Способ динамической градуировки термопреобразователей

Способ динамической градуировки термопреобразователей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

С. П. Логвиненко, А. E. Потупчик и В. И. Боровик

Физико-технический институт низких температур

АН Украинской ССР (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРОВКИ

ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для градуировки термопреобраэователей в динамическом режиме в широком диапазоне температур, включая область низких температур.

Известен способ динамической градуировки, уменьшаюший влияние динамической погрешности на качество градунровк jX j.

В нем влияние динамической погрешнос10 ти уменьшают путем сличения величин термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобраэователей в различные моменты времени.

К недостаткам способа относится не35 обходимость измерения интервала времени между моментами измерений по сличению величин термометрических параметров градуируемого и образцового термопреобразователей. Кроме того, интервал времени между моментами сличения должен быть равен разности величин тепловых инерций термопреобразователей, а его измерение приводит к дополнительной погрешности. Эти недостатки усугубляются с расширением градуировочного интервала и включением в него криогенной области температур.

Наиболее близким по технической сушности и достигаемому результату к изобретению является способ динамической градуировки термопреобразователей, заключаюшийся в сличении термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобразователей при измене нии температуры тарировачной среды f2j.

В этом способе с целью исключения погрешности из-за различной тепловой инерции градуируемых и образцовых термопреобраэователей производят нагрев и охлаждение тарировочной среды с посто янной скоростью и определяют градуировочную кривую путем усреднения полученных данных.

Недостатком этого способа является необходимость выполнения градуировки дважды и необходимость воспроизведения

870984

To(j) г(" г(1,)

-2

Кг(1 ) Ца(4) 25

3 ц стабилизации скорости изменения температуры при нагреве и охлаждении, что: ,требует больших затрат времени на градуировку и сложной регулируюшей аппаратуры (особенно в криогенной области).

Белью изобретения является сокращение времени градуировки.

Эта цель достигается тем, что по предложенному способу изменение температуры производят в одном направлении с меняюшейся величиной скорости температурного хода, термометрические параметры образцового и градуируемого термопреобразователей измеряют одновременно и фиксируют моменты измерения этих величин, а вычисление истинной температуры градуируемого термоцреобраэовате ля производят по формуле где Г (1) - истинная температура граГ дуируемого термопреобра» эователя;

R (ч )и R ЦИ) термометричесиие перемет г ры градуируемого термопреобра зователя;

R (j) и (еф- производные термометричесГ кого параметра градуируемого термопреобраэователя по температуре образцового;

Т (1 ) иТО(1+.1)- температуры образцового термопреобразователя;

) (ы)иТ (1+ производные температуры образцового термопреобразователя по .времени сличения.

Положительный знак соответствует поправке на тепловую инерцию при охлаждении среды, отрицательный - при нагреве.

Способ можно реализовать для общирного класса термопреобразователей, тер- 45 мометрическим параметром, которым является электрическое. сопротивление. Если измерительные токи s цепях образцового и градуируемого термопреобразователей считать известными (можно использовать 50 стабилизаторы T0KoB), то измерения по сличению термометрических параметров обрыцового и градуируемого термопреобразователей сводятся к измерению падений напряжений на этих термопреобразовате- 55 лих.

Расчеты по формуле (1) можно вынол,нять как после окончания градуировочного процесса так и во время градуировки с некоторым отставанием, т. е. сразу после получения очередной информации сличения (по выполненной части грацуировочной кривой со второго момента сличения).

Количество градуировочных точек (Mo» ментов сличения) определяется типом термопреобраэователей и точностью представления градуировочной кривой, Например, для полупроводникового термопреобразователя ТСАД2, разработанного во ТИНТ

АН УССР, сличаемого с ТСГ-1 в интервале 4,2-:20К и с ТСПН-1 в интервале

20- 100K, достаточно пятидесяти точек (плотность в интервале 4,24-2ОК в два раза выше, чем в интервале 20-. 100К) I с точностью представления градуировочной кривой не хуже 10 К.

Данный способ не ограничивает количество одновременно градуируемых термопреобразователей. .Учет влияния тепловой инерции связан с возможностью расчета разности вели чин тепловых инерций образцового и градуируемого термопреобраэователей на основе градуировочных измерений этим способом s соседних градуировочных точках (т. е.. по информации от операций сличения в соседние моменты времени 1 и (1+1).

Приведем один из методов расчета для случая нагрева с возрастаюшей скоростью и для определенности будем считать, что тепловая инерция градуируемого термопреобразователя (," больше, чем инерция образцового о во всем интервале температур.

Для всех величин, описываюших градуировочный процесс, в скобках указывается момент. сличения, а индексы 0" и Г" указывают на вид термопреобразователя (образцовый или градуируемый).

При кусочно-линейной аппроксимации температурного хода истинные температуры термопреобразователей в соседних точках сличения (1 ) и (1 + 1) описываются следуюшими уравнени ями.

То(1) =Тс(4) -u(j)Y, (4), (М

1 р(Н4)-То(1+1)-0 (1Ф1) о(11з ) . () 5 870984 6 термопреобразователя и его производных по т емпературе образцового термопреобразователя в соседние моменты времени сличения.

Если в выражении (8) скорость производного температуры (которую регистрирует образцовый термопреобраэователь в момент сличения) по времени, выразить

ЬТгй) через ее значение из выражения (9) и подставить выражение (8) в любое из выражений (5, 6), то получим формулу (1) расчета истинной температуры термопреобразователя в момент сличения.

В настоящем способе динамической градуировки учет влияния тепловой инерции сводится к вычислению поправки к температуре, которую регистрирует образцовый термопреобразователь. Согласно известному способу корректируется величина термометрического параметра градуируе мого термопреобразователя. В этом принципиальное отличие способов.

Данному способу присущи более высокая степень технологичности, так как сни.маются основные ограничения теплового режима (обязательные нагрев и охлаждение, постоянство скорости при нагреве и охлаждении и воспроизведение ее величины), простота измерительных операций (отпадает необходимость в настройке и регулировке терморегулируюшей аппаратуры), что упрощает автоматизацию, приводит к снижению трудозатрат, росту производительности труда и способствует внедрению способа в народное хозяйство.

Формула изобретени я

Способ динамической грвдуировки термопреобрвзователей, заключающийся в сличении термометрических параметров образцового и грвдуируемого термопреобразоввтелей при изменении температуры тврировочной среды, о т л и ч а ю щ и и - ° с я тем, что, с целью сокрашения времени градуировки, изменение температуры производят s одном направлении с меняющейся величиной скорости температурного хода, термометрические параметры термопреобрвэоввтелея измеряют одновременно и фиксируют моменты этих измерений, а истинную температуру градунруемого термопреобразователя вычисляют по формуле (6) Выражение (7} справедгшво и в случае охлаждения с возрастающей или убы- 45 ввющей скоростью, но меняются местами члены в вйРажениЯх длЯ Я,г(1)и Я (4), Величину Д - (<) можно выразить через разность величин его термометрических параметров В I «4 и (3 +1 )й мо 50 менты сличения и чувствительности темпе1 ратуры

Т

Ю=а(4 )- «); К„= ((+)+ 4)}

1 2 / где я() p(<@1),ð ð } и R(q+<) термо метрические параметры грвдуируемого (4+ } TO() К г 6+1)-Ят(4 }

2 К 6,1+,Я „)

Г г соответственно температуры в тепловые инерции образцового и градуируемого термопреабраэователей, а также температуры и скорости температурного хода среды (далее просто скорости) в 1 -й и

5 (1 + 1) моменты сличения.

Условия кусочно-линейной аппроксимации выполняются, если интервал времени между сличениями таков, что изменения тепловых инерций и производных термомет-10 рических параметров по температуре и по скорости малы по сравнению с самими величинами.

Система уравнений (2-5) позволяет . исключить температуру среды из расчетов (т.е. заменить ее температурой образцового термопреобразователя). Если учесть что для широкого класса термопреобраэователей тепловая инерция в узком интервале температур слабо зависит от тем- 0 пературы (что в рассматриваемом случае разнозначно выполнению равенства (.(}=

=6(>(1+4)и (- (1)=Ср(„+4)}, то выражения ис, тинных температур градуируемого термопреобраэователя через температуру, котэ- р рую регистрирует образцовый, будут иметь вид

T Г (j } = Го(j) -ÎÎ ) а(" у т (.4+4) =ТО(+ 1)-ОЙ+1)ЬС

Вычитая из выражения (7) выражение (6), получим выражение для разности тепловых .инерций образцового и градуируемого термопреобразователей между соседними моментами сличения

ЪТО- ГГг р ц J

40 (= г-+o ТО --То (1+ 1)-) (1)

Г О, О= О Î 1 (g

< Т„=Т (+4) -Тг(1); au=0(>q) p() то(1 )

Тг ) о )1, („,„) (,.) 7 8709 где ТГ (j) - истинная температура градуируемого термопреобразователя;

R (< ) и R (j + термометрические параметг ры градуируемого термопре-, образователя;

Q (g) н R (,+ производные термометричес

Г Г кого параметра градуируемо го термопреобразователя по температуре образцового; 10 о йи Ц (+ " - температура образно "ого термопреобразователя;

84 8

). (,;) и T („p производные температур о о образцового терм опреобраэователя по времени галиче« ния.

Источники информации, принягые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельсгво СССР

% 657278, кл. 8 01 К 15/00, 1 1,03,76. . 2. Авторское. свидетельство СССР

N 168496, кл. & 01 К 15/00, 18. 1 1.65 (прототип }.

Составитель А. Багдонас

Редактор Л. Утехина Техред T.Маточка Корректор Г. Назарова

Заказ 8422/12 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1303 5, Москва, ЖЗ 5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4