Спосіб визначення похибки термоелектричних термометрів

УКРАЇНА ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО !* (19) UA« H, 12916 (ІЗ) СІ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД {БА ) СПОСІБ В ИЗ НАЧ ЕННЯ ПОХИБК И ТЕР МОЕЛЕК ТР ИЧ НИХ ТЕРМ ОМ Е ТР ІВ 1 (20)95320318, 17 08. 93 (21)5003566/S U (22)00 07. 91 (24)28 02.97 (46) 28 02 97. Бюл №1 (56) 1. Авторское свидетельс тво СССР ГМг 1173206, кл G 01 К 15/00, 1985. ?. Авгорскоо свидетельс тво СССР № 1397752, кл.С 01 К 15/00. 1986 (прототип). (72) Скрипник Юрій Олекс ійович, Скрипник В і к т о р і я Йос ипівна, ХІмічева Ганна Іванівна, Конд рашоо Сергій Іванович, Балик Станіс лав Сергійович (73) Державна акздє міл легкої промис ло вос ті Ук раїни (UA ) (57) Способ опред еления пог реш нос ти тер моэ лектричес ких термометров, заключаю щийся в проведении операций регис трации показаний термометра, с оответс тву ющих разнос ти температу р рабочего спая и сво бод ных концов термопреобразователл, с последующим изменением температуры ра бочего спая термопреобразователя и опре д елен ии пог реш нос те й по резу ль та там сравнения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что пос ле регис трации показания'термометра сп рабочий спай термопреобразователя ох Изобретение относ итс я к температу рным измерениям электрическими метод ами и пред назначено д ля поверки термоэ лектрических термометров в условиях их эксплуатации на д ейс твующих обьек тах без их демонтажа и замены. Извес тен спос об опред еления пог решнос тей термоэ лектрических термометров, заключающийся в принудительном измене лаждают в течение интервале времени At, д лительнос ть которого меньш е тепловой пос тоянной времени с пая, и регис триру ют показание термометра ее?., прекращают охлажд ение и фикс ируют д ос тижение первоначального показания а\ , затем нагревают рабочий спай термопреобразооателя пу тем пропускания через термоэ лектрод ы пос тоянного тока IвтечЕ ииезаданного интервала времени At o, д лительнос ть которого мень ше тепловой пос тоянной времени преобразо ва н ия те р мо п ре о б р аэ ов а те л я, и регис триру ют пок азание термометра аз, пос ле чего рабочий спай преобразователя вновь охлажд ают о течение упомяну того интервала времени Дій регис триру ют показан и е те р м о м е тр а а л , а в е л и ч и н у пог реш нос ти Д термометра опред е ляю т по форму ле а\ ~az К-1'Дго, од + аі ~ а\ — ОА где К термический коэ ффициент термоэлектрического преобразователя, опред еляемый в процессе калибровки нии температу ры рабочего спая термопреобразователя при пос тоянной контролируемой температу ре и с равнении показаний термометра с дейс твительным значением контролиру емой температу ры, при э том с начала при у с тановивш емс я пок азании а\ термометра изменяют па зад анную величину ДТ температуру свобод ных концов термопрс образоаателя и регис трируют по 12916 ха з он и е те р мо ме тр а ai , с о о тве тс тв ую ще е по л уче н н о й ра зн о с ти те мп ер а тур р а бо че го сп ая и с во бо д н ы х ко н цо в те рм оп ре о бр эзо оа те ля , за тем темп ер а тур у с во б о дн ы х к он ц о в те р м о п р ео б р а з о ва те л я и зм е н я ю т д о пе р во н а ча л ьн о го зн а че н ия и по с л е это го пр ин уд и те л ь н о из м ен я ю т те мп е ра тур у р а бо че го сп ая те рм оп ре об р азо ва те ля и р е ги с т р и р ую т ус т а н о в и в ш е е с я п о к а з а н и е те р м о м е т р а аз , а ве л и чи и / п о гр е ш н о с ти Л тер мо м е тра оп р е де л я ю т по фо р м ул е где £ - за д ан но е о тно с и те ль но е изм ен ен ие тем п ер а гур ы ра б о че го спа я терм оп ре о бр а^о ва теля [2 ]. И зо е с тн ы и сп о с о б п оз во л я е т о пр е д е ли ть по гр е шно с ть терм оо лек три че ско го тер мо ме тр а £ їез ис п о льз о ван и я о д но ти пн о го ко н тро л ьн о го те рм о ме тр а а ы с ок ой то чн о с ти. Од н ак о из ве с тн ы й сп о с о б н е о б е с пе чи вае т вы с око й то чн о с ти о пр е де л е ни и п о гр е шн е с ти т е р м о э л е к т р и ч е с к о го пре об раз о ва те ля , вхо д я ще го п с хе м у элек тр и че ск о го те р м о м е тр а . Э то о б ъ я сн я е тс я гем , что в ра сче тн ую форм ул у оие дем коэ ффи ц и е н т £ , оп р е д е ля ю щи й ко н век ти вн ы е по тер и теп ла п ри пр ин уд и те льн ом о хл аж ден и и р а б о че го с п а я во з д у шн ы м п о то к о м . Э то г к о эф фи ц и е н т з а ви си т к ак о т па ра м е тро в о хл аж да ю ще го кан а ла ( д иам е тра , ше рохо ва то с ти с тен ок и т.п.), так и о т р а с хо д а воз д уха в е д ин иц у вре ме ни , п од а вае мо го к ра бо чем у спа ю . П оск ольк у эти п ар ам е тр ы в пр о це с с е эк с п л уа та ц и и те рм о ме тр а так ж е и зм е н я ю тс я , а о б ъ е м н у ю с к ор о с ть п о ток а і руд но с таб и лиз иро ва ть на ве сь пе рио д эксп л уа та ц и и те р мо м е тра , то воз н ика ю т п огр е шн о с ти о з н а че н и и к о э ф ф и ц и е н та є, котор ы е і р уд но уче с ть . К р о м е то го , и зм е н е н и е те м п е р а тур ы с во бо д н ы х ко н цо в те р мо пр е о бр аз о оа те л л на ве л и чи н у Д Т п ри во д и т к р аз л и чны м из ме не ни ям п ока за ни и те рм ом е тро в за ви с и мо с ти о т тем пе ра тур ы р а бо чи х спа ео , т.е. во з н ик а е т д о п о л н и те л ь на я м е то д и че с к ая по гр е шн о с ть п о вер ки , а н а по ве рк у те р м оме тр а п о это м у с по с о б у тр е б уе тс я м н о го врем ен и, так как ре ги с тр ир уе тс я ус та но ви вшее ся зна че ние темп ера тур ы ра бо че го сп ая ПОИ ДОГОЛНИТеЛЬНЫХ ТепЛОфИЗИЧеСКИХ DO3 де й с твия х В о сно ву изо бр е те ния по с та вл ена за д а ча со зд а ть выс око то чн ый спо с об опр е де ле н и я п о г р е ш н о с т и т е р м о э ле к т р и ч е ск и х те рм о ме тр о в с р еа л ь но й гр а д уи р о во чн о й ха р ак те ри с тик о й в ус л о ви я х и х не п ре р ы в ной экс пл уа та ци и на де йс твую щем о бо р удо ва н и и , к о то р ы й п оз во л я е т и ск л ю ча ть п огр е шн о с ть о т не л и н е йн о с ти гр а д уи р о о о ч-н ы х ха рак те ри с тик ТЭ Г) и сок ра ти ть время п о ве р ки з а с че т с ня ти я п о к аз а н и й те р мо-5 ме тр а в пе ре хо д н ы х р еж им а х. Пос та вленн ая за да ча р е шае тся тем, что о с по со бе оп ре д ел ен ия по гр е шн ос ти терм оэлек три ческ и х те рм оме тр о в, з акл ю ча ю ще м с я о п р о ве д е н и и о п е р а ц и й р е г и с тр а ц и и 1 0 п ок аз а н ий те р м ом е тр а , со о тве тс тв у ю щи х ра з но с ти те мп е ра т ур ра б о че го с п ая и с во бо д н ы х ко н цо в те рм оп ре о бр азо ва ни я с по с ле д у ю щи м из м е н е н и ем т е м п е р а т ур ы ра бо че го сп ая те рм оп ре о бр азо ва те ля и оп 15 р е д е л ен и и п о гре шн о с те й п о ре з ул ь та та м с ра вн ен и я, с о гл ас н о и зо б ре те н и ю , п о с л е р е ги с тр а ц и и п о кз з з н и й те р м о ме тр а щ р а б о чий с па й те рм оп р ео б р аз о ват е л я о х л а ж д а ю т в те ч е н и е и н т е р п а л а 2 0 вр ем е н и Д Т, д л и те л ь н о с ть ко то р о го м ен ь ше те п л о вой п о с тоя н но й о ре м ен и с п ая и ре ги с тр ир у ю т п ок аз ан и е те рм о ме тр а С 2 , пр ек р а ща ю т о хл а ж д ен и е и фи к си р ую т д о с ти ж е н и е п е р во н а ча л ь н о го п о к аз а н и я 25 а\ , за те м н а гр е ва ю т р а б о чий сп а й те рм о пре о бр аз о ва те ля п уте м пр оп уск а ния че р ез те рм о эл ек тро д ы п о с то я нн о го тока І в те че ние з ад ан но го ин тер ва ла вр еме ни Д г 0, д ли 3 0 те л ь н о с ть к о то р о г о м е н ь ш е те п л о о о й по с то я нн о й вр ем е ни п ре о б р аз о ван и я те рмо п р ео б р эз о вэте л я , и р е ги с тр и р у ю т п ок аза ни е тер м ом е тра аз , по с л е че го ра б о чий с па й п р ео б р азо ва 35 те л я вн о вь о хл аж д а ю т в те чен ие уп омя н уто го и н те р во л а вр е м ен и Д і и р е ги с тр и р ую т пок аз ан и е тер м о м е тра а л , а ве ли чи н у п о гр е шн о с ти Д те рм ом е тра опре д ел я ю т п о фор м уле 40 . а\ — съ .... "" аз+О2 -а) -щ ^и> гд е К - тер ми че ск ий к о эф фи ц и е н т тер мо эл ек тр и че ск о го пр е о бр а зо ва те л я , о п ре д е ля ем ы й в п ро ц е сс е ка л и бр о вк и . 45 На фи г.1 пре д с та вл ена с тр ук тур ная с хе м а ус тро й с тва, п оз во ля ю ще го ос у ще с тви ть сп о с о б, н а фи г.2 - за ви с и мо с ть те мп ер а туры ра б о че го сп ая тер м о э лек три ческ о го п рео б р а з о в а те л я от д о п о л н и те л ь н ы х 50 те п л о фи з и че ск и х во з д е й стви й . У с тро й с тво с о д е рж и т те рм о эл ек три че ск и й пр е о бр а зо ва те л ь 1 с и зо л и р о ва нн ы м р аб о чи м сп ае м 2, з а щи тн ы м че хл ом 3 и во з-5 5 д у шн ым кана лом 4 , терм о эл ек тро д ам и 5 , ли н и ю 6 с вяз и , д ву хп о л ю с н ы й пе р ек л ю ча те ль 7 , вто р и чн ы й пр иб о р 8 ( ми л л и во ль тм е тр) , ре гул и р уе м ы й ис то чн ик 9 , м и л л иа мп ер ме тр 10 , ко мп ре с со р 11 . за д а тчик 1 2 р а с хо да воз 12916 духа, соед инительные тру бки 13 и секунд омер 14. Спос об осуществляется следующим образом. Термо-ЭДС идеального термоэ лектрического преобразователя (ТЭП), сос тоящ его из однородных термоэ лектродов, определяется выражением E=S(Tpc-Tcc), (1) где Е - термо-ЭД С ТЭП; S ~ чувствительнос ть ТЭП (коэ ффициент термо-ЭДС); ТрС - температура рабочего спая; Тек ~ температу ра свободных концов. В уравнении ид еального ТЭП значение чув ствительнос ти S од инаково по вс ей д лине термоэ лектрод ов ТЭП, что потенциально обеспечиваетлинейную граду ировочную харак терис тику. В процессе эксплуатации ТЭП в его термоэ лектрод ах возникают необратимые физико-х имические изменения, изменяющ ие значение S по д лине термоэ лектр'одов, причем э ти изменения возникают в том мес те термоэ лектрод ов, гд е д ес табилизиру ющий фактор, например, температура, проявляется наибольшим образом. Этим мес том чаще всего являетс я зона рабочего конца ТЭП (зона горяч его спая). На ос тальной час ти термоэ лектродов значение S ос таетс я без изменений. Для э того с лу чая у равнение ТЭП (1) можно предс тавить в оид е Е=Знест.Тр C~STCK, (2) где S HBCT. - чу ос твительнос ть ТЭП в зоне рабочих концов (рабочего спая). Чувствительнос ть ТЭП в зоне рабочего спая можно предс тавить как S)(ecT.~S+ AS-S(1+ J), (3) где J- -т^- - относительное изменение чу вствительнос ти рабочего спая ТЭП от дес таби л изи ру ющ их фак тор ов (п огр еш нос ть чувствительнос ти) Относительное изменение чувс твитель нос ти j завис ит от значения измеряемой температуры Тр.с. Появляющаяся в процес с е экс плу атации неод нород нос ть термо э лек тр од ов вы зы ва е т с м ещ ен ие ну л я термометра, которое также завис ит от тем пературы Тр.с. Поэ тому уравнение (2) рабо тающего ТЭП с учетом (3) запишем в вид е E-S[Tp.c(1+J)-T«+«5], (4) где б - абс олютная погреш нос ть-ТЭП о т смещения ну ля. 8 у равнении (4) значения погреш нос тей преобразования у и д соответс твуют измеряемой температуре Тр.с. С учетом погрешнос те й, внос имых линией и в тор ичным прибором, показание термометра можно предс тавить в виде где К - коэ ффициент преобразования тер-5 мо-ЭДС в показание термометра (град/В ). ус е и да - су ммарные относ ительная му льтипликативная и абс олютная адд итивная пог решнос ти термометра. Вначале переключатель 7 ус танавли10 вают в положение 1-І и регис триру ют по вторичному прибору 8 пок азание ел поверяемого термометра, измеряющего в д ейству ющем (горячем) объекте температуру Тх =Трс1 (фиг.2) 15 a^-> KS[ TPci{1+y ai Н~ск+