RU2010191C1 - Method of determination of errors of thermoelectric thermometers - Google Patents

Method of determination of errors of thermoelectric thermometers Download PDF

Info

Publication number
RU2010191C1
RU2010191C1 SU5003566A RU2010191C1 RU 2010191 C1 RU2010191 C1 RU 2010191C1 SU 5003566 A SU5003566 A SU 5003566A RU 2010191 C1 RU2010191 C1 RU 2010191C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermometer
junction
temperature
time
reading
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.А. Скрипник
В.И. Скрипник
А.И. Химичева
С.И. Кондрашов
С.С. Балык
Original Assignee
Киевский технологический институт легкой промышленности
Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Киевский технологический институт легкой промышленности, Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина filed Critical Киевский технологический институт легкой промышленности
Priority to SU5003566 priority Critical patent/RU2010191C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2010191C1 publication Critical patent/RU2010191C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: reading α1 of thermometer is registered, working junction of thermal converter is cooled for time Δt which is less than thermal constant of junction time. Reading α2 is registered, cooling is stooped and achievement of starting reading α1 is fixed. Working junction of thermal converter is heated by passing of constant current 1 through thermocouple wires for the coarse of time Δt0 lesser than thermal constant of conversion time. Reading α3 of thermometer is registered. After this working junction is cooled again for original time Δt and reading α4 of thermometer is registered. Value Δ of error of thermometer is found by formula D=α1-(α12)/(α3214)KJΔt0, where K is thermal coefficient of thermal converter determined in process of calibration. EFFECT: increased accuracy of determination of errors of thermoelectric thermometers under conditions of their continuous use, reduced time of testing. 2 dwg

Description

Изобретение относится к температурным измерениям электрическими методами и предназначено для поверки термоэлектрических термометров в условиях их эксплуатации на действующих объектах без их демонтажа и замены. The invention relates to temperature measurements by electrical methods and is intended for checking thermoelectric thermometers in the conditions of their operation at existing facilities without dismantling and replacement.

Известен способ поверки ТЭП [1] , при котором сначала соединяют электроды контрольного и поверяемого ТЭП, образуя дифференциальную термопару, затем контрольный ТЭП нагревают или охлаждают до температуры, при которой термоЭДС дифференциальной термопары равна нулю, и, определив температуру контрольного преобразователя, через цепь дифференциальной термопары пропускают импульс тока, повышают температуру ее спаев на 10-20оС и измеряют одновременно приращение термоЭДС дифференциальной термопары и контрольного преобразователя, а погрешность поверяемого преобразователя определяют по формуле
Δt= t

Figure 00000001
-1
Figure 00000002
, где tк - значение температуры контрольного преобразователя;
Δ Е и Δ Ек - величины приращения термоЭДС дифференциальной термопары и контрольного преобразователя соответственно.A known method of checking TEC [1], in which first connect the electrodes of the control and verified TEC, forming a differential thermocouple, then the control TEC is heated or cooled to a temperature at which the thermoelectric power of the differential thermocouple is zero, and, having determined the temperature of the control transducer, through the differential thermocouple circuit was passed a current pulse, the temperature was raised at its junctions 10-20 ° C and measured at the same time the increment of the differential thermocouple and thermoelectric converter control, and the error converter under test is determined by the formula
Δt = t
Figure 00000001
-1
Figure 00000002
where t to - the temperature value of the control transducer;
Δ E and Δ E k are the increments of the thermopower of the differential thermocouple and the control transducer, respectively.

Недостатком этого способа является необходимость в высокоточном однотипном ТЭП, который должен работать в выносном регулируемом термостате в условиях, близких к контролируемому объекту. В действительности условия теплообмена рабочих спаев поверяемого и контрольного ТЭП различны, поэтому один и тот же импульс, протекающий через рабочие спаи этих ТЭП, дополнительно нагревают спаи не на одну и ту же величину Δ t (10-20оС), а на разные величины в зависимости от реальных значений коэффициентов теплоотдачи их рабочих спаев, помещенных в различные среды, кроме того, высокие температуры в зоне рабочего спая контрольного ТЭП также могут привести к заметным изменениям его градуировочной характеристики.The disadvantage of this method is the need for high-precision TEP of the same type, which should work in a remote controlled thermostat in conditions close to the controlled object. In reality, the heat transfer conditions of the working junctions of the verified and control TECs are different, therefore the same pulse flowing through the working junctions of these TECs additionally heat the junctions not by the same value Δ t (10-20 о С), but by different values depending on the actual values of the heat transfer coefficients of their working junctions placed in different environments, in addition, high temperatures in the working junction area of the control TEC can also lead to noticeable changes in its calibration characteristics.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения погрешностей термоэлектрических термометров, заключающийся в принудительном изменении температуры рабочего спая термопреобразователя при постоянной контролируемой температуре и сравнении показаний термометра с действительным значением контролируемой температуры, при этом сначала при установившемся показании α 1 термометра изменяют на заданную величину Δ Т температуру свободных концов термопреобразователя и регистрируют показание термометра α 2, соответствующее новой разности температур рабочего спая и свободных концов термопреобразователя, затем температуру свободных концов термопреобразователя изменяют до первоначального значения и после этого принудительно изменяют температуру рабочего спая термопреобразователя и регистрируют установившееся показание термометра α3, а величину погрешности Δ термометра определяют по формуле
Δ = α1-

Figure 00000003
, где ε - заданное относительное изменение температуры рабочего спая термопреобразователя [2] .The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a method for determining the errors of thermoelectric thermometers, which consists in forcing the temperature of the working junction of the thermocouple at a constant controlled temperature and comparing the thermometer readings with the actual value of the controlled temperature, while first changing to a steady reading α 1 of the thermometer the set value Δ T the temperature of the free ends of the thermocouple and register thermometer reading α 2 corresponding to the new temperature difference between the working junction and the free ends of the thermocouple, then the temperature of the free ends of the thermocouple is changed to the initial value and then the temperature of the working junction of the thermocouple is forcibly changed and the steady reading of the thermometer α 3 is recorded, and the error value Δ of the thermometer is determined by the formula
Δ = α 1 -
Figure 00000003
where ε is the specified relative change in the temperature of the working junction of the thermal converter [2].

Известный способ позволяет определить погрешность термоэлектрического термометра без использования однотипного контрольного термометра высокой точности. The known method allows to determine the error of the thermoelectric thermometer without using the same type of control thermometer with high accuracy.

Однако известный способ не обеспечивает высокой точности определения погрешности термоэлектрического преобразователя, входящего в схему электрического термометра. Это объясняется тем, что в расчетную формулу введен коэффициент ε , определяющий конвективные потери тепла при принудительном охлаждении рабочего спая воздушным потоком. Этот коэффициент зависит как от параметров охлаждающего канала (диаметра, шероховатости стенок и т. п. ), так и от объемной скорости воздушного потока, подаваемого к рабочему спаю. Поскольку эти параметры в процессе эксплуатации термометра также изменяются, а объемную скорость потока трудно стабилизировать на весь период эксплуатации термометра, то возникают погрешности в значении коэффициента ε , которые трудно учесть. However, the known method does not provide high accuracy in determining the error of the thermoelectric converter included in the circuit of the electric thermometer. This is because the coefficient ε is introduced into the calculation formula, which determines the convective heat loss during forced cooling of the working junction by air flow. This coefficient depends both on the parameters of the cooling channel (diameter, wall roughness, etc.) and on the volumetric velocity of the air flow supplied to the working junction. Since these parameters also change during the operation of the thermometer, and the volumetric flow rate is difficult to stabilize for the entire period of operation of the thermometer, errors arise in the value of the coefficient ε, which are difficult to take into account.

Кроме того, изменение температуры свободных концов термопреобразователя на Δ Т приводит к различным изменениям показаний термометра в зависимости от температуры рабочих спаев, т. е. возникает дополнительная методическая погрешность поверки, а на поверку термометра по этому способу требуется много времени, так как регистрируется установившееся значение температуры рабочего спая при дополнительных теплофизических воздействиях. In addition, a change in the temperature of the free ends of the thermocouple by Δ Т leads to various changes in the readings of the thermometer depending on the temperature of the working junctions, i.e., an additional methodical error of verification occurs, and it takes a long time to verify the thermometer using this method, since a steady-state value is recorded temperature of the working junction with additional thermophysical influences.

Целью изобретения является повышение точности определения погрешностей термоэлектрических термометров с реальной (нелинейной) градуировочной характеристикой в условиях их непрерывной эксплуатации и снижение затрат времени на поверку. The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the errors of thermoelectric thermometers with real (non-linear) calibration characteristics in the conditions of their continuous operation and reducing the time spent on verification.

Цель достигается тем, что в известный способ определения погрешностей термоэлектрических термометров, заключающийся в проведении операций регистрации показаний термометра, соответствующих разности температур рабочего спая и свободных концов термообразования с последующим изменением температуры рабочего спая термопреобразователя, и определении погрешностей по результатам сравнения, согласно изобретению, введены дополнительные операции, выполняемые в следующей последовательности: после регистрации показаний термометра α 1 рабочий спай термопреобразователя охлаждают в течение времени Δ Т меньше тепловой постоянной времени спая и регистрируют показания термометра α 2; прекращают охлаждение и фиксируют достижение первоначального показания α 1; затем нагревают рабочий спай термопреобразователя путем пропускания через термоэлектроды постоянного тока I в течение калиброванного времени Δ to, меньшего тепловой постоянной времени преобразования термопреобразователя, и регистрируют показания термометра α 3; после этого рабочий спай преобразователя вновь охлаждают в течение первоначального времени Δ t и регистрируют показания термометра α 4; Δ - величину погрешности термометра определяют по формуле
Δ = α1-

Figure 00000004
KJΔto, где К - термический коэффициент термоэлектрического преобразователя, определяемый в процессе калибровки.The goal is achieved by the fact that in the known method for determining the errors of thermoelectric thermometers, which consists in conducting operations of recording thermometer readings corresponding to the temperature difference of the working junction and the free ends of thermo-formation, followed by a change in the temperature of the working junction of the thermocouple, and determining errors by the results of comparison, according to the invention, additional operations performed in the following sequence: after registration of the thermometer readings α 1 working the junction of the thermocouple is cooled for a time Δ T less than the thermal constant of the junction time and the readings of the thermometer α 2 are recorded; stop cooling and record the achievement of the initial reading α 1 ; then the working junction of the thermocouple is heated by passing direct current I through the thermoelectrodes for a calibrated time Δ t o shorter than the thermal constant of the conversion of the thermocouple, and read the thermometer α 3 ; after that, the working junction of the converter is again cooled during the initial time Δ t and the readings of the thermometer α 4 are recorded; Δ - the error of the thermometer is determined by the formula
Δ = α 1 -
Figure 00000004
KJΔt o , where K is the thermal coefficient of the thermoelectric converter determined during the calibration process.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, позволяющего осуществить способ; на фиг. 2 - зависимость температуры рабочего спая термоэлектрического преобразователя от дополнительных теплофизических воздействий. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device that allows the implementation of the method; in FIG. 2 - dependence of the temperature of the working junction of the thermoelectric converter from additional thermophysical effects.

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1 с изолированным рабочим спаем 2, защитным чехлом 3 и воздушным каналом 4, термоэлектродами 5, линию 6 связи, двухполюсный переключатель 7, вторичный прибор 8 (милливольтметр), регулируемый источник 9 тока, миллиамперметр 10, компрессор 11, задатчик 12 расхода воздуха, соединительные трубки 13 и секундомер 14. The device comprises a thermoelectric converter 1 with an isolated working junction 2, a protective cover 3 and an air channel 4, thermoelectrodes 5, a communication line 6, a bipolar switch 7, a secondary device 8 (millivoltmeter), an adjustable current source 9, a milliammeter 10, a compressor 11, a switch 12 air flow, connecting tubes 13 and stopwatch 14.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

ТермоЭДС идеального термоэлектрического преобразователя (ТЭП), состоящего из однородных термоэлектродов, в соответствии с термоэлектрическим законом определяется выражением Е = S (Tрc - Тск), (1) где Е - термоЭДС ТЭП;
S - чувствительность ТЭП (коэффициент термоЭДС);
Трс - температура рабочего спая;
Ток - температура свободных концов.
Thermoelectric power of an ideal thermoelectric converter (TEC), consisting of homogeneous thermoelectrodes, in accordance with the thermoelectric law is determined by the expression E = S (T pc - T ck ), (1) where E is the thermoelectric power of TEP;
S is the sensitivity of the TEC (coefficient of thermopower);
T RS - the temperature of the working junction;
T ok - the temperature of the free ends.

В уравнении идеального ТЭП значение чувствительности S одинаково по всей длине термоэлектродов ТЭП, что потенциально обеспечивает линейную градуировочную характеристику. In the ideal TEC equation, the sensitivity value S is the same over the entire length of the TEC thermoelectrodes, which potentially provides a linear calibration characteristic.

В процессе эксплуатации ТЭП в его термоэлектродах возникают необратимые физико-химические изменения, изменяющие значение S по длине термоэлектродов. Причем эти изменения возникают в том месте термоэлектродов, где дестабилизирующий фактор, например температура, проявляется наибольшим образом. Этим местом чаще всего является зона рабочего конца ТЭП (зона горячего спая). На остальной части термоэлектродов значение остается без изменений. Для этого случая уравнение ТЭП (1) можно представить в виде Е = Sнест Трс - S Тск, (2) где Sнест - чувствительность ТЭП в зоне рабочих концов (рабочего спая).During the operation of the TEC, irreversible physicochemical changes occur in its thermoelectrodes, changing the S value along the length of the thermoelectrodes. Moreover, these changes occur in the place of the thermoelectrodes where the destabilizing factor, for example temperature, manifests itself in the greatest way. This place is most often the zone of the working end of the TEC (hot junction zone). On the rest of the thermoelectrodes, the value remains unchanged. For this case, the TEC equation (1) can be represented as E = S nest T pc - S T ck , (2) where S nst is the sensitivity of the TEC in the area of the working ends (working junction).

Чувствительность ТЭП в зоне рабочего спая можно представить как Sнест = S + Δ S = S (1 + j), (3) где j =

Figure 00000005
- относительное изменение чувствительности рабочего спая ТЭП от дестабилизирующих факторов (погрешность чувствительности).The sensitivity of the TEC in the zone of the working junction can be represented as S un = S + Δ S = S (1 + j), (3) where j =
Figure 00000005
- the relative change in the sensitivity of the working junction of the TEC from destabilizing factors (sensitivity error).

Относительное изменение чувствительности j зависит от значения измеряемой температуры Трс. Появляющаяся в процессе эксплуатации неоднородность термоэлектродов вызывает смещение нуля термометра, которое также зависит от температуры Трс. Поэтому уравнение (2) работающего ТЭП с учетом (3) запишем в виде Е = S [Трс (1 + j) - Тск + δ ] , (4) где δ - абсолютная погрешность ТЭП от смещения нуля.The relative change in sensitivity j depends on the value of the measured temperature T pc . The heterogeneity of thermoelectrodes that appears during operation causes a zero offset of the thermometer, which also depends on the temperature T pc . Therefore, we write equation (2) of the working TEC taking into account (3) in the form E = S [T pc (1 + j) - T ck + δ], (4) where δ is the absolute error of the TEC from the zero offset.

В уравнении (4) значения погрешностей преобразования γ и δ соответствуют измеряемой температуре Трс. С учетом погрешностей, вносимых линией связи и вторичным прибором, показание термометра можно представить в виде
α= KS[Tpc(1+jα)-Tскα, (5) где К - коэффициент преобразования термоЭДС в показание термометра, град/В;
γα и δα - суммарные относительная мультипликативная и абсолютная аддитивная погрешности термометра.
In equation (4), the values of the conversion errors γ and δ correspond to the measured temperature T pc . Taking into account the errors introduced by the communication line and the secondary device, the thermometer reading can be represented as
α = KS [T pc (1 + j α ) -T ck + δ α , (5) where K is the coefficient of conversion of thermopower to the thermometer reading, deg / V;
γ α and δ α are the total relative multiplicative and absolute additive errors of the thermometer.

Вначале переключатель 7 устанавливают в положение 1-1 и регистрируют по вторичному прибору 8 показание α1 поверяемого термометра, измеряющего в действующем (горячем) объекте температуру Тх = Tpc1 (фиг. 2)
α1= KS[Tpc1(1+γα1)- -Tα1] , (6)
Затем включают компрессор 11 на время Δ t1 и принудительно охлаждают рабочий спай ТЭП воздушным потоком, поступающим к спаю 2 через каналы 4. Длительность временного интервала Δ t1 выбирают меньше тепловой постоянной времени τ из условия Δ t1 = (0,5 - 0,7) τ . (7)
Объемную скорость воздушного потока устанавливают с помощью задатчика 12 расхода воздуха таким образом, чтобы показание термометра к концу интервала Δ t1 уменьшалось на величину 3-5 порогов его чувствительности. Длительность работы компрессора 11 контролируют по секундомеру 14, после чего регистрируют показание α2 термометра (фиг. 2, кривая 15) α2= KS[Tpc2(1+γα2)-Tскα2] = KS[(Tpc1-ΔT1)(1+γα2)-Tскα2] , (8) где Δ T1 - температура охлаждения рабочего спая относительно измеряемой температуры Tpc1 ;
γα2 и δα2 - погрешности преобразования ТЭП при температуре Tpc2 .
First, the switch 7 is set to position 1-1 and the secondary device 8 records the reading α 1 of the thermometer being verified, measuring the temperature T x = T pc1 in the active (hot) object (Fig. 2)
α 1 = KS [T pc1 (1 + γ α1 ) - -T + δ α1 ], (6)
Then, the compressor 11 is turned on for a time Δ t 1 and the TEC working junction is forcedly cooled by the air flow entering junction 2 through channels 4. The time interval Δ t 1 is chosen less than the thermal time constant τ from the condition Δ t 1 = (0.5 - 0 , 7) τ. (7)
The volumetric speed of the air flow is set using the adjuster 12 of the air flow so that the thermometer at the end of the interval Δ t 1 is reduced by 3-5 sensitivity thresholds. The duration of the compressor 11 is controlled by the stopwatch 14, after which the reading of the α 2 thermometer is recorded (Fig. 2, curve 15) α 2 = KS [T pc2 (1 + γ α2 ) -T ck + δ α2 ] = KS [(T pc1 -ΔT 1 ) (1 + γ α2 ) -T ck + δ α2 ], (8) where Δ T 1 is the cooling temperature of the working junction relative to the measured temperature T pc1 ;
γ α2 and δ α2 are TEC conversion errors at temperature T pc2 .

Процесс принудительного охлаждения протекает по экспоненциальному закону. Однако при выполнении условия (7) процесс охлаждения, соответствующий начальному участку экспоненты, практически происходит по пропорциональному закону. Поэтому температуру охлаждения рабочего спая с учетом его массы m и удельной теплоемкости с можно определить из выражения
ΔT1 =

Figure 00000006
=
Figure 00000007
, (9) где Qк - конвективные потери тепла;
α (v) - коэффициент теплоотдачи спая, определяемый скоростью потока V;
F - поверхность охлаждения спая;
Тв - температура воздушного потока.The forced cooling process proceeds exponentially. However, when condition (7) is satisfied, the cooling process corresponding to the initial section of the exponent practically proceeds according to the proportional law. Therefore, the cooling temperature of the working junction, taking into account its mass m and specific heat capacity c, can be determined from the expression
ΔT 1 =
Figure 00000006
=
Figure 00000007
, (9) where Q к are convective heat losses;
α (v) is the heat transfer coefficient of the junction, determined by the flow rate V;
F - junction cooling surface;
T in - air flow temperature.

С учетом выражения (9) показание температуры α2 представим в виде
α2= KS

Figure 00000008
T
Figure 00000009
1-
Figure 00000010
1+
Figure 00000011
-Tck+
Figure 00000012
(10)
При высокотемпературных измерениях, когда Tpc1 >> Тв, можно считать, что
α2= KS[Tpc(1-εΔt1)x(1+γα2)-Tскα2] , (11) где ε =
Figure 00000013
- коэффициент конвективных потерь, пропорциональный скорости (расходу) охлаждающего воздуха.In view of expression (9), the temperature indication α 2 can be represented as
α 2 = KS
Figure 00000008
T
Figure 00000009
1-
Figure 00000010
1+
Figure 00000011
-T ck +
Figure 00000012
(10)
In high-temperature measurements, when T pc1 >> T in , we can assume that
α 2 = KS [T pc (1-εΔt 1 ) x (1 + γ α2 ) -T ck + δ α2 ], (11) where ε =
Figure 00000013
- convective loss coefficient proportional to the speed (flow rate) of cooling air.

После регистрации показания термометра α2 выключают компрессор 11 и температура рабочего спая ТЭП (фиг. 2, кривая 16) через временной интервал Δ t2 вновь достигает первоначального значения, что фиксируется по вторичному прибору 8 термометра.After registration, the thermometer α 2 readings turn off the compressor 11 and the temperature of the working junction of the TEC (Fig. 2, curve 16) after the time interval Δ t 2 again reaches the initial value, which is recorded by the secondary device 8 of the thermometer.

Далее переключатель 7 устанавливают в положение 2-2 и через термоэлектроды 5 ТЭП пропускают нагревающий импульс тока от источника 9. Длительность импульса Δ t3 выбирают также из условия (7), а амплитуду импульса устанавливают такой, чтобы к концу действия импульса показание термометра увеличилось на величину 3-5 порогов его чувствительности. Калиброванную длительность нагревающего импульса Δ t3 = Δ toконтролируют с помощью секундомера 14.Next, the switch 7 is set to position 2-2, and a heating current pulse from the source 9 is passed through the thermoelectrodes 5 of the TEC. The pulse duration Δ t 3 is also chosen from condition (7), and the pulse amplitude is set such that by the end of the pulse the thermometer reading increases by the value of 3-5 thresholds of its sensitivity. The calibrated duration of the heating pulse Δ t 3 = Δ t o is controlled using a stopwatch 14.

По окончании импульса переключатель 7 вновь устанавливают в положение 1-1 и регистрируют показание α3 термометра (фиг. 2, кривая 17) α3= KS[Tpc4(1+γα3)-Tскα3)] = KS[(Tpc1+ΔT2)(1+γα3)-Tскα3] , (12) где Т4 - температура перегрева рабочего спая ТЭП относительно измеряемой температуры Tpc1 .At the end of the pulse, switch 7 is again set to position 1-1 and the reading of α 3 of the thermometer is recorded (Fig. 2, curve 17) α 3 = KS [T pc4 (1 + γ α3 ) -T ck + δ α3 )] = KS [ (T pc1 + ΔT 2 ) (1 + γ α3 ) -T ck + δ α3 ], (12) where T 4 is the temperature of the overheating of the working junction of the TEC relative to the measured temperature T pc1 .

Процесс дополнительного нагрева ТЭП от протекающего тока также происходит по экспоненциальному закону. Однако при выбранном времени нагрева Δ to процесс является практически линейным. При этом нагрев рабочего спая 2 ТЭП в основном осуществляется за счет теплоты Пельтье, выделяемой непосредственно в силе, а нагрев термоэлектродов пренебрежимо мал. Температура перегрева спая по аналогии с выражением (9) будет иметь вид
ΔT2 =

Figure 00000014
, (13) где К - коэффициент Пельтье;
I - ток, протекающий через рабочий спай ТЭП.The process of additional heating of the TEC from the flowing current also occurs exponentially. However, at the selected heating time Δ t o the process is almost linear. In this case, the working junction of 2 TEC is heated mainly due to Peltier heat released directly in force, and the heating of thermoelectrodes is negligible. The junction superheat temperature, by analogy with expression (9), will have the form
ΔT 2 =
Figure 00000014
, (13) where K is the Peltier coefficient;
I is the current flowing through the working junction of the TEC.

Величину тока I измеряют по миллиамперметру 10. The magnitude of the current I is measured by a milliammeter 10.

Показание термометра (12) с учетом значении температуры перегрева (13) представим в виде:
α3= KS[(Tpc1+KIΔto)x(1+γα3)-Tскα3] , (14) где K =

Figure 00000015
- термический коэффициент рабочего спая.The reading of the thermometer (12) taking into account the value of the superheat temperature (13) can be represented as:
α 3 = KS [(T pc1 + KIΔt o ) x (1 + γ α3 ) -T ck + δ α3 ], (14) where K =
Figure 00000015
- thermal coefficient of the working junction.

После регистрации показания термометра α3 вновь включают компрессор 11 и принудительно охлаждают рабочий спай в течение временного интервала Δ t4 (фиг. 2, кривая 18). В момент окончания охлаждающего импульса регистрируют показание α 4 термометра. В соответствии с выражением (11) показание термометра можно представить в виде α4= KS[Tpc5(1+γα4)-Tскα4] = KS[Tpc4-ΔT3)(1+γα4)-Tскα4= = KS[(Tpc1+KIΔto)(1-εΔt4)(1+γα4)-Tскα4] , (15) где γα4 и δα4 - погрешности преобразования ТЭП при температуре Tpc5.After registration, the readings of the thermometer α 3 again turn on the compressor 11 and forcibly cool the working junction during the time interval Δ t 4 (Fig. 2, curve 18). At the end of the cooling pulse, the α 4 thermometer is recorded. In accordance with expression (11), the thermometer can be represented as α 4 = KS [T pc5 (1 + γ α4 ) -T ck + δ α4 ] = KS [T pc4 -ΔT 3 ) (1 + γ α4 ) -T ck + δ α4 = = KS [(T pc1 + KIΔt o ) (1-εΔt 4 ) (1 + γ α4 ) -T ck + δ α4 ], (15) where γ α4 and δ α4 are TEC conversion errors at temperature T pc5 .

Так как величины изменения температуры рабочего спая ТЭП не превышают нескольких порогов чувствительности, то можно считать, что погрешности преобразования в окрестностях рабочей точки (Тх = Tpc1 ) равны, т. е. γα1= γα2= γα3= γα4; δα1= δα2= δα3= δα4. Если длительность охлаждающих импульсов Δt1 и Δt4 выбрать одинаковыми ( Δt1= Δt4), то показания термометра можно представить в виде системы уравнений

Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019

Решение системы уравнений (16) относительно температуры рабочего спая Tpc1 термопреобразователя дает
T
Figure 00000020
=
Figure 00000021
KJΔto. (17)
При определении измеряемой температуры Тх = Tpc1 в соответствии с выражением (17) исключается влияние как погрешностей термоэлектрического преобразователя ( γ и δ ), так и непостоянства коэффициента конвективных потерь ε (в выражение (17) коэффициент ε не входит). Последнее позволяет с повышенной точностью определить действительное значение температуры рабочего спая, а следовательно, и измеряемой температуры. Термический коэффициент К, входящий в расчетную формулу (17), определяется электрическими и теплофизическими свойствами термоэлектродов (постоянная Пельтье π и удельная теплоемкость С), а также геометрическими размерами рабочего спая (масса m) и не зависит в переходных режимах от условий теплообмена ТЭП в месте его установки на контролируемом объекте. Поэтому термический коэффициент ТЭП постоянный и его определяют в процессе калибровки. Для этого ТЭП помещают в среду с известной температурой То и выполняют все операции рассмотренного способа. Далее из выражения (17) по известной температуре То определяют значение термического коэффициента
K =
Figure 00000022
. (18)
В процессе поверки ТЭП достаточно установить требуемое значение нагревающего тока I, длительность импульса Δ to и по калиброванному значению коэффициента К определить действительную температуру рабочего спая Трс из выражения (17).Since the changes in the temperature of the working junction of the TEC do not exceed several sensitivity thresholds, we can assume that the conversion errors in the vicinity of the working point (T x = T pc1 ) are equal, that is, γ α1 = γ α2 = γ α3 = γ α4 ; δ α1 = δ α2 = δ α3 = δ α4 . If the duration of the cooling pulses Δt 1 and Δt 4 are chosen equal (Δt 1 = Δt 4 ), then the thermometer readings can be represented as a system of equations
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019

The solution of the system of equations (16) regarding the temperature of the working junction T pc1 of the thermal converter gives
T
Figure 00000020
=
Figure 00000021
KJΔt o . (17)
When determining the measured temperature T x = T pc1 in accordance with expression (17), the influence of both errors of the thermoelectric transducer (γ and δ) and inconstancy of the convective loss coefficient ε are excluded (coefficient ε is not included in expression (17)). The latter allows one to determine with high accuracy the actual value of the temperature of the working junction, and hence the measured temperature. The thermal coefficient K included in the calculation formula (17) is determined by the electrical and thermophysical properties of the thermoelectrodes (Peltier constant π and specific heat C), as well as by the geometric dimensions of the working junction (mass m) and does not depend on the conditions of heat transfer of the TEC in place in transient conditions its installation on a controlled facility. Therefore, the thermal coefficient of the TEC is constant and it is determined during the calibration process. For this, the TEC is placed in an environment with a known temperature T o and all the operations of the considered method are performed. Next, from the expression (17) from the known temperature T about determine the value of the thermal coefficient
K =
Figure 00000022
. (eighteen)
In the process of checking the TEC, it is enough to establish the required value of the heating current I, the pulse duration Δ t o, and from the calibrated value of the coefficient K determine the actual temperature of the working junction T pc from expression (17).

Погрешность термоэлектрического термометра определяют как разность между показанием термометра α1 и действительным значением температуры рабочего спая ТЭП, которое определяют из выражения (17), т. е.The error of the thermoelectric thermometer is defined as the difference between the thermometer reading α 1 and the actual value of the temperature of the working junction of the TEC, which is determined from expression (17), i.e.

Δ1= α1=

Figure 00000023
KJΔto (19)
При изменении температуры контролируемой среды до значения Тх = Tpc2 осуществляют последовательно изложенные операции по дополнительным теплофизическим воздействиям и определяют погрешность термометра Δ2 и т. д. в различных точках рабочего диапазона температур.Δ 1 = α 1 =
Figure 00000023
KJΔt o (19)
When the temperature of the controlled medium is changed to a value of T x = T pc2 , the operations described above are carried out sequentially for additional thermophysical influences and the error of the thermometer Δ 2 , etc., is determined at various points in the operating temperature range.

В качестве примера по предлагаемому способу определена погрешность термоэлектрического термометра с хромель-копелевой термопарой типа ТХК-0179, имеющей постоянную времени τ = 90 с. Значение нагревающего тока в процессе испытаний задавалось 0,6 А, длительность нагревающего импульса 45 с, охлаждение рабочего спая ТЭП проводилось путем омывания его воздушным потоком с постоянной объемной скоростью в течение времени 50 с. При этом для охлаждения на 3оС расход воздуха составил 50 л/ч, калиброванное значение термического коэффициента определялось в процессе калибровки при температуре Т = = 200оС и составило 4,339 град/А ˙с. Показание термометра, помещенного в расплав между твердой и жидкой фазами свинца (точка затвердевания свинца 327,50оС), составило α1 = 331,305оС. После охлажения термометра его показание α2 = 328,104оС. После достижения первоначального значения показания термометра α1 и дополнительного нагрева рабочего спая ТЭП протекающим током показание α3 составило α3 = 334,602оС, а после повторного охлаждения α4 = 330,203оС.As an example, according to the proposed method, the error of a thermoelectric thermometer with a chromel-kopel thermocouple type ТХК-0179, having a time constant τ = 90 s, is determined. The value of the heating current during the tests was set at 0.6 A, the duration of the heating pulse was 45 s, the working junction of the TEC was cooled by washing it with an air flow at a constant volume velocity for a time of 50 s. Thus for cooling at 3 ° C Air flow rate was 50 l / h, a calibrated value of the thermal coefficient determined during calibration at a temperature T = 200 ° C and was 4,339 deg / A ˙s. Reading thermometer placed in the melt between the solid and liquid phases of lead (lead solidification point 327.50 ° C), was α 1 = 331.305 ° C. After it cooled thermometer reading 2 α = 328.104 ° C. After achieving the initial value of the thermometer readings α 1 and additional heating of the working junction of the TEC by the flowing current, the indication of α 3 was α 3 = 334,602 о С, and after repeated cooling, α 4 = 330,203 о С.

Погрешность термоэлектрического термометра определялась из выражения (19) по показаниям α1, α2, α3, α4.

Figure 00000024
Figure 00000025
×
Действительное значение составляет
Δg= 331,305-327,502=
= 3,803oC= α1-To
Способ позволил определить погрешность термометра с относительной погрешностью γ
γ =
Figure 00000026
100 % =
Figure 00000027
= 5.2 %
Полученное значение относительной погрешности определения вполне допустимо, так как характеризует показания определения погрешности.The error of the thermoelectric thermometer was determined from expression (19) from the readings α 1 , α 2 , α 3 , α 4 .
Figure 00000024
Figure 00000025
×
The actual value is
Δ g = 331.305-327.502 =
= 3.803 o C = α 1 -T o
The method allowed to determine the error of the thermometer with a relative error of γ
γ =
Figure 00000026
100% =
Figure 00000027
= 5.2%
The obtained value of the relative error of determination is quite acceptable, since it characterizes the readings of the determination of the error.

В способе не изменяется температура свободных концов термопреобразователя в процессе испытаний, что исключает погрешность поверки от нелинейности градуировочной характеристики реальных ТЭП. Снятие отсчетов показаний термометра в переходных режимах сокращает время поверки, так как не требуется регистрация установившихся показаний термометра. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1173206, кл. G 01 K 15/00, 1985. The method does not change the temperature of the free ends of the thermocouple during the test, which eliminates the error of verification from the nonlinearity of the calibration characteristics of real TEC. Taking readings of the thermometer in transient conditions reduces the verification time, since it is not necessary to register the steady-state thermometer readings. (56) 1. USSR author's certificate N 1173206, cl. G 01 K 15/00, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР N 1397752, кл. G 01 K 15/00, 1986. 2. Copyright certificate of the USSR N 1397752, cl. G 01 K 15/00, 1986.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ , заключающийся в пpоведении опеpаций pегистpации показаний теpмометpа, соответствующих pазности темпеpатуp pабочего спая и свободных концов теpмопpеобpазователя, с последующим изменением темпеpатуpы pабочего спая теpмопpеобpазователя и опpеделении погpешностей по pезультатам сpавнения, отличающийся тем, что после pегистpации показания теpмометpа α1 pабочий спай теpмопpеобpазователя охлаждают в течение вpемени Δt , меньшего тепловой постоянной вpемени спая, и pегистpиpуют показание теpмометpа α2 , пpекpащают охлаждение и фиксиpуют достижение пеpвоначального показания α1 , затем нагpевают pабочий спай теpмопpеобpазователя путем пpопускания чеpез теpмоэлектpоды постоянного тока I в течение калибpованного вpемени Δto , меньшего тепловой постоянной вpемени пpеобpазования теpмопpеобpазователя, и pегистpиpуют показание теpмометpа α3 , после чего pабочий спай пpеобpазователя вновь охлаждают в течение пеpвоначального вpемени Δt и pегистpиpуют показание теpмометpа α4 , а величину погpешности Δ теpмометpа опpеделяют по фоpмуле
Δ = α1-
Figure 00000028
K·I·Δto,
где K - термический коэффициент термоэлектрического преобразователя, определяемый в процессе калибровки.
METHOD FOR DETERMINING THE ERRORS thermoelectric thermometer comprising the result of our opepatsy pegistpatsii indications thermometry corresponding paznosti Temperature pabochih junction and the free ends tepmoppeobpazovatelya, with subsequent change of temperature pabochih junction tepmoppeobpazovatelya and of determination of reading error of the result of comparison, characterized in that after pegistpatsii readings thermometry α 1 pabochih junction the thermocouple is cooled for a time Δt less than the thermal constant of the junction time, and the temperature is recorded pmometpa α 2 ppekpaschayut cooling and fiksipuyut achievement pepvonachalnogo readings α 1, then nagpevayut pabochih junction tepmoppeobpazovatelya by ppopuskaniya chepez tepmoelektpody DC I for kalibpovannogo vpemeni Δt o, a smaller thermal time constant vpemeni the converting tepmoppeobpazovatelya and pegistpipuyut reading thermometry α 3, whereupon pabochih the converter junction is again cooled during the initial time Δt and the thermometer α 4 is recorded, and the error value Δ of the thermometer is determined by the formula
Δ = α 1 -
Figure 00000028
K · I · Δt o ,
where K is the thermal coefficient of the thermoelectric converter determined during the calibration process.
SU5003566 1991-07-08 1991-07-08 Method of determination of errors of thermoelectric thermometers RU2010191C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5003566 RU2010191C1 (en) 1991-07-08 1991-07-08 Method of determination of errors of thermoelectric thermometers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5003566 RU2010191C1 (en) 1991-07-08 1991-07-08 Method of determination of errors of thermoelectric thermometers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2010191C1 true RU2010191C1 (en) 1994-03-30

Family

ID=21585890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5003566 RU2010191C1 (en) 1991-07-08 1991-07-08 Method of determination of errors of thermoelectric thermometers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2010191C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542356C1 (en) * 2013-12-18 2015-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for determining error of in-core temperature measurements and device for its implementation
RU2672533C1 (en) * 2017-12-18 2018-11-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for measurement of frequency error of thermoelectric converters
RU2732341C1 (en) * 2019-12-25 2020-09-15 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Method for test of thermocouple and its thermoelectric capacity value without dismantling
RU2752803C1 (en) * 2020-11-23 2021-08-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Method for verification of thermal converter without dismantling it from measured object

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542356C1 (en) * 2013-12-18 2015-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for determining error of in-core temperature measurements and device for its implementation
RU2672533C1 (en) * 2017-12-18 2018-11-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for measurement of frequency error of thermoelectric converters
RU2732341C1 (en) * 2019-12-25 2020-09-15 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Method for test of thermocouple and its thermoelectric capacity value without dismantling
RU2752803C1 (en) * 2020-11-23 2021-08-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Method for verification of thermal converter without dismantling it from measured object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5056047A (en) Method and device for measuring fluidic or calorimetric parameters
US4821568A (en) Method and apparatus for determining a measurable variable
Manohar et al. Measurement of apparent thermal conductivity by the thermal probe method
HU186066B (en) Method and apparatus for measuring coefficient of heat transfer
CN111006793A (en) K-type armored thermocouple response time measuring method based on heat pipe method
RU2010191C1 (en) Method of determination of errors of thermoelectric thermometers
Huang A precise measurement of temperature difference using thermopiles
RU2732341C1 (en) Method for test of thermocouple and its thermoelectric capacity value without dismantling
SU1275232A1 (en) Method of graduating thermal converter
RU2017089C1 (en) Method of temperature measurement
KR100356994B1 (en) Thermal conductivity detecting method for fluid and gas
Jones et al. A New Differential Calorimetry Technique
RU2752774C1 (en) Temperature measurement method
US4548513A (en) Method and apparatus for measuring response time
RU2727564C1 (en) Self-calibrating temperature sensor
US4790668A (en) Viscometric thermometer
RU2556290C1 (en) Method of determination of thermophysical properties of solid materials
JPS5923369B2 (en) Zero-level heat flow meter
Bailey et al. Evaluation of the performance characteristics of a thermal transient anemometer
SU1642345A1 (en) Method of determination of thermal conductivity of materials
SU1397752A1 (en) Method of determining errors of thermoelectric thermometers
SU840688A1 (en) Radiator testing stand
RU2262087C1 (en) Method of dismantling-free estimation of truth of readings of thermoelectric converter
SU949447A1 (en) Method and device for measuring thermal physical characteristics
Throckmorton et al. Model Wall and Recovery Temperature Effects on Experimental Heat-Transfer Data Analysis