, ТП повинні співпадати. Відхилення DT реальних пристроїв обумовлене рядом факторів, зокрема, температурною залежністю електроопору тестованого ТП. Для тестового нагріву ТП використовують зрівноважений міст змінного струму. Принципова електрична схема пристрою для контролю ТП наведена на фіг.1. На схемі термопари тестованого Ex і зразкового E0 ТП, електроопір яких Rx та R0, включені послідовно в плече мосту змінного струму. Як мілівольтметр використовують потенціометр постійного струму. Умова зрівноваженості моста C1(R x + R 0 ) = C 2 × R , де R - електроопір магазину опорів. При виконанні даної умови змінний струм через нуль-індикатор потенціометра не протікає. Як нуль-індикатор потенціометру використовують гальванометр магнітоелектричної системи. При розбалансуванні мосту стрілка гальванометра починає вібрувати, що дозволяє контролювати ступінь зрівноваженості мостової схеми. Живлення схеми здійснюють від ферорезонансного стабілізатора напруги (елементи L1, L2, C). Величину струму в плечах мосту регулюють шляхом зміни ємностей С1, С2, які також відіграють роль роздільних конденсаторів, що розділяють вимірне коло постійного струму від кола електронагрівача. Змінний струм, значення якого контролюється амперметрами А1, та А2, не повинен перевищувати припустиму для даного діаметру термоелектродів. Нагрів легко регулюється в широкому діапазоні температур: при необхідності ДТ може складати 100°С і більше. Але при цьому слід враховувати U 2 = U¢x - U¢ . 0 Розрахуємо величини U¢x та U¢ : 0 U¢x = 1 (U1 + U 2 ); 2 U¢ = 0 1 (U1 - U 2 ); 2 Отже, прирости напруг: D U 0 = U¢ - U 0 ; 0 DU x = U¢x - U x . При умові використання стабілізованої змінної напруги живлення з відповідним коефіцієнтом стабілізації прирости напруг DU0 та DUx можна безпосередньо виміряти шляхом почергового включення термопар в мостову схему. Враховуючи, що DU0 = a0DT, DUx = axDT, a DU U визначимо a x = 0 x ; Tx = x . DU0 ax Поправки, обумовлені відмінністю DT зразкового і тестованого ТП, якщо вони вносять суттєву похибку, можна визначити емпіричним шляхом для конкретних ТП чи розрахувати. Зокрема, при температурній зміні електроопору Rx має місце співвідношення DT0/Tx = R0/Rx (без врахування теплоa DU R віддачі). Отже, a x = 0 x × 0 . Величини R0 та DU0 R x Rx вимірюють мостовим методом. Приклади конкретного виконання способу. Приклад 1. Два ТП типу ТХК (з хромелькопелевими термопарами) ідентичної конструкції, один з яких поміщений в нагрівачі, інший в термостаті при кімнатній температурі включають по схемі, приведеній на фіг.1. Як компенсатор використовують універсальний вимірний прилад типу Р4833. 2 38500 використанню найбільш чутливих і точних методів вимірювання - компенсаційного і мостового. Пристрій для тестування не містить складних елементів і приладів і може бути компактно виготовлений у переносному варіанті на базі стандартного потенціометру постійного струму. Винахід може бути використаний в металургійній промисловості, на атомних електростанціях та інших об'єктах, де не припустиме втручання в неперервний технологічний процес або ускладнений демонтаж ТП. Встановлюють опір R магазина опорів, який дорівнює сумі попередньо виміряних опорів термопар (в даному випадку 9,2 Ом). Вимірюють значення диференціальної термо-е.р.с. U¢. Включають джерело живлення і пропускають змінний струм І через мостову схему протягом часу, поки гальванометр приладу Р4843 зафіксує усталене значення U². В даному прикладі, при значенні U = = 7,8 мВ і пропусканні струму I = 0,6 А протягом 300 с через сполучення термопар, величина U² склала 7,6 мВ, тобто U = 0,2 мВ. Приклад 2. Величина струму I = 1,0 А, значення DU = 0,3 мВ. Приклад 3. Вимірюють значення початкових термо.-е.р.с. U0 та Ux. Вимірюють значення напруг U1 та U2 при зміні полярності включення зразкової термопари E0. При початковому значенні U0 = = 0,03 мВ, Ux = 10,5 мВ і пропусканні струму I = = 2,0 А одержані наступні значення величин: U1 = = 15,5 мВ; U2 = 10,03 мВ. Розрахунок згідно відповідних співвідношень дає: DU0 = 2,75 мВ; DUx = = 2,25 мВ; DU = 0,5 мВ. Таким чином, запропонований простий спосіб дозволяє ефективно тестувати термоелектричні перетворювачі без їх демонтажу з об'єкту завдяки Джерела інформації: 1. Атаманчук Б.М., Бернард Ф., Слюсаренко О.В., Стадник Б.И. Контроль параметрів термоперетворювачів опору в умовах експлуатації // Вимірювальна техніка і метрологія. - № 54. – С.77-81. 2. Авторське свідоцтво СРСР № 1173206, G 01 K 7/02, 1985 (прототип). 3.Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 525 с. Фіг. 1 3 38500 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4