Спосіб побудови температурної шкали

Реферат: UA 76998 U UA 76998 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі метрології, зокрема методу вимірювання температури за випроміненням і може бути використана для побудови та передачі температурної шкали в діапазоні температур від 0 до 961,78 °C у спектральних інтервалах та для подальшого застосування в метрологічній діяльності при повірці та калібруванні одно- та багатоканальних термометрів випромінення. Відомий спосіб побудови температурної шкали в діапазоні температур від 0 до 961,78 °C [Preston-Thomas H. The International Temperature Skate of 1990 (ITS-90), Metrologia, 1990, 27(1), 3-10] базується на визначенні вихідних сигналів еталонного термометра, який вимірює температуру реперних точок згідно Міжнародної температурної шкали (МТШ-90), побудові інтерполяційного рівняння, що пов'язує значення температури реперних точок і значення вихідних сигналів еталонного термометра в реперних точках та визначенні проміжних значень температурної шкали на основі цього інтерполяційного рівняння. В даному способі як еталонний термометр використовується платиновий термометр опору. Однак цей спосіб не доцільно використовувати для побудови температурної шкали з метою її передачі одно- та багатоканальним термометрам випромінення, оскільки він не дозволяє передати температурну шкалу термометрам випромінення, які працюють у визначених спектральних інтервалах і відрізняються значеннями спектральної чутливості, та не забезпечує вимоги до точності вимірювань температури за випроміненням у визначених спектральних інтервалах, оскільки реалізація температурної шкали значним чином залежить від варіації властивостей (каталітичне нагрівання, зміни метрологічних властивостей) платинових термоперетворювачів опору. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб побудови температурної шкали не залежний від властивостей еталонного термометра, такий що дасть можливість підвищити точність побудови температурної шкали з метою її передачі одно- та багатоканальним термометрам випромінення та підвищити точність вимірювання температури за випроміненням. Поставлена задача вирішується тим, що в способі побудови температурної шкали, згідно з яким визначають вихідні сигнали еталонного термометра, який вимірює температуру реперних точок згідно МТШ-90 будують інтерполяційне рівняння, що пов'язує значення температури реперних точок і значення вихідних сигналів еталонного термометра в реперних точках та визначають проміжні значення температурної шкали на основі цього інтерполяційного рівняння, згідно корисної моделі визначають вихідні сигнали еталонного термометра випромінення, який вимірює температуру реперних точок, що відтворюються з використання еталонного випромінювача типу абсолютно чорного тіла, визначають температурну залежність середніх значень довжин хвиль для реперних температур у заданому спектральному діапазоні, яку використовують для побудови інтерполяційного рівняння та визначають значення проміжних температур температурної шкали згідно інтерполяційного рівняння в залежності від значення вихідного сигналу термометра часткового випромінення з врахуванням температурної залежності середніх довжин хвиль у визначених температурному та спектральному інтервалах. Використання еталонного випромінювача та еталонного термометра випромінення для побудови температурної шкали дозволить позбавитися залежності реалізації температурної шкали від властивостей платинового термоперетворювача, будувати температурну шкалу незалежно від властивостей речовин та матеріалів на основі природних закономірностей. Використання температурної залежності середніх довжин хвиль дозволить позбавитися залежності від спектральної чутливості термометра випромінення при побудові та передачі температурної шкали, а також, побудувати інтерполяційне рівняння для заданого температурного та спектрального інтервалів, і, як наслідок, дозволить передавати температурну шкалу термометрам випромінення, які працюють в одному чи декількох спектральних інтервалах та підвищить точність вимірювання температури за випроміненням. На фіг. 1 зображено графік температурної залежності середніх значень довжин хвиль для відповідного спектрального та температурного інтервалу з врахування спектральної чутливості термометра випромінення, а на фіг. 2 - графік інтерполяційної залежності вихідного сигналу термометра випромінення від виміряної температури та зворотне визначення значень виміряної температури за значенням вихідного сигналу термометра випромінення. Спосіб побудови інтерполяційного рівняння температурної шкали на базі температурної залежності довжини хвилі здійснюється в наступній послідовності: Визначаємо перелік реперних точок температури згідно МТШ-90 для заданого температурного TH  TB та спектрального 1  2 інтервалу. Еталонним термометром випромінення, що працює в заданому спектральному діапазоні та має спектральну чутливість R  , вимірюють температуру реперних точок Tpi , що 1 UA 76998 U відтворюються еталонним випромінювачем типу абсолютно чорного тіла. Вихідні сигнали S , Tpi еталонного термометра випромінення пропорційні потоку випромінення b , Tpi , що     надходить з еталонного випромінювача.  2  2  C15 1  C2 Tpi S , Tpi   R b , Tpi d   R  1 e d (1) 1 5 Визначають температурну залежність середніх значень довжин хвиль для реперних температур у заданому спектральному діапазоні. Для цього згідно теореми про середнє значення в реперних точках температури визначаємо середнє значення вихідного сигналу Sci, Ti  в заданому спектральному інтервалі згідно рівняння: 10 2   R b, Tpi d  S  ci, Tpi  1 (2) .  2  1 Визначаємо середні значення довжин хвиль  ci для реперних температур з рівняння: 2   S, Tpi d  S  ci, Tpi  1  2  1  C1 ci 5 e 15 20 C2  ci Tpi . (3) 1 На базі даних про значення середніх значення довжин хвиль для температур реперних точок будуємо методом найменших квадратів апроксимаційну залежність c  f T , що представлено на фіг. 1, вид якої (степенева, обернена степенева, експоненційна або логарифмічна) обирається в залежності від мінімального значення похибки апроксимації. Будуємо інтерполяційне рівняння з використання апроксимаційної залежності середніх значень довжини хвилі від температури c  f T : Sint T   C1 c T 5 . e C2  c T T (5) 1 Проміжні значення температур Tj , температурної шкали визначають згідно інтерполяційного   25 рівняння Sint Tj , як показано на фіг. 2, за значеннями вихідного сигналу термометра випромінення з врахуванням температурної залежності середніх довжин хвиль у визначених температурному та спектральному інтервалах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб побудови температурної шкали, згідно з яким визначають вихідні сигнали еталонного термометра, який вимірює температуру реперних точок згідно Міжнародної температурної шкали, будують інтерполяційне рівняння, що пов'язує значення температури реперних точок і значення вихідних сигналів еталонного термометра в реперних точках та визначають проміжні значення температурної шкали на основі цього інтерполяційного рівняння, який відрізняється тим, що визначають вихідні сигнали еталонного термометра випромінення, який вимірює температуру реперних точок, що відтворюються з використання еталонного випромінювача типу абсолютно чорного тіла, визначають температурну залежність середніх значень довжин хвиль для реперних температур у заданому спектральному діапазоні, яку використовують для побудови інтерполяційного рівняння та визначають значення проміжних температур температурної шкали згідно інтерполяційного рівняння в залежності від значення вихідного 2 UA 76998 U сигналу термометра часткового випромінення з врахуванням температурної залежності середніх довжин хвиль у визначених температурному та спектральному інтервалах. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3