RU2403540C1 - Thermoelectric converter (versions), thermocouple cable for making thermoelectric converter in first version, method of determining need for checking or calibrating thermoelectric converter - Google Patents
Thermoelectric converter (versions), thermocouple cable for making thermoelectric converter in first version, method of determining need for checking or calibrating thermoelectric converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403540C1 RU2403540C1 RU2009137970/28A RU2009137970A RU2403540C1 RU 2403540 C1 RU2403540 C1 RU 2403540C1 RU 2009137970/28 A RU2009137970/28 A RU 2009137970/28A RU 2009137970 A RU2009137970 A RU 2009137970A RU 2403540 C1 RU2403540 C1 RU 2403540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermocouple
- thermocouples
- thermoelectrodes
- thermoelectric converter
- cable
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
Заявляемая группа изобретений относится к термометрии и может быть использована при измерении температуры на оборудовании, применяемом в длительных технологических процессах.The claimed group of inventions relates to thermometry and can be used when measuring temperature on equipment used in long-term technological processes.
Известен термоэлектрический преобразователь /RU 41864, G01K 15/00, 2004/, который содержит защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, керамический изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями. При этом основной термоэлектрический преобразователь имеет возможность периодической установки в него проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор. Термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора. Внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора, или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающей горячие спаи термоэлектродов.Known thermoelectric converter / RU 41864, G01K 15/00, 2004 /, which contains protective fittings consisting of outer and inner shells, a ceramic insulator, inside of which are placed thermoelectrodes connected in pairs by hot junctions. In this case, the main thermoelectric converter has the ability to periodically install a test transducer into it, which is placed in an insulator common to all thermoelectrodes. The thermoelectrodes of the main transducer and the test transducer are placed in the through channels of the insulator located along the length of the main transducer, the junctions of the thermoelectrodes of the main transducer are located in the grooves made in the end part of the insulator. The inner shell is made in the form of a ceramic cap, worn on the end part of the insulator, or in the form of a winding of refractory ceramic thread that covers the hot junctions of thermoelectrodes.
Также известно устройство для измерения температуры в виде термоэлектрического преобразователя /RU 2299408, G01K 7/02, 2007/, содержащее защитный чехол, термометрическую вставку, выполненную из термопарного кабеля в металлической оболочке с минеральной изоляцией, причем термометрическая вставка оснащена узлом для ее крепления в преобразователе, клеммную колодку для подключения термометрической вставки к коммутационным проводам. Отличительной особенностью известного устройства является то, что термометрическая вставка расположена в защитном чехле несоосно с ним, а узел крепления выполнен со сквозным отверстием, предназначенным для размещения рабочей части контрольного или эталонного средства измерения внутри защитного чехла.Also known is a device for measuring temperature in the form of a thermoelectric converter / RU 2299408, G01K 7/02, 2007 /, comprising a protective cover, a thermometric insert made of a thermocouple cable in a metal sheath with mineral insulation, and the thermometric insert is equipped with a unit for mounting it in the converter , terminal block for connecting the thermometric insert to the patch wires. A distinctive feature of the known device is that the thermometric insert is not aligned with it in the protective cover, and the mounting unit is made with a through hole designed to accommodate the working part of the control or reference measuring means inside the protective cover.
Применение известных устройств не позволяет определить время выхода зависимости термоЭДС термопары от температуры за пределы установленного допуска. Точнее, время выхода можно определить проведением сличений показаний термопары и контрольного средства измерения температуры через достаточно короткие промежутки времени, но сколько таких сличений надо провести и как точно будет воспроизводится установленный промежуток времени при дальнейшей эксплуатации, предсказать невозможно. При этом каждое сличение требует затрат времени около 20 минут.The use of known devices does not allow to determine the time of the temperature dependence of the thermopower of the thermocouple outside the established tolerance. More precisely, the exit time can be determined by comparing the thermocouple readings and the temperature control means at fairly short intervals, but it is impossible to predict how many such comparisons need to be made and how accurately the set period of time will be reproduced during further operation. Moreover, each comparison requires a time investment of about 20 minutes.
Известны термопарные кабели (см., например, RU 66857, Н01В 9/00, 2007; RU 54250, Н01В 13/00, 2006; RU 30459, H01B 7/00, 2003). Из известных термопарных кабелей невозможно изготовить заявляемое устройство для измерения температуры.Thermocouple cables are known (see, for example, RU 66857, НВВ 9/00, 2007; RU 54250, НВВ 13/00, 2006; RU 30459, H01B 7/00, 2003). Of the known thermocouple cables it is impossible to make the claimed device for measuring temperature.
На сегодняшний день определение межповерочных и межкалибровочных интервалов (МПИ) регламентировано межгосударственными рекомендациями по стандартизации РМГ 74-2004 «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖПОВЕРОЧНЫХ И МЕЖКАЛИБРОВОЧНЫХ ИНТЕРВАЛОВ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ». Рекомендации описывают методы определения межповерочных и межкалибровочных интервалов, основанные на предположении о непрерывном (с конечной случайной скоростью) изменении метрологических характеристик средств измерений (СИ) в процессе эксплуатации или хранения, и определяют критерии установления МПИ, зависимости от МПИ показателей, соответствующих этим критериям, и алгоритм вычисления МПИ.To date, the determination of inter-calibration and inter-calibration intervals (MPI) is regulated by interstate recommendations for standardization RMG 74-2004 "METHODS FOR DETERMINING INTER-TEST AND INTER-CALIBRATION INTERVALS OF MEASUREMENTS". The recommendations describe methods for determining the calibration and calibration intervals based on the assumption of a continuous (with a finite random speed) change in the metrological characteristics of measuring instruments (SI) during operation or storage, and determine the criteria for establishing the MPI, the dependence on the MPI of the indicators that meet these criteria, and MPI calculation algorithm.
Согласно РМГ 74 при назначении первичного МПИ СИ новых типов, выпущенных в обращение, возможны следующие виды источников информации о нестабильности СИ:According to RMG 74, when assigning a primary MPI SI of new types put into circulation, the following types of sources of information on SI instability are possible:
- результаты испытаний СИ или его отдельных блоков;- test results of SI or its individual blocks;
- данные о нестабильности элементов СИ, определяющих состояние метрологической исправности СИ;- data on the instability of SI elements that determine the state of SI metrological serviceability;
- показатели надежности СИ, нормируемые или подтвержденные испытаниями;- SI reliability indicators, normalized or confirmed by tests;
- данные о МПИ СИ-аналогов, подтвержденные опытом их эксплуатации.- data on MPI SI analogs, confirmed by the experience of their operation.
Точность определения МПИ, прежде всего, обусловлена точностью исходных данных, получение которых возможно несколькими путями. Наиболее предпочтительным является испытание партии СИ для оценки их нестабильности (метрологической надежности). Эти испытания могут быть проведены специально (в нормальном или форсированном режиме эксплуатации), совмещены с контрольными испытаниями на надежность либо проведены путем подконтрольной эксплуатации установочной партии.The accuracy of determining the MPI is primarily due to the accuracy of the source data, which can be obtained in several ways. Most preferred is a test of a batch of SI to assess their instability (metrological reliability). These tests can be carried out specifically (in normal or forced operation), combined with control tests for reliability or carried out by controlled operation of the installation lot.
По методике испытаний на нестабильность (метрологическую надежность) средств измерений, изложенной в РМГ-74, определяют межповерочный (межкалибровочный) интервал как промежуток времени или наработку между двумя последовательными поверками (калибровками) СИ.According to the methodology of instability testing (metrological reliability) of measuring instruments described in RMG-74, the intertesting (intercalibration) interval is determined as the time interval or the time between two consecutive verification (calibration) of SI.
Недостатком этого метода является недостоверность, связанная с переносом полученных результатов на реальные условия эксплуатации СИ, так как при проведении испытаний в большинстве случаев невозможно смоделировать все факторы, влияющие на метрологическую стабильность СИ.The disadvantage of this method is the unreliability associated with the transfer of the results to the actual operating conditions of the SI, since during testing in most cases it is impossible to simulate all the factors affecting the metrological stability of the SI.
Для устранения этого недостатка РМГ-74 предусматривает возможность корректировки МПИ с учетом особенностей эксплуатации групп СИ данного типа (интенсивность применения, условия измерений, качество обслуживания и т.д.). Исходной информацией для корректировки МПИ являются результаты периодических поверок СИ данной группы. Однако это не снимает полностью проблему, так как нельзя переносить результаты, полученные для одной группы, на другую, а самое главное не позволяет достоверно определить время проведения первых периодических поверок (калибровок).To eliminate this drawback, the RMG-74 provides for the possibility of adjusting the MPI taking into account the operating characteristics of SI groups of this type (application intensity, measurement conditions, quality of service, etc.). Initial information for adjusting the MPI are the results of periodic verifications of SI of this group. However, this does not completely remove the problem, since it is impossible to transfer the results obtained for one group to another, and most importantly, it does not allow reliable determination of the time of the first periodic verification (calibration).
Для повышения достоверности измерения температуры в течение назначенного МПИ был предложен ряд способов.A number of methods have been proposed to increase the reliability of temperature measurement during the assigned MPI.
Известен способ проверки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя (ТЭП) /RU 2079824, G01K 7/02, 1997/, заключающийся в периодической проверке показаний проверяемого ТЭП. Отличительной особенностью способа является то, что объединяют общим спаем в один пучок не менее трех разнородных термоэлектродов с известными термоэлекрическими характеристиками, проводят градуировку каждой образованной термоэлектрической пары, помещают полученный многоэлементный ТЭП 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, полученных от каждой входящей в ТЭП термоэлектрической пары, делают заключение о достоверности или недостоверности показаний термоэлектрического преобразователя в целом.A known method of checking the reliability of the readings of a thermoelectric converter (TEC) / RU 2079824, G01K 7/02, 1997 /, which consists in periodically checking the readings of the tested TEC. A distinctive feature of the method is that at least three dissimilar thermoelectrodes with known thermoelectric characteristics are combined into a single junction in a bundle, each formed thermoelectric pair is calibrated, the resulting multi-element TEC is placed on the measurement object, and the temperature in degrees is measured with each pair entering the TEC , the results are compared with each other and by coincidence or mismatch of the temperature values obtained from each thermoelectric pair entering the TEC, conclude that the readings of the thermoelectric converter as a whole are reliable or unreliable.
К недостаткам данного способа можно отнести ограничение его применения по температуре наименьшего из верхних пределов использования термоэлектродов. Так, при использовании термоэлектродов хромель, алюмель, копель предел будет установлен по температуре применения копеля 600°С (кратковременно 800°С), тогда как хромель и алюмель можно использовать до 1100°С (кратковременно 1300°С). Еще одним недостатком является различное изменение термоэлектрической стабильности пар термоэлектродов под воздействием одних и тех же внешних факторов. Так, деформация, а она всегда присутствует при наличии термоциклирования, уменьшает термоЭДС хромеля и увеличивает термоЭДС копеля, а на алюмель влияет в меньшей степени, чем на хромель и копель (30% деформация при 500°С увеличивает термоЭДС копеля на 70-80 мкВ, уменьшает термоЭДС хромеля на 220-230 мкВ и практически не изменяет термоЭДС у алюмеля). То есть, термопара хромель-копель более чувствительна к влиянию деформации, чем термопара хромель-алюмель. В то же время, термопаре хромель-алюмель присуща обратимая нестабильность при температурах 250-550°С, тогда как термопара хромель-копель стабильна в этом диапазоне. Таким образом, влияние одного и того же фактора может проявляться на показаниях одной термопары и быть нейтральным к другой, что может привести к ложным выводам о достоверности показаний той или иной пары в трехэлектродной термопаре.The disadvantages of this method include the limitation of its use at the temperature of the lowest of the upper limits for the use of thermoelectrodes. So, when using chromel, alumel, kopel thermoelectrodes, the limit will be set according to the temperature of application of the
Известен способ бездемонтажной оценки достоверности показаний ТЭП в процессе его эксплуатации /RU 2262087, G01K 15/00, 2005/. Способ заключается в периодическом определении величины дифференциальной термоэлектродвижущей силы при заданных значениях температуры, сравнении полученных данных с первоначальной величиной дифференциальной термоэлектродвижущей силы, измеренной до начала эксплуатации ТЭП. При этом дополнительно через электроды ТЭП пропускают электрический ток в прямом и обратном направлении с одинаковыми силой и длительностью импульса и измеряют дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при прямом прохождении электрического тока ΔЕПР и дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока ΔЕОБР, а о достоверности показаний ТЭП судят по величине изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы δS, определяемой по зависимостиA known method of dismantling the reliability of the readings of the TEC during its operation / RU 2262087, G01K 15/00, 2005 /. The method consists in periodically determining the value of the differential thermoelectromotive force at given temperature values, comparing the data obtained with the initial value of the differential thermoelectromotive force measured before the start of operation of the TEC. In this further through TIC electrodes electric current is passed in the forward and backward direction with the same force and duration of the pulse and measure additional component thermoelectromotive force by direct passage of electric current? E OL and additional component thermoelectromotive force during the reverse passage of the electric current? E OBR, and on the reliability of readings TEC is judged by the magnitude of the change in the differential thermoelectromotive force δS, determined by the dependence
где ΔE'ПР - дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы при прямом прохождении электрического тока, измеренная до начала эксплуатации ТЭП,where ΔE ' PR - an additional component of the thermoelectromotive force with the direct passage of electric current, measured before the start of operation of the TEC,
ΔE'ОБР - дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока, измеренная до начала эксплуатации ТЭП.ΔE ' OBR - an additional component of thermoelectromotive force during the reverse passage of electric current, measured before the start of operation of the TEC.
К недостаткам данного способа можно отнести необходимость специального аппаратного обеспечения, а также то, что он определяет изменение термо-э.д.с по сравнению с первоначальной величиной на участках термоэлектродов в зоне рабочего спая, а не в целом по длине термоэлектродов. Следовательно, о необходимости проведения очередной поверки или калибровки ТЭП можно лишь предполагать. Кроме того, этот способ требует затрат времени на проведение и приостановку регистрации температуры на период проведения измерений.The disadvantages of this method include the need for special hardware, as well as the fact that it determines the change in thermoelectric power compared to the initial value in the areas of thermoelectrodes in the working junction area, and not as a whole along the length of the thermoelectrodes. Therefore, the need for the next verification or calibration of TEC can only be assumed. In addition, this method requires time to conduct and pause the registration of temperature for the period of measurement.
Известен способ контроля достоверности показаний ТЭП в процессе его эксплуатации /RU 2325622, G01K 15/00, 2008/ без демонтажа с термометрируемого объекта, при этом ТЭП включает в себя термочувствительный элемент, выполненный в виде кабельной термопары и размещенный внутри защитного чехла с упором в его торец. Способ заключается в периодическом сличении показаний термопары с показаниями контрольного средства измерения температуры, выполненного также в виде кабельной термопары, рабочую часть которой на время проведения сличений помещают во внутреннее пространство защитного чехла термоэлектрического преобразователя рядом с его термочувствительным элементом, причем размещение осуществляют с упором в торец защитного чехла.A known method of controlling the reliability of TEP readings during its operation / RU 2325622, G01K 15/00, 2008 / without dismantling from a thermometer object, while TEC includes a temperature-sensitive element made in the form of a cable thermocouple and placed inside a protective cover with an emphasis in it end face. The method consists in periodically comparing the readings of the thermocouple with the readings of the control means for measuring temperature, also made in the form of a cable thermocouple, the working part of which is placed in the inner space of the protective cover of the thermoelectric transducer next to its thermosensitive element for the duration of the comparisons, the placement being carried out against the end of the protective cover.
Указанный способ позволяет достоверно судить о метрологических характеристиках ТЭП, вносить поправки к его показаниям, но обладает недостатком: о необходимости проведения очередной поверки или калибровки можно судить лишь по результатам предыдущих. При этом нельзя утверждать, что установленный промежуток времени однозначно определен, т.к. вид функции изменения метрологической характеристики, как правило, нельзя определить заранее, да и при дальнейшей эксплуатации могут появиться дополнительные воздействующие факторы. Кроме того, этот способ требует затрат времени на проведение одного сличения около 20 минут.This method allows you to reliably judge the metrological characteristics of the TEC, to amend its readings, but has a drawback: the need for regular verification or calibration can only be judged by the results of the previous ones. However, it cannot be argued that the set time period is uniquely determined, because the type of the function of changing the metrological characteristic, as a rule, cannot be determined in advance, and further influencing factors may appear during further operation. In addition, this method requires time for one comparison of about 20 minutes.
Задачей заявляемой группы изобретений является создание преобразователей термоэлектрических и способа, позволяющего определять необходимость проведения их поверки (калибровки), т.е. определение момента времени, когда показания преобразователей могут не отражать действительную температуру, а следовательно, их необходимо заменить или провести их периодическую поверку (калибровку). Своевременная замена или проведение поверки (калибровки), позволяющей ввести поправки к показаниям, обеспечит технический результат, заключающийся в повышении достоверности результатов измерений, надежности технологических процессов и качества производимой продукции.The objective of the claimed group of inventions is the creation of thermoelectric converters and a method that allows you to determine the need for verification (calibration), i.e. determination of the point in time when the readings of the transducers may not reflect the actual temperature, and therefore, they must be replaced or periodically calibrated (calibrated). Timely replacement or verification (calibration), which allows you to introduce corrections to the readings, will provide a technical result consisting in increasing the reliability of measurement results, the reliability of technological processes and the quality of products.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается по первому варианту преобразователь термоэлектрический кабельный, содержащий две термопары с одной и той же номинальной статической характеристикой. Причем термоэлектроды различных термопар выполнены из проволоки с различной концентрацией легирующих элементов и/или из проволоки с различным номинальным сечением, и/или из проволоки, прошедшей предварительную термическую обработку различного вида.To solve the problem, as well as to achieve the claimed technical result, a thermoelectric cable converter containing two thermocouples with the same nominal static characteristic is proposed in the first embodiment. Moreover, the thermoelectrodes of various thermocouples are made of wire with a different concentration of alloying elements and / or of a wire with a different nominal cross section, and / or of a wire that has undergone preliminary heat treatment of various types.
Для изготовления преобразователя термоэлектрического по первому варианту предлагается термопарный кабель, состоящий из четырех проволок, попарно изготовленных из двух различных термоэлектродных сплавов. Проволоки помещены в металлическую оболочку из жаростойкой стали или сплава и изолированы друг от друга и от оболочки минеральной изоляцией из окиси магния или окиси алюминия. При этом проволоки, выполненные из одного и того же термоэлектродного сплава, отличаются друг от друга концентрацией легирующих элементов и/или номинальным сечением, и/или видом предварительной термической обработки.To manufacture a thermoelectric converter according to the first embodiment, a thermocouple cable is proposed, consisting of four wires made in pairs of two different thermoelectrode alloys. The wires are placed in a metal sheath made of heat-resistant steel or alloy and are isolated from each other and from the sheath by mineral insulation from magnesium oxide or aluminum oxide. In this case, wires made of the same thermoelectrode alloy differ from each other in the concentration of alloying elements and / or nominal cross-section, and / or type of preliminary heat treatment.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается по второму варианту преобразователь термоэлектрический, содержащий узел коммутации, защитный чехол, узел крепления термопар, выполненный со сквозным отверстием, предназначенным для размещения контрольного или эталонного средства измерения внутри защитного чехла, два чувствительных элемента в виде термопар с одной и той же номинальной статической характеристикой. Причем термопары отличаются по типу материалов, изолирующих термоэлектроды, и/или по сечению термоэлектродов, и/или по концентрации легирующих элементов в термоэлектродах, и/или по виду их предварительной термической обработки, и/или по количеству элементов механической защиты термоэлектродов, ее геометрическим параметрам.To solve the problem, as well as to achieve the claimed technical result, a thermoelectric converter is proposed for the second embodiment, comprising a switching unit, a protective case, a thermocouple attachment unit made with a through hole designed to accommodate a control or reference measuring instrument inside the protective case, two sensing elements in the form of thermocouples with the same nominal static characteristic. Moreover, thermocouples differ in the type of materials that insulate the thermoelectrodes, and / or in the cross section of the thermoelectrodes, and / or in the concentration of alloying elements in the thermoelectrodes, and / or in the form of their preliminary heat treatment, and / or in the number of elements for mechanical protection of the thermoelectrodes, and its geometric parameters .
Дополнительно по второму варианту предлагается в качестве первого чувствительного элемента использовать кабельную термопару стандартной компоновки в оболочке из жаростойкой стали или сплава с минеральной изоляцией, например, из окиси магния или окиси алюминия. Под кабельной термопарой стандартной компоновки подразумевается преобразователь термоэлектрический кабельный (кабельная термопара), изготовленный в соответствии с требованиями стандарта Международной электротехнической комиссии №1515 «Термопары и термопарные кабели с минеральной изоляцией» и/или в соответствии с требованиями ГОСТ 23847-79 «Преобразователи термоэлектрические кабельные. Технические условия». А в качестве второго чувствительного элемента применить термопару с термоэлектродами, изолированными друг от друга, от основного чувствительного элемента и защитного чехла одно- или многоканальной керамической соломкой, или стеклонитью, или кремнеземной нитью.In addition, according to the second embodiment, it is proposed to use a standard-type cable thermocouple in a sheath made of heat-resistant steel or an alloy with mineral insulation, for example, magnesium oxide or aluminum oxide, as the first sensitive element. Standard thermocouple cable means a thermoelectric cable converter (cable thermocouple) made in accordance with the requirements of the International Electrotechnical Commission No. 1515 “Thermocouples and thermocouple cables with mineral insulation” and / or in accordance with the requirements of GOST 23847-79 “Thermoelectric cable converters. Technical conditions. " And as a second sensitive element, use a thermocouple with thermoelectrodes isolated from each other, from the main sensitive element and the protective cover with a single or multi-channel ceramic straw, or glass fiber, or silica thread.
Дополнительно по второму варианту предлагается первый чувствительный элемент изготовить в виде кабельной термопары стандартной компоновки с наружным диаметром от 4 до 8 мм, а второй чувствительный элемент выполнить в виде кабельной термопары стандартной компоновки с наружным диаметром от 1 до 3 мм.In addition, according to the second embodiment, it is proposed that the first sensitive element be made in the form of a cable thermocouple of a standard layout with an outer diameter of 4 to 8 mm, and the second sensor element should be made in the form of a cable thermocouple of a standard layout with an outer diameter of 1 to 3 mm.
Дополнительно по второму варианту предлагается в качестве первого чувствительного элемента использовать кабельную термопару с увеличенной толщиной оболочки или с оболочкой, состоящей из двух коаксиально расположенных слоев различного металла, или с оболочкой из стали или сплава с химическим составом, близким к составу термоэлектродов, имеющей коэффициент линейного расширения, сопоставимый с коэффициентом линейного расширения термоэлектродов, или кабельную термопару с минеральной изоляцией, обладающей большим, чем окись магния и окись алюминия, сопротивлением изоляции во всем диапазоне температур, а в качестве второго чувствительного элемента применить кабельную термопару стандартной компоновки с диаметром электродов, не превышающим диаметр термоэлектродов основного чувствительного элемента.In addition, according to the second variant, it is proposed to use a cable thermocouple with an increased sheath thickness or with a sheath consisting of two coaxially arranged layers of different metal, or with a sheath of steel or alloy with a chemical composition similar to the composition of thermoelectrics with a linear expansion coefficient as the first sensitive element comparable to the coefficient of linear expansion of thermoelectrodes, or a cable thermocouple with mineral insulation, which is larger than magnesium oxide and approx aluminum, insulation resistance over the entire temperature range, and as the second sensitive element, use a standard thermocouple cable with an electrode diameter not exceeding the diameter of the thermoelectrodes of the main sensor.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается способ определения необходимости проведения поверки или калибровки термоэлектрического преобразователя по п.1 или по п.3, заключающийся в том, что в преобразователе используют термопары, обладающие различной степенью чувствительности к факторам, вызывающим изменение их статических характеристик в процессе эксплуатации, которую определяют как разницу между изменениями характеристик термопар на величину не менее чем 0,15% от измеряемого уровня температуры за межповерочный интервал, установленный по методике, основанной на предположении о непрерывном, с конечной случайной скоростью, изменении метрологических характеристик средств измерений. В процессе эксплуатации одновременно или через интервал времени, в течение которого изменение температуры не превышает неопределенность ее измерения, фиксируют показания обеих термопар, а о необходимости проведения поверки или калибровки термоэлектрического преобразователя судят после расхождения полученных результатов на величину, большую, чем расширенная неопределенность разницы между показаниями термопар.To solve the problem, as well as to achieve the claimed technical result, a method for determining the need for verification or calibration of a thermoelectric converter according to
Из многочисленных публикаций известно, что кабельные термоэлектрические преобразователи обладают более высокой стабильностью по сравнению с проволочными. Так, изменение показаний кабельных термопар типа ХК диаметром 4 мм (диаметр электрода 0,85 мм) при 425±10°С за 10000 часов не превышает 0,5°С, а за 25000 часов составляет 1,15°С /Геращенко О.А., Гордов А.Н., Еремина А.К. и др. Температурные измерения. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1989., с.387/, тогда как для проволочных достигает 1°С за 10000 часов.From numerous publications it is known that cable thermoelectric converters have higher stability compared to wire ones. Thus, a change in the readings of cable thermocouples of type XK with a diameter of 4 mm (electrode diameter 0.85 mm) at 425 ± 10 ° C for 10,000 hours does not exceed 0.5 ° C, and for 25,000 hours it is 1.15 ° C / Gerashchenko O. A., Gordov A.N., Eremina A.K. and other temperature measurements. Directory. Kiev: Naukova Dumka, 1989., p. 387 /, while for wire reaches 1 ° C in 10,000 hours.
Сравнительные испытания термопар типа ХА показали, что изменение термоЭДС кабельной термопары наружным диаметром 3 мм (диаметр термоэлектродов 0,65 мм) при температуре 800°С за 10000 часов составляет примерно 2,5°С, тогда как у обычной термопары ТХА с термоэлектродами диаметром 3,2 мм оно достигает 3°С, а при диаметре электродов 0,7 мм превышает 200-250 мкВ (5-6°С) при тех же условиях /Рогельберг И.Л., Бейлин В.М. Сплавы для термопар. Справочник. М.: Металлургия, 1983, с.84/.Comparative tests of XA-type thermocouples showed that a change in the thermoelectric power of a cable thermocouple with an outer diameter of 3 mm (diameter of thermoelectrodes is 0.65 mm) at a temperature of 800 ° С for 10,000 hours is approximately 2.5 ° С, whereas for a conventional ТХА thermocouple with thermoelectrodes of 3 , 2 mm it reaches 3 ° C, and with an electrode diameter of 0.7 mm it exceeds 200-250 μV (5-6 ° C) under the same conditions / Rogelberg I.L., Beilin V.M. Alloys for thermocouples. Directory. M .: Metallurgy, 1983, p. 84 /.
Повышенная стабильность кабельных термопар объясняется затруднением окисления термоэлектродов из-за ограниченного количества кислорода внутри кабеля, а также дополнительной защитой термоэлектродов от воздействия рабочей среды металлической оболочкой и окисью магния.The increased stability of cable thermocouples is explained by the difficulty in oxidizing thermoelectrodes due to the limited amount of oxygen inside the cable, as well as additional protection of thermoelectrodes from exposure to the working medium with a metal sheath and magnesium oxide.
Повысить метрологическую стабильность термопар можно и за счет небольшого изменения химического состава термоэлектродов. Легирование производят элементами, увеличивающими сопротивление газовой коррозии. При этом легирующие элементы или незначительно меняют термоЭДС сплавов, или их влияние компенсируется за счет других легирующих элементов. Так, положительное влияние десятых долей процента кремния на жаростойкость хромеля приводит и к повышению его стабильности. Легирование одного и того же сплава разными элементами может быть причиной изменения направления дрейфа термоЭДС Например, легирование хромеля алюминием увеличивает его термоЭДС, а кремнием уменьшает. Введение в сплав обоих элементов уменьшает нестабильность хромеля до пренебрежимо малой величины.The metrological stability of thermocouples can also be increased due to a small change in the chemical composition of thermoelectrodes. Alloying is done with elements that increase the resistance to gas corrosion. In this case, the alloying elements either slightly change the thermopower of the alloys, or their influence is compensated by other alloying elements. Thus, the positive influence of tenths of a percent of silicon on the heat resistance of chromel also leads to an increase in its stability. Alloying the same alloy with different elements can cause a change in the direction of drift of thermoEMF. For example, alloying chromel with aluminum increases its thermoEMF and decreases with silicon. The introduction of both elements into the alloy reduces chromel instability to a negligible value.
В работе [Bentley R.E. Optimising the thermoelectric stability of ID-MIMS type К thermocouples by adjusting the levels of Mn and Al. Proceedings of international symposium "Temperature-92. It's measurement and control in science and industry", v.6, part 1, American institute of physics, New York, 1992, pp.591-594], посвященной оптимизации состава легирующих элементов термоэлектродов кабельной термопары ХА, указываются оптимальные исходные концентрации в алюмелевом электроде марганца на уровне 0,8% и алюминия на уровне 0,7%. Их присутствие в сплаве воздействует на изменение термоЭДС в обратном направлении, чем обратимые превращения в хромеле. В результате термопара будет иметь максимальную стабильность.In [Bentley R.E. Optimizing the thermoelectric stability of ID-MIMS type K thermocouples by adjusting the levels of Mn and Al. Proceedings of international symposium "Temperature-92. It's measurement and control in science and industry", v.6,
Еще одним путем повышения термоэлектрической стабильности сплавов является их термическая обработка. Например, хромелевые термоэлектроды, отожженные при температуре, лишь не намного превышающей температуру начала рекристаллизации, или отожженные при высокой температуре, но затем подвергнутые отжигу на «упорядочение» при 400-450°С, обладают стабильностью, превышающей стабильность термоэлектродов, отожженных по стандартным режимам, на 30-40%.Another way to increase the thermoelectric stability of alloys is their heat treatment. For example, chromel thermoelectrodes annealed at a temperature not only much higher than the temperature of the onset of recrystallization, or annealed at high temperature, but then subjected to annealing for “ordering” at 400-450 ° С, have stability exceeding the stability of thermoelectrodes annealed by standard conditions, 30-40%.
Таким образом, разная метрологическая стабильность двух абсолютно идентичных по конструкции термопар может быть предопределена предварительной термической обработкой или наличием легирующих добавок в термоэлектродах.Thus, the different metrological stability of two thermocouples absolutely identical in design can be predetermined by preliminary heat treatment or the presence of alloying additives in thermoelectrodes.
Необходимо также отметить, что нестабильность кабельной термопары незначительно зависит от диаметра кабеля, если он превышает 3 миллиметра. Для малых диаметров (0,5-2,0 мм) она существенно возрастает при уменьшении диаметра оболочки и, соответственно, термоэлектродов. Связано это, прежде всего, с природой механизмов, вызывающих изменение статической характеристики кабельных термопар. Эти причины ограничивают верхний предел применения кабельных термопар в зависимости от их диаметра. Так, в стандарте ASTM Е 608/Е 608М-00 (2004) «Типовые технические условия для термопар из неблагородных металлов с минеральной изоляцией в металлической оболочке» приводятся следующие рекомендуемые верхние пределы температур для кабельных термопар:It should also be noted that the instability of a cable thermocouple slightly depends on the diameter of the cable if it exceeds 3 millimeters. For small diameters (0.5-2.0 mm), it increases significantly with a decrease in the diameter of the shell and, accordingly, thermoelectrodes. This is due primarily to the nature of the mechanisms that cause a change in the static characteristics of cable thermocouples. These reasons limit the upper limit for the use of cable thermocouples depending on their diameter. So, in the standard ASTM E 608 / E 608M-00 (2004) "Typical specifications for base metals thermocouples with mineral insulation in a metal sheath" the following recommended upper temperature limits for cable thermocouples are given:
Различная восприимчивость кабельных термопар с разным диаметром к термоударам как фактору, влияющему на их метрологические характеристики, показана на фиг.1. Под термоударом в исследованиях, проведенных ООО «ПК «ТЕСЕЙ», понимается погружение термопары из комнатной температуры в печь с температурой 1000°С за одну минуту, выдержка до стабилизации показаний, далее вывод термопары из печи за то же время с последующим охлаждением до комнатной температуры за счет естественной конвекции. Нагрев за первую минуту составляет около 700°С. Исследовались термопары типа КТНН (нихросил-нисил) диаметром 4,5; 3 и 2 мм. Для каждой модификации изменение зависимости отслеживалось после проведения 500 термоударов. Как видно из представленных результатов, разница изменений характеристик для термопар диаметром 3 и 4,5 мм находится в пределах 0,2-0,3°С, что укладывается в неопределенность проведения измерений. Показания термопар диаметром 2 мм после 500 термоударов отличаются от показаний термопар диаметром 3 и 4,5 мм на величину, равную или превышающую 0,15% от измеряемой температуры.The different susceptibilities of cable thermocouples with different diameters to thermal shocks as a factor affecting their metrological characteristics are shown in Fig. 1. Thermal shock in studies conducted by PC TESEY LLC means immersion of a thermocouple from room temperature in a furnace with a temperature of 1000 ° C for one minute, holding until the readings stabilize, then removing the thermocouple from the furnace in the same time, followed by cooling to room temperature due to natural convection. Heating in the first minute is about 700 ° C. The thermocouples of the KTNN type (nichrosil-nisil) with a diameter of 4.5 were investigated; 3 and 2 mm. For each modification, the change in dependence was monitored after 500 thermal shocks. As can be seen from the presented results, the difference in changes in characteristics for thermocouples with a diameter of 3 and 4.5 mm is in the range of 0.2-0.3 ° C, which fits into the uncertainty of the measurements. The readings of thermocouples with a diameter of 2 mm after 500 shocks differ from the readings of thermocouples with a diameter of 3 and 4.5 mm by an amount equal to or greater than 0.15% of the measured temperature.
Производятся также кабели специальных конструкций, отличающиеся от стандартных исполнений наличием второй защитной оболочки из другого материала или изготовлением оболочки с увеличенной в 1,5-2 раза толщиной (фиг.2). Приведенные конструкции также позволяют увеличить метрологическую стабильность при прочих равных условиях.Cables of special designs are also produced, which differ from standard designs by the presence of a second protective sheath from another material or by the manufacture of a sheath with a thickness 1.5–2 times increased (FIG. 2). The above designs also make it possible to increase metrological stability, ceteris paribus.
Еще одной причиной изменения характеристики кабельного термоэлектрического преобразователя может быть различие в коэффициентах термического расширения его составных частей, что приводит к механической деформации термоэлектродов ТП, эксплуатирующегося в режиме теплосмен. Возникающие при этом остаточные микронапряжения вызывают изменение термоЭДС Для уменьшения влияния деформации все составляющие термопару материалы подбирают таким образом, чтобы они в процессе эксплуатации вели себя как одно целое и оказывали минимальное влияние друг на друга. Это достигается путем максимально возможного выравнивания коэффициентов термического расширения материалов и строгим дозированием содержания легирующих элементов и примесей в термоэлектродных сплавах термопары и оболочке кабеля. Такие кабельные термопары получили название термопар интегральной компоновки. В работе [Daneman H.L. The Choice of sheathing for mineral insulated thermocouples. J. Measurements & Control, 25(1), 1991, pp.93-95] приводятся данные о высокой стабильности кабельной термопары КТНН в оболочке из модифицированного сплава нихросил наружным диаметром кабеля 3 мм в течение 2200 ч при температуре 1100°С. Изменение термоЭДС не превысило 4°С. Для кабельных термопар КТНН диаметром 2 мм в оболочке из сплава марки Ig при температуре 1200°С оно составило -6°С и -9°С за 2000 и 4000 часов выдержки соответственно. [Bailleui G., Fourrez S. High stability type K & type N thermocouples for operation up to 1200°C. Proceedings of international symposium "Temperature-2002. It's measurement and control in science and industry", v.7, part 1, American institute of physics. New York, 2002].Another reason for the change in the characteristics of the cable thermoelectric converter may be the difference in the coefficients of thermal expansion of its components, which leads to mechanical deformation of thermoelectrodes TP, operating in the heat exchange mode. The resulting residual microstresses cause a change in thermoEMF. To reduce the effect of deformation, all materials that make up a thermocouple are selected in such a way that they behave as a whole during operation and have a minimal effect on each other. This is achieved by maximally equalizing the coefficients of thermal expansion of materials and by strictly dosing the content of alloying elements and impurities in thermoelectrode alloys of the thermocouple and cable sheath. Such cable thermocouples are called integrated thermocouples. In the work [Daneman H.L. The Choice of sheathing for mineral insulated thermocouples. J. Measurements & Control, 25 (1), 1991, pp.93-95] provides data on the high stability of the KTHN cable thermocouple in a sheath of modified alloy nichrosil with an outer cable diameter of 3 mm for 2200 hours at a temperature of 1100 ° C. The change in thermopower did not exceed 4 ° C. For cable thermocouples KTHN with a diameter of 2 mm in a shell of an Ig grade alloy at a temperature of 1200 ° C, it was -6 ° C and -9 ° C for 2000 and 4000 hours exposure, respectively. [Bailleui G., Fourrez S. High stability type K & type N thermocouples for operation up to 1200 ° C. Proceedings of international symposium "Temperature-2002. It's measurement and control in science and industry", v. 7,
Разработка и изготовление кабельных термопар интегральной компоновки позволяет достигать высокой стабильности не только термопар нихросил-нисил, но и хромель-алюмелевых [Bentley R.E. Thermoelectric behaviour of Ni-based ID-MIMS thermocouples using the Nicrosil-plus sheathing alloy. Proceedings of international symposium "Temperature-92. It's measurement and control in science and industry", v.6, part 1, American institute of physics, New York, 1992, pp.585-590].The development and manufacture of cable thermocouples with an integrated layout allows achieving high stability not only of nichrosil-nisil thermocouples, but also of chromel-alumel [Bentley R.E. Thermoelectric behavior of Ni-based ID-MIMS thermocouples using the Nicrosil-plus sheathing alloy. Proceedings of international symposium "Temperature-92. It's measurement and control in science and industry", v.6,
К повышению стабильности кабельных термопар приводит и применение изоляционных материалов, обладающих большим, чем окись магния, сопротивлением изоляции во всем диапазоне температур и препятствующих переходу легирующих элементов с термоэлектрода на термоэлектрод и с оболочки на термоэлектроды. В работе [Barberree D.A., The next generation of thermocouples for the turbine engine industry. Proceedings of international symposium "Temperature-2002. It's measurement and control in science and industry", v.7, parts 1 and 2, American institute of physics, New York, 2002] приводятся данные о повышении стабильности кабельных термопар ХА с оболочкой из инконеля и минеральной изоляцией Mi-Dry™ в среднем в 4 раза, а минимально в три. Испытания проводились при 1200°С в вакууме. Максимальное время сохранения статической характеристики в пределах ±10°С от номинальной для термопар с изоляцией из окиси магния составило 500 часов. Отклонения характеристики от номинальной для термопар с изоляцией Mi-Dry™ не превысили ±5°С за 1500 часов.The use of insulating materials with greater than magnesium oxide insulation resistance over the entire temperature range and preventing the transition of alloying elements from a thermoelectrode to a thermoelectrode and from a shell to thermoelectrodes leads to increased stability of cable thermocouples. In [Barberree D.A., The next generation of thermocouples for the turbine engine industry. Proceedings of international symposium "Temperature-2002. It's measurement and control in science and industry", v.7,
Таким образом, метрологическая стабильность термоэлектрических преобразователей зависит от типа материалов, изолирующих термоэлектроды, от сечения термоэлектродов, от концентрации легирующих элементов в термоэлектродах, от вида их предварительной термической обработки, от количества элементов механической защиты термоэлектродов и ее геометрических параметров.Thus, the metrological stability of thermoelectric converters depends on the type of materials insulating thermoelectrodes, on the cross section of thermoelectrodes, on the concentration of alloying elements in thermoelectrodes, on the type of their preliminary heat treatment, on the number of elements of mechanical protection of thermoelectrodes and its geometric parameters.
На фиг.3 представлено поперечное сечение преобразователя термоэлектрического по первому варианту (оно же является поперечным сечением предлагаемого термопарного кабеля), где 1, 2, 3, 4 - проволоки (термоэлектроды), причем 1 и 2 изготовлены из одного термоэлектродного сплава, а 3 и 4 - из другого, 5 - металлическая оболочка из жаростойкой стали или сплава, 6 - минеральная изоляция из окиси магния или окиси алюминия, при этом термоэлектроды 1 и 3 объединены в одну термопару, а 2 и 4 - в другую. Проволоки (термоэлектроды), выполненные из одного и того же термоэлектродного сплава, отличаются друг от друга концентрацией легирующих элементов и/или номинальным сечением, и/или видом предварительной термической обработки.Figure 3 shows the cross section of the thermoelectric converter according to the first embodiment (it is also the cross section of the proposed thermocouple cable), where 1, 2, 3, 4 are wires (thermoelectrodes), 1 and 2 are made of one thermoelectrode alloy, and 3 and 4 - from another, 5 - a metal sheath made of heat-resistant steel or alloy, 6 - mineral insulation from magnesium oxide or aluminum oxide, while
На фиг.4 изображен преобразователь термоэлектрический по второму варианту, где 7 - узел коммутации, 8 - защитный чехол, 9 - узел крепления термопар, выполненный со сквозным отверстием 10, предназначенным для размещения контрольного или эталонного средства измерения внутри защитного чехла, 11 и 12 - чувствительные элементы в виде термопар с одной и той же номинальной статической характеристикой, причем термопары отличаются по типу материалов, изолирующих термоэлектроды, и/или по сечению термоэлектродов, и/или по концентрации легирующих элементов в термоэлектродах, и/или по виду их предварительной термической обработки, и/или по количеству элементов механической защиты термоэлектродов, ее геометрическим параметрам.Figure 4 shows a thermoelectric converter according to the second embodiment, where 7 is a switching unit, 8 is a protective cover, 9 is a thermocouple mounting unit made with a through hole 10, designed to accommodate a control or reference measuring instrument inside the protective cover, 11 and 12 are sensitive elements in the form of thermocouples with the same nominal static characteristic, and thermocouples differ in the type of materials that insulate the thermoelectrodes, and / or in the cross section of the thermoelectrodes, and / or in the concentration of the alloying elements in in thermoelectrodes, and / or by the type of their preliminary heat treatment, and / or by the number of elements of mechanical protection of thermoelectrodes, its geometric parameters.
Устройство работает следующим образом. Для преобразователя термоэлектрического, содержащего защитный чехол 8, узел коммутации 7 и два чувствительных элемента 11 и 12 в виде термопар с одной и той же номинальной статической характеристикой, при наличии возможности выбирают термопары с максимально близкими метрологическими характеристиками. При этом конструкция термопар обеспечивает различную степень восприимчивости к факторам, влияющим на их метрологическую стабильность. Например, это кабельные термопары разного диаметра или одинакового, но с разной толщиной оболочки, или кабельная термопара и термопара с термоэлектродами, помещенными в керамические бусы.The device operates as follows. For a thermoelectric converter containing a protective cover 8, a switching unit 7 and two sensing elements 11 and 12 in the form of thermocouples with the same nominal static characteristic, if possible, choose thermocouples with the closest metrological characteristics. Moreover, the design of thermocouples provides a different degree of susceptibility to factors affecting their metrological stability. For example, these are cable thermocouples of different diameters or the same, but with different shell thicknesses, or cable thermocouples and thermocouples with thermoelectrodes placed in ceramic beads.
Для того чтобы убедиться в различной степени восприимчивости выбранных термопар к факторам, влияющим на их метрологическую стабильность, предварительно для них устанавливают межповерочный (межкалибровочный) интервал по методике, изложенной в РМГ 74-2004 «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖПОВЕРОЧНЫХ И МЕЖКАЛИБРОВОЧНЫХ ИНТЕРВАЛОВ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ». Причем дрейф показаний за установленный период времени у термопар должен отличаться на величину, большую, чем неопределенность проведения измерений. На неопределенность результатов измерений температуры термопарами влияют многие факторы, основные из них это:In order to verify the varying degrees of susceptibility of the selected thermocouples to factors influencing their metrological stability, an intertesting (intercalibration) interval is preliminarily established for them according to the method described in RMG 74-2004 "METHODS FOR DETERMINING INTERTEST AND INTERCALIBER INTERVALES OF MEDIA. Moreover, the drift of readings for a specified period of time for thermocouples should differ by an amount greater than the uncertainty of the measurement. Many factors influence the uncertainty of temperature measurements by thermocouples, the main ones are:
- неопределенность измерения термоЭДС регистрирующим прибором;- the uncertainty of measuring thermopower by a recording device;
- неопределенность калибровки термопары, т.е. определения ее индивидуальной статистической характеристики;- uncertainty of thermocouple calibration, i.e. determining its individual statistical characteristics;
- термоэлектрическая характеристика удлинительной линии, соединяющей термопару с регистрирующим прибором;- thermoelectric characteristic of the extension line connecting the thermocouple to the recording device;
- случайные эффекты при проведении измерений.- random effects during measurements.
В лаборатории ПК «Тесей», оснащенной современными средствами измерений, обеспечивается расширенная неопределенность градуировки термопар типов K и N, равная ±0,1% от измеряемой температуры в диапазоне от 300 до 1100°С.In the laboratory of PC "Theseus", equipped with modern measuring instruments, an expanded uncertainty of calibration of thermocouples of types K and N is provided, equal to ± 0.1% of the measured temperature in the range from 300 to 1100 ° С.
Из правил вычисления расширенной неопределенности следует что, определение разницы показаний термопар можно производить с неопределенностью ±0,15% от уровня температуры в диапазоне от 300 до 1100°С.From the rules for calculating the expanded uncertainty, it follows that the determination of the difference in thermocouple readings can be made with an uncertainty of ± 0.15% of the temperature level in the range from 300 to 1100 ° C.
Таким образом, для обеспечения работоспособности устройства необходимо выбрать пару термопар, показания которых за установленный в лабораторных условиях межповерочный интервал расходятся, по крайней мере, на величину, равную ±0,15% от измеряемого уровня температуры.Thus, to ensure the operability of the device, it is necessary to select a pair of thermocouples, the readings of which for the calibration interval established in laboratory conditions diverge, at least by an amount equal to ± 0.15% of the measured temperature level.
После размещения преобразователя термоэлектрического на объекте производят непрерывную регистрацию показаний обеих термопар. Так как степень восприимчивости термопар к факторам, влияющим на их метрологическую стабильность, разная, то с течением времени показания термопар начнут расходиться. Причем с большой степенью вероятности можно утверждать, что скорость расхождения показаний будет большей, чем при установлении межповерочного интервала по РМГ-74. При достижении определенной разницы, величина которой будет зависеть от выбранных конструкций термопар и условий эксплуатации, но не меньшей, чем расширенная неопределенность установления разницы показаний термопар, производят поверку или калибровку преобразователя.After placing the thermoelectric converter at the facility, the readings of both thermocouples are continuously recorded. Since the degree of susceptibility of thermocouples to factors influencing their metrological stability is different, over time the readings of thermocouples will begin to diverge. Moreover, with a high degree of probability it can be argued that the speed of the discrepancy of the readings will be greater than when establishing the calibration interval according to RMG-74. Upon reaching a certain difference, the value of which will depend on the selected thermocouple designs and operating conditions, but no less than the expanded uncertainty of establishing the difference in thermocouple readings, the transducer is checked or calibrated.
Для повышения достоверности поверки ее производят без демонтажа преобразователя термоэлектрического с объекта по методике МИ 3091 - 2007 «ГСИ. Преобразователи термоэлектрические с дополнительным каналом для эталонного кабельного термоэлектрического преобразователя. Методика поверки». После чего принимают решение о замене преобразователя или вводят поправки к показаниям обеих термопар и продолжают измерения до достижения нового расхождения на установленную величину.To increase the reliability of verification, it is carried out without dismantling the thermoelectric converter from the object according to the method of MI 3091 - 2007 “GSI. Thermoelectric converters with an additional channel for a standard cable thermoelectric converter. Verification Technique. ” Then they decide to replace the converter or amend the readings of both thermocouples and continue the measurements until a new discrepancy is reached by the set value.
Для доказательства достижения технического результата было изготовлено 3 термоэлектрических преобразователя с двумя чувствительными элементами, один в виде кабельной термопары градуировки ХА диаметром 4,5 мм, другой в виде кабельной термопары градуировки ХА диаметром 2 мм. Преобразователи эксплуатировались в печи отжига кирпича в циклическом режиме на протяжении 3,5 месяцев. В процессе эксплуатации производилась регистрация показаний обеих термопар. Температура определялась по номинальной статической характеристике с учетом поправок, полученных при первоначальной градуировке термопар. Полученные результаты для термопар одного из преобразователей представлены на фиг.5. Как видно, через 105 суток разница показаний при температуре 1000°С составила 3,4°С. При проведении измерений их расширенная неопределенность оценивалась в 2,5°С. Контрольная калибровка термопар по методике МИ 3091 - 2007 показала, что отклонение от первоначальной градуировки для термопары диаметром 4,5 мм составило 5,6°С на уровне 1000°С и термопара не вышла за пределы допуска, установленного для термопар 2-го класса. Отклонение термопары диаметром 2 мм составило 10,2°С, что свидетельствует о выходе ее показаний за пределы установленного допуска для термопар 2-го класса точности. Полученные результаты с учетом неопределенностей выполнения измерений подтверждают работоспособность предлагаемого устройства.To prove the achievement of the technical result, 3 thermoelectric converters with two sensitive elements were manufactured, one in the form of a cable thermocouple for graduation XA with a diameter of 4.5 mm, the other in the form of a cable thermocouple for graduation XA with a diameter of 2 mm. The converters were operated in a brick annealing furnace in a cyclic mode for 3.5 months. During operation, the readings of both thermocouples were recorded. The temperature was determined by the nominal static characteristic taking into account the corrections obtained during the initial calibration of thermocouples. The results obtained for thermocouples of one of the transducers are presented in figure 5. As can be seen, after 105 days the difference in readings at a temperature of 1000 ° C was 3.4 ° C. During measurements, their expanded uncertainty was estimated at 2.5 ° C. The control calibration of thermocouples according to the MI 3091-2007 method showed that the deviation from the initial calibration for the thermocouple with a diameter of 4.5 mm was 5.6 ° C at 1000 ° C and the thermocouple did not exceed the tolerance established for
Таким образом, решается поставленная задача - создание преобразователей термоэлектрических и способа, позволяющего определять необходимость проведения их периодической поверки или калибровки, а также достигается технический результат, заключающийся в повышении достоверности результатов измерений, надежности технологических процессов и качества производимой продукции.Thus, the task is solved - the creation of thermoelectric converters and a method that allows you to determine the need for periodic verification or calibration, and also achieves the technical result, which consists in increasing the reliability of measurement results, the reliability of technological processes and the quality of products.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137970/28A RU2403540C1 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Thermoelectric converter (versions), thermocouple cable for making thermoelectric converter in first version, method of determining need for checking or calibrating thermoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137970/28A RU2403540C1 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Thermoelectric converter (versions), thermocouple cable for making thermoelectric converter in first version, method of determining need for checking or calibrating thermoelectric converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2403540C1 true RU2403540C1 (en) | 2010-11-10 |
Family
ID=44026135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137970/28A RU2403540C1 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Thermoelectric converter (versions), thermocouple cable for making thermoelectric converter in first version, method of determining need for checking or calibrating thermoelectric converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2403540C1 (en) |
-
2009
- 2009-10-14 RU RU2009137970/28A patent/RU2403540C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Burns et al. | Platinum versus palladium thermocouples: an emf-temperature reference function for the range 0° C to 1500° C | |
| US5043023A (en) | Stable metal-sheathed thermocouple cable | |
| JP2007225485A (en) | Temperature fixed-point cell, temperature fixed-point device, and thermometer calibration method | |
| RU90898U1 (en) | THERMOELECTRIC CONVERTER (OPTIONS), THERMOCOUPLING CABLE FOR MANUFACTURING THERMOELECTRICAL CONVERTER FOR THE FIRST OPTION | |
| Webster | Base-metal thermocouple tolerances and their utility in real-world measurements | |
| RU2325622C1 (en) | Technique of controlling authenticity of readings of thermoelectric converter during operation | |
| RU2403540C1 (en) | Thermoelectric converter (versions), thermocouple cable for making thermoelectric converter in first version, method of determining need for checking or calibrating thermoelectric converter | |
| US11963446B2 (en) | Methods for making high-temperature thermocouples | |
| Webster | Seebeck changes due to residual cold-work and reversible effects in type K bare-wire thermocouples | |
| RU2299408C1 (en) | Device for measuring temperature in form of thermo-electric transformer | |
| RU2732341C1 (en) | Method for test of thermocouple and its thermoelectric capacity value without dismantling | |
| Pavlasek et al. | Effects of quartz glass insulation on platinum gold thermocouples | |
| Fenton | Errors in thermoelectric thermometers | |
| Bentley | Variability of deviation functions and ease of interpolation for Pt-based thermocouples | |
| Fedynets et al. | Theory and Practice of Temperature Measurement by Thermoelectric Transducers | |
| Sato | Stability test of industrial platinum resistance thermometers at 450° C for 1000 hours | |
| Barberree | The next generation of thermocouples for the turbine engine industry | |
| Belevtsev et al. | Stability of a Cable Nicrosil‐Nisil Thermocouple under Thermal Cycling | |
| Park | Thermocouple fundamentals | |
| Bentley | Thermoelectric changes in Au and Pt: metals used in elemental thermocouples | |
| JP5320330B2 (en) | Contact-type surface temperature sensor calibrator, calibration method for contact-type surface temperature sensor, and calibration method for reference temperature sensor | |
| Mangano et al. | Stability of K-, N-and S-type thermocouples in the temperature range from 0 C to 1060 C | |
| Megahed et al. | Assessment of temperature measurements using thermocouples at NIS-Egypt | |
| Ulanovskii et al. | Determination of the stability of cable thermocouples at the upper limit of their working temperature range | |
| Gotoh | Thermoelectric Scanning Study of Pt/Pd and Au/Pt Thermocouples up to 960° C with a Pressure Controlled Sodium Heat‐Pipe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191015 |