RU2276338C1

RU2276338C1 - Method of checking correspondence of thermoelectric transducer signals to actual temperature values

Info

Publication number: RU2276338C1
Application number: RU2004125792/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Подлесных (RU); Сергей Иванович Подлесных; Анатолий Федорович Толшин (RU); Анатолий Федорович Толшин; Светлана Алексеевна Домрачева (RU); Светлана Алексеевна Домрачева
Original assignee: Открытое акционерное общество "Челябинский завод "ТЕПЛОПРИБОР"
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-05-10

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: method comprises comparing the readings of two electrically independent pairs of thermal electrodes of the main temperature transducer with the readings of the reference temperature transducer of higher accuracy by setting it during the test in the zone of hot junctions of the stationary thermal electrodes. The thermal electromotive force of each pair of the mean thermal electrodes are measured and compared with the values of the thermal electromotive force of the reference temperature transducer.

EFFECT: expanded functional capabilities.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области термометрии, а именно к измерению температуры термоэлектрическими преобразователями (ТЭП), и может быть использовано для контроля температуры в высокотемпературных технологических процессах при длительном времени работы и бездемонтажного периодического контроля на месте установки термоэлектрических преобразователей.The invention relates to the field of thermometry, namely to measuring temperature by thermoelectric converters (TEC), and can be used to control temperature in high-temperature technological processes with a long operating time and dismantling periodic monitoring at the installation site of thermoelectric converters.

Известен способ проверки достоверности показаний термоэлектрических преобразователей, заключающийся в том, что проверка достоверности показаний ТЭП реализуется путем применения в конструкции ТЭП объединенных общим спаем в один пучок не менее трех разнородных термоэлектродов с известными термоэлектрическими характеристиками, производя градуировку каждой образованной термоэлектрической пары. При этом все пары термоэлектродов электрически зависимы. Полученный многоэлементный ТЭП помещают на объект измерений, измеряют с помощью каждой входящей в ТЭП пары, значения температуры в градусах, результаты сравнивают между собой и по совпадению или несовпадению значений температуры, полученной от каждой пары, делают заключение о достоверности или недостоверности показаний ТЭП в целом (см. патент России №2079824, МПК G 01 K 7/02, публ. 20.05.1997 г.). Основным недостатком известного способа является то, что все термоэлектроды постоянно находятся на объекте измерения. Поэтому из-за различия в коэффициентах линейного термического расширения (КЛТР) составных частей термоэлектрического преобразователя происходит механическая деформация термоэлектродов при их эксплуатации в режиме теплосмен. Кроме того, загрязнение материала термоэлектродов различными примесями, перешедшими с разнородных термоэлектродов, защитной арматуры, измеряемых сред с течением времени может приводить к дрейфу термо-ЭДС пар термоэлектродов. Известный способ не обеспечивает постоянного контроля за действительным значением температуры.A known method for verifying the reliability of thermoelectric transducer readings is that verification of the reliability of TEC readings is implemented by using at least three dissimilar thermoelectrodes with known thermoelectric characteristics combined in a single bundle into a single bundle, calibrating each formed thermoelectric pair. Moreover, all pairs of thermoelectrodes are electrically dependent. The obtained multi-element TEC is placed on the measurement object, measured with each pair included in the TEC, the temperature in degrees, the results are compared with each other and by the coincidence or mismatch of the temperature values obtained from each pair, a conclusion is made about the reliability or inaccuracy of the TEP readings in general ( see the patent of Russia No. 2079824, IPC G 01 K 7/02, publ. 05/20/1997). The main disadvantage of this method is that all thermoelectrodes are constantly on the measurement object. Therefore, due to the difference in the coefficients of linear thermal expansion (CTE) of the components of the thermoelectric converter, mechanical deformation of the thermoelectrodes occurs during their operation in the heat exchange mode. In addition, contamination of the material of thermoelectrodes with various impurities transferred from dissimilar thermoelectrodes, protective fittings, and measured media over time can lead to drift of thermoelectric power of thermoelectrode pairs. The known method does not provide constant monitoring of the actual temperature value.

Известен также способ проверки соответствия сигналов термоэлектрических преобразователей действительным значениям температуры, заключающийся в том, что в конструкцию пар ТЭП входят два основных термоэлектрода и один дополнительный термоэлектрод, имеющий более стабильные по сравнению с основными термоэлектродам термоэлектрические характеристики применительно к условиям эксплуатации. ТЭП устанавливают на объект измерения и определяют температуру пар ТЭП, производят калибровку основной термоэлектрической пары ТЭП, устанавливают зависимости термо-ЭДС от температуры для каждого основного термоэлектрода в паре с дополнительным термоэлектродом, определяют температуру основной пары термоэлектродов проверяемого ТЭП, измеряю термо-ЭДС каждого из основных термоэлектродов в паре с дополнительным термоэлектродом, сравнивают их значения с исходными характеристиками для получения значения температуры основной пары термоэлектродов ТЭП и по их совпадению или несовпадению делают заключение о соответствии или несоответствии сигнала ТЭП действительному значению температуры (см. патент России №2129708, МПК G 01 К 15/00, публ. 27.04.1999 г.). Как и в предыдущем аналоге, основным недостатком этого способа является то, что все термоэлектроды постоянно находятся на объекте измерения в агрессивной среде или в режиме термоциклирования. Поэтому с течением времени даже с использованием дополнительного термоэлектрода, имеющего более стабильные характеристики, может происходить дрейф термо-ЭДС пар термоэлектродов ТЭП. Как правило, на объекте устанавливают несколько ТЭП. И в каждом ТЭП введен термоэлектрод с более стабильными характеристиками, что существенно удорожает способ проверки достоверности показаний ТЭП. Известный способ сложен для промышленного применения, т.к. невозможно осуществить при длительной эксплуатации поверку ТЭП без демонтажа и без остановки процесса в объекте измерения.There is also a method of checking the correspondence of signals of thermoelectric converters to actual temperature values, which consists in the fact that the design of the TEC pairs includes two main thermoelectrodes and one additional thermoelectrode, which has more stable thermoelectric characteristics compared to the main thermoelectrics in relation to operating conditions. The TEC is installed on the measurement object and the temperature of the TEC pairs is determined, the main thermoelectric pair of the TEC is calibrated, the temperature-EMF dependences on temperature are established for each main thermoelectrode paired with the additional thermoelectrode, the temperature of the main pair of thermoelectrodes of the tested TEC is determined, I measure the thermo-emf of each of the main thermoelectrodes paired with an additional thermoelectrode, compare their values with the original characteristics to obtain the temperature of the main pair of thermo Electrode TEP and their coincidence or mismatch conclude the conformity or non-conformity signal TEP actual temperature (see. Russian Patent №2129708, IPC G 01 K 15/00, publ. 27.04.1999 city). As in the previous analogue, the main disadvantage of this method is that all thermoelectrodes are constantly at the measurement object in an aggressive environment or in thermal cycling mode. Therefore, over time, even with the use of an additional thermoelectrode having more stable characteristics, thermo-EMF drift of pairs of TEC thermoelectrodes can occur. As a rule, several TECs are installed at the facility. And in each TEC, a thermoelectrode with more stable characteristics is introduced, which significantly increases the cost of checking the reliability of TEC readings. The known method is difficult for industrial use, because during long-term operation it is impossible to verify the TEC without dismantling and without stopping the process in the measurement object.

Предлагаемый способ проверки соответствия сигналов основного ТЭП действительным значениям температуры решает задачу обеспечения стабильного и надежного контроля температуры непосредственно на объекте при снижении себестоимости способа проверки и обеспечении возможности его промышленного применения, а также обеспечения возможности поверки проверочного ТЭП без демонтажа основного ТЭП, не останавливая процесса в объекте измерения.The proposed method for verifying the conformity of the signals of the main TEC to the actual temperature values solves the problem of ensuring stable and reliable temperature control directly at the facility while reducing the cost of the verification method and making it possible to use it industrially, as well as making it possible to verify the test TEC without dismantling the main TEC without stopping the process in the facility measurements.

Для достижения указанного технического результата в известном способе проверки соответствия сигналов термоэлектрических преобразователей действительным значениям температуры, заключающемся в том, что основной ТЭП с двумя парами стационарных основных термоэлектродов устанавливают на объект измерения, показания двух электрически независимых пар термоэлектродов основного ТЭП сверяют с показаниями проверочного ТЭП повышенной точности путем введения его на время проверки в зону горячих спаев стационарных термоэлектродов, измеряют термо-ЭДС каждой пары основных термоэлектродов и сравнивают его со значением термо-ЭДС проверочного ТЭП, поверку которого осуществляют по мере необходимости в установленном порядке вне объекта измерения без разборки основного ТЭП.To achieve the specified technical result in the known method of verifying the correspondence of the signals of thermoelectric converters to actual temperature values, namely, that the main TEC with two pairs of stationary main thermoelectrodes is installed on the measurement object, the readings of two electrically independent pairs of thermoelectrodes of the main TEC are verified with the readings of the test TEC with increased accuracy by introducing it at the time of verification into the zone of hot junctions of stationary thermoelectrodes, measure t thermo-EMF of each pair of the main thermoelectrodes and compare it with the value of the thermo-EMF of the test TEC, which is verified as necessary in the established order outside the measurement object without disassembling the main TEC.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что показания двух электрически независимых пар термоэлектродов основного ТЭП сверяют с показаниями проверочного ТЭП повышенной точности путем введения его на время проверки в зону горячих спаев стационарных термоэлектродов, измеряю термо-ЭДС каждой пары основных термоэлектродов и сравнивают его со значением термо-ЭДС проверочного ТЭП, поверку которого осуществляют по мере необходимости в установленном порядке вне объекта измерения без разборки основного ТЭП.A comparative analysis of the proposed method with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the readings of two electrically independent pairs of thermoelectrodes of the main TEC are verified with the readings of the test TEC of increased accuracy by introducing it into the hot junctions zone of stationary thermoelectrodes, I measure the thermo-emf of each pairs of the main thermoelectrodes and compare it with the value of the thermo-EMF of the test TEC, the verification of which is carried out as necessary in the prescribed manner no measurement object without disassembling the main TIC.

Благодаря наличию этих признаков обеспечивается стабильный и надежный контроль температуры посредством сверки непосредственно на объекте с проверочным ТЭП, имеющим более точные характеристики. Установка спаев основных термоэлектродов и спая проверочного ТЭП в одном зоне, т.е. преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними, позволяет максимально точно контролировать температуру рабочего процесса на объекте. Введение проверочного ТЭП повышенной точности в агрессивную среду только на время проверки повышает его надежность. Использование одного проверочного ТЭП повышенной точности для проверки показаний стационарных ТЭП, установленных на объекте, а также поверка проверочного ТЭП (по ГОСТ 8.338-2002 «Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки») без демонтажа стационарных ТЭП обеспечивают возможность промышленного применения способа и его удешевление.Due to the presence of these features, stable and reliable temperature control is provided by means of reconciliation directly at the facility with a test TEC having more accurate characteristics. Installation of junctions of the main thermoelectrodes and junction of the test TEC in one zone, i.e. mainly in one plane and with the smallest possible distance between them, it allows you to control the temperature of the working process at the facility as accurately as possible. The introduction of high-precision test TEC in an aggressive environment only during the test increases its reliability. The use of one high-precision test TEC to verify the readings of stationary TEP installed at the facility, as well as verification of the test TEP (according to GOST 8.338-2002 "Thermoelectric converters. Verification Methods") without dismantling the stationary TEP, make it possible to industrially use the method and reduce its cost.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».The presence of distinctive features from the prototype features allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "novelty."

Критерий «промышленная применимость» может быть подтвержден тем, что проведено испытание заявляемого способа, подтвердившее обеспечение заявляемых технических характеристик.The criterion of "industrial applicability" can be confirmed by the fact that a test of the proposed method was carried out, confirming the provision of the claimed technical characteristics.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами: на фиг.1 показан общий вид основного стационарного ТЭП с проверочным ТЭП; на фиг.2 показан общий вид ТЭП в разрезе; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3.The proposed method is illustrated by drawings: figure 1 shows a General view of the main stationary TEC with verification TEP; figure 2 shows a General view of the TEC in the context; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 is a section bB in figure 3.

Термоэлектрический преобразователь 1 содержит защитную арматуру, имеющую наружную жаростойкую металлическую оболочку 2 и внутреннюю оболочку, которая может быть выполнена, например, в виде керамического колпачка 3. Керамический колпачок 3 внахлест без зазора надет на торец цельного длинномерного керамического изолятора 4. Для достижения лучшей изоляции место соединения торца изолятора 4 и колпачка 3 обработано керамическим клеем и подвергнуто термообработке. В четырех каналах керамического изолятора 4 размещены и изолированы друг от друга и окружающей атмосферы две электрически независимые пары термоэлектродов 5 и 6. Термоэлектроды 5 и 6 соединены попарно горячими спаями 7 и 8. В торцевой части изолятора 4 выполнены пазы 9 для горячих спаев 7 и 8. Пазы могут быть выполнены на торце изолятора 4 симметрично относительно его оси, например, в виде двух проточек по хорде. Две электрически независимые пары термоэлектродов 5 и 6 выведены в корпус термопреобразователя и подключены к контактным клеммам 5′ и 6′. Проверочный ТЭП 10 по мере необходимости может быть размещен в канале 11, выполненном по оси изолятора 4. Горячие спаи 7 и 8 основных термоэлектродов 5 и 6 и спая 12 проверочного ТЭП 10 размещены преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними.The thermoelectric converter 1 contains protective fittings having an external heat-resistant metal shell 2 and an inner shell, which can be made, for example, in the form of a ceramic cap 3. A ceramic cap 3 is lapped without a gap and is worn on the end of a one-piece long ceramic insulator 4. To achieve better insulation, place the joints of the end face of the insulator 4 and the cap 3 are treated with ceramic glue and subjected to heat treatment. Two electrically independent pairs of thermoelectrodes 5 and 6 are placed and isolated from each other and the surrounding atmosphere in the four channels of the ceramic insulator 4. Thermoelectrodes 5 and 6 are connected in pairs by hot junctions 7 and 8. In the end part of the insulator 4, grooves 9 are made for hot junctions 7 and 8 The grooves can be made at the end of the insulator 4 symmetrically about its axis, for example, in the form of two grooves along the chord. Two electrically independent pairs of thermoelectrodes 5 and 6 are brought out into the thermocouple body and connected to the contact terminals 5 ′ and 6 ′. Test TEC 10, as necessary, can be placed in the channel 11, made along the axis of insulator 4. Hot junctions 7 and 8 of the main thermoelectrodes 5 and 6 and junction 12 of test TEC 10 are placed mainly in the same plane and with the smallest possible distance between them.

Заявленный способ проверки соответствия сигналов термоэлектрических преобразователей действительным значениям температуры реализуется следующим образом. Основной ТЭП с двумя парами стационарных основных термоэлектродов помещают в технологическое отверстие корпуса агрегата, например, металлургического (не показан). Две стационарные пары термоэлектродов 5 и 6 установлены в длинномерный четырехканальный изолятор 4 и выведены на контактные клеммы 5' и 6'. При этом одна из них, например 5, задатчик температуры, через контактные клеммы 5′ подключена к устройству, которое задает уровень температуры, необходимый для проведения процесса. Вторая пара термоэлектродов 6 является независимой и контролирует работу первой пары 5. Пара термоэлектродов 5 измеряет температуру и дает сигнал на регулятор, который подает на исполнительный орган сигнал на нагрев или охлаждение. Вторая пара термоэлектродов 6 показывает значение температуры в агрегате. Показания двух независимых пар основного ТЭП сверяют с показаниями проверочного ТЭП повышенной точности путем введения его на время проверки в центральное отверстие изолятора 4 в зону горячих спаев стационарных термоэлектродов. Далее измеряют термо-ЭДС каждой пары основных термоэлектродов и сравнивают его со значением термо-ЭДС проверочного ТЭП. С помощью проверочного ТЭП определяют какая из пар термоэлектродов имеет погрешность, превышающую допустимые нормы, и соответственно должна быть демонтирована и отправлена на поверку и замену. Проверочный ТЭП 10 повышенной точности устанавливается через определенные интервалы времени, определяемые технологическим процессом. Поверку проверочного ТЭП осуществляют в соответствии с ГОСТ 8.338-2002 «Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки» вне объекта измерения без разборки основного ТЭП.The claimed method of verifying the correspondence of the signals of thermoelectric converters to actual temperature values is implemented as follows. The main TEC with two pairs of stationary main thermoelectrodes is placed in the technological hole of the unit body, for example, metallurgical (not shown). Two stationary pairs of thermoelectrodes 5 and 6 are installed in a long four-channel insulator 4 and brought to contact terminals 5 'and 6'. In this case, one of them, for example 5, a temperature setpoint, is connected through contact terminals 5 ′ to a device that sets the temperature level necessary for the process. The second pair of thermoelectrodes 6 is independent and controls the operation of the first pair 5. The pair of thermoelectrodes 5 measures the temperature and gives a signal to the controller, which sends a signal to the actuator for heating or cooling. The second pair of thermoelectrodes 6 shows the temperature value in the unit. The readings of two independent pairs of the main TEC are verified with the readings of the test TEC of increased accuracy by introducing it into the central hole of the insulator 4 into the zone of hot junctions of stationary thermoelectrodes during the test. Next, measure the thermo-EMF of each pair of the main thermoelectrodes and compare it with the value of the thermo-EMF of the test TEC. Using the test TEC, it is determined which of the pairs of thermoelectrodes has an error exceeding the permissible norms, and accordingly should be dismantled and sent for verification and replacement. Verification TEP 10 of increased accuracy is set at certain time intervals determined by the process. Verification of the TEC is carried out in accordance with GOST 8.338-2002 “Thermoelectric converters. Verification technique "outside the measurement object without disassembling the main TEC.

Предлагаемый способ обеспечивает стабильный и надежный контроль температуры при помощи двух электрически независимых пар стационарных термоэлектродов и позволяет проводить периодический контроль показаний нескольких основных ТЭП при помощи одного проверочного ТЭП. Использование одного проверочного ТЭП повышенной точности для проверки показаний всех стационарных ТЭП объекта измерения, а также поверка проверочного ТЭП по ГОСТ 8.338-2002 «Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки» без демонтажа стационарных ТЭП обеспечивают возможность промышленного применения способа и его удешевление.The proposed method provides stable and reliable temperature control using two electrically independent pairs of stationary thermoelectrodes and allows periodic monitoring of the readings of several main TECs using one test TEC. The use of one high-precision test TEC for checking the readings of all stationary TEP of the measurement object, as well as verification of the test TEP according to GOST 8.338-2002 “Thermoelectric converters. Verification method ”without dismantling stationary TECs provide the possibility of industrial application of the method and its cost reduction.

Claims

A method for verifying the correspondence of the signals of thermoelectric converters to actual temperature values, namely, that the main thermoelectric converter (TEC) with two pairs of stationary main thermoelectrodes is installed on the measurement object, characterized in that the readings of two electrically independent pairs of thermoelectrodes of the main TEC are verified with the readings of the test TEC with increased accuracy by introducing it at the time of verification into the zone of hot junctions of stationary thermoelectrodes, measure the thermo DS thermoelectrodes each pair of major and compared with the value of thermoelectric power TIC verification, verification is performed in a prescribed order is the object of measurement without disassembling the main TIC.