RU2653165C2 - Method of contact temperature sensor shells temperature and thermal inertia measuring and device for its implementation - Google Patents
Method of contact temperature sensor shells temperature and thermal inertia measuring and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653165C2 RU2653165C2 RU2015127847A RU2015127847A RU2653165C2 RU 2653165 C2 RU2653165 C2 RU 2653165C2 RU 2015127847 A RU2015127847 A RU 2015127847A RU 2015127847 A RU2015127847 A RU 2015127847A RU 2653165 C2 RU2653165 C2 RU 2653165C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- thermal inertia
- shells
- temperature
- sensitive elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для применения в океанографии и может быть использовано для точного измерения нестационарных температур и физических параметров среды, влияющих на теплообмен датчиков со средой.The invention relates to measuring technique, is intended for use in oceanography and can be used for accurate measurement of non-stationary temperatures and physical parameters of the medium, affecting the heat exchange of sensors with the medium.
Известны способы Г. Пфрима и их развитие для измерения динамической температуры и коэффициента теплообмена датчика со средой с использованием двух разных по динамическим параметрам датчиков, эквивалентных инерционным звеньям первого и второго порядка [Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. - 2-е изд., перераб. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 256 с.: ил. ISBN 5-283-04474-2].Known methods G. Pfrim and their development for measuring the dynamic temperature and heat transfer coefficient of the sensor with the environment using two different in dynamic parameters of the sensors, equivalent to the inertial links of the first and second order [N. Yaryshev Theoretical basis for measuring unsteady temperature. - 2nd ed., Revised. - L .: Energoatomizdat. Leningra. Otdel., 1990 .-- 256 p.: ill. ISBN 5-283-04474-2].
Однако практическая реализация этих способов затруднена из-за необходимости знания конструктивных параметров датчиков, определяющих их инерционные показатели. Идентификация этих параметров затруднена и не возможна в известных способах. Это ограничивает точность динамических измерений и метрологическую долговечность.However, the practical implementation of these methods is difficult due to the need to know the design parameters of the sensors that determine their inertial parameters. Identification of these parameters is difficult and not possible in known methods. This limits the accuracy of dynamic measurements and metrological durability.
Реальные датчики содержат чувствительный элемент, помещенный в защитную оболочку, заполненную теплопроводящим наполнителем. Моделью таких датчиков является последовательное включение трех инерционных звеньев первого порядка.Real sensors contain a sensitive element placed in a protective shell filled with a heat-conducting filler. The model of such sensors is the sequential inclusion of three inertial links of the first order.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности динамических измерений температуры и метрологической долговечности за счет определения показателей термической инерции чувствительных элементов и оболочек датчика в рабочем режиме.The aim of the invention is to increase the accuracy of dynamic measurements of temperature and metrological durability by determining the thermal inertia of the sensitive elements and shells of the sensor in the operating mode.
Эта цель достигается тем, что используют три датчика, состоящих из чувствительных элементов с разными показателями термической инерции и помещенных во внешние оболочки с одинаковыми значениями теплового фактора и внутренней теплопроводящей средой (наполнителем) с разными показателями термической инерции, помещают датчики в среде измерения с одинаковыми условиями обтекания потоком для обеспечения равенства коэффициентов конвективного теплообмена внешних оболочек датчиков со средой, измеряют одновременно текущие температуры чувствительных элементов датчиков θt1, θt2 и θt3, определяют текущую температуру среды θtc по формулеThis goal is achieved by using three sensors, consisting of sensitive elements with different thermal inertia indices and placed in external shells with the same values of the thermal factor and internal heat-conducting medium (filler) with different thermal inertia indices, and placing the sensors in the measuring medium with the same conditions flow around the flow to ensure equality of the coefficients of convective heat transfer of the outer shells of the sensors with the medium, simultaneously measure the current sensing temperatures integral elements of the sensors θ t1 , θ t2 and θ t3 , determine the current medium temperature θ tc by the formula
текущий показатель термической инерции внешней оболочки датчиков εt3 по формулеcurrent indicator of thermal inertia of the outer shell of the sensors ε t3 according to the formula
показатели термической инерции внутренних чувствительных элементов датчиковthermal inertia indicators of internal sensitive elements of sensors
первого
второго
третьего
показатели термической инерции внутренних оболочек (наполнителей) датчиковindicators of thermal inertia of the inner shells (fillers) of the sensors
первого εl2=x1-ε11,the first ε l2 = x 1 -ε 11 ,
второго ε22=x3-ε21,second ε 22 = x 3 -ε 21 ,
третьего ε32=x5-ε31,third ε 32 = x 5 -ε 31 ,
где
xj
где
Конструкция датчика температуры с тремя чувствительными элементами показана на фиг. 1. Структурная схема устройства измерения температуры и показателя термической инерции оболочек датчиков показана на фиг. 2.The construction of a temperature sensor with three sensing elements is shown in FIG. 1. A block diagram of a temperature measuring device and a thermal inertia index of sensor shells is shown in FIG. 2.
Рассмотрим суть предлагаемого способа. Запишем уравнение теплового баланса для пассивного датчика, имеющего две оболочки вокруг чувствительного элемента (ЧЭ) и три поверхности теплообмена, в показателях термической инерции этих поверхностей. Этим уравнением будет инерционное звено 3-го порядка.Consider the essence of the proposed method. We write the heat balance equation for a passive sensor having two shells around the sensing element (SE) and three heat exchange surfaces, in terms of thermal inertia of these surfaces. This equation will be the 3rd order inertial link.
Для инерционного звена 1-го порядка, соответствующего ЧЭ датчика без оболочки, известно [Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. - 2-е изд., перераб. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 256 с.: ил. ISBN 5-283-04474-2] уравнениеFor the inertial link of the first order corresponding to the SE of the sensor without a shell, it is known [N. Yaryshev Theoretical basis for measuring unsteady temperature. - 2nd ed., Revised. - L .: Energoatomizdat. Leningra. Otdel., 1990 .-- 256 p.: ill. ISBN 5-283-04474-2] equation
где θtc - текущая температура внешней среды, как первой оболочки ЧЭ;where θ tc is the current temperature of the external environment, as the first shell of the SE;
θt1 - текущая температура ЧЭ;θ t1 is the current temperature of the SE;
εt1 - показатель термической инерции ЧЭ, зависит от времени, поскольку он зависит от переменного коэффициента теплообмена αt1 ЧЭ со средой, причем
S1 - площадь поверхности контакта ЧЭ со средой. Значение
При помещении ЧЭ в некую первую оболочку (в нашем случае - наполнитель с показателем тепловой инерции εt2), которая занимает место внешней среды по температуре θt2, и температура θtc внешней среды отсчитывается от температуры θt3 и вместо формулы (1) можем записатьWhen a SE is placed in a certain first shell (in our case, a filler with a thermal inertia index ε t2 ), which takes the place of the external medium in temperature θ t2 , and the external temperature θ tc is counted from the temperature θ t3 and instead of formula (1) we can write
При этом из формулы (1)Moreover, from the formula (1)
с учетом замены εt1 на ε1, поскольку показатель тепловой инерции ε1 ЧЭ стал внутренним консервативным из-за квазипостоянства коэффициента теплообмена αt1→α1 ЧЭ с первой оболочкой.taking into account the replacement of ε t1 by ε 1 , since the thermal inertia index ε 1 SE has become internal conservative due to the quasi-constancy of the heat transfer coefficient α t1 → α 1 SE with the first shell.
Дифференцируем выражение (3) и находимWe differentiate expression (3) and find
Подставляем выражения для θt2 и
Помещаем ЧЭ в первой оболочке из наполнителя во вторую оболочку (трубку) с показателем тепловой инерции εt3 и температурой θt3.We place the SE in the first shell from the filler into the second shell (tube) with the thermal inertia index ε t3 and temperature θ t3 .
Для температуры внешней среды θt4=θtc по аналогии с выражениями (2-4) запишемFor the ambient temperature θ t4 = θ tc, by analogy with expressions (2-4), we write
В выражении (8) показатели термической инерции ЧЭ ε1 и наполнителя ε2 являются консервативными и их можно считать постоянными на некотором отрезке времени, показатель термической инерции внешней оболочки εt3 изменяется во времени из-за изменчивости коэффициента αt3 теплообмена с внешней средой и подлежит определению в текущем времени. Запишем выражение (8), выделив неизвестные θtc и εt3 In expression (8), the thermal inertia indices of the SE ε 1 and filler ε 2 are conservative and can be considered constant over a certain period of time; the thermal inertia index of the outer shell ε t3 changes over time due to the variability of heat transfer coefficient α t3 with the external environment and is subject to definition in the current time. We write expression (8), highlighting the unknowns θ tc and ε t3
Для достижения поставленной цели используем три датчика, у которых показатели εt3 совпадают, а показатели ε1 и ε2 различаются. Обозначим их ε11, ε12, ε21, ε22, ε31, ε32.To achieve this goal, we use three sensors in which the indices ε t3 coincide, and the indices ε 1 and ε 2 differ. Denote them by ε 11 , ε 12 , ε 21 , ε 22 , ε 31 , ε 32 .
Обозначим вычисляемые из измерений величиныWe denote the quantities calculated from the measurements
при εi1+εi2=bi1, εi1εi2=bi2.for ε i1 + ε i2 = b i1 , ε i1 ε i2 = b i2 .
Для трех датчиков получим систему уравнений относительно неизвестных θtc и εt3 For three sensors, we obtain a system of equations for the unknown θ tc and ε t3
Первое и второе уравнения из системы (12) дают расширенную матрицу видаThe first and second equations from system (12) give an expanded matrix of the form
и первые значения для неизвестныхand first values for unknowns
Первое и третье уравнение из системы (12) дают расширенную матрицу видаThe first and third equations from system (12) give an expanded matrix of the form
и вторые значения для неизвестныхand second values for unknowns
Эти пары значений неизвестных для одного и того же момента времени при отсутствии погрешностей измерений температур ЧЭ и определения их производных должны совпадать. Поскольку указанные погрешности всегда имеют место, то совпадения не будет и целесообразно за оценки неизвестных взять средние из двух полученных выше значенийThese pairs of unknown values for the same time moment in the absence of errors in measuring the temperature of the SE and determining their derivatives should coincide. Since the indicated errors always occur, there will be no coincidence and it is advisable to take the average of the two values obtained above for the estimates of the unknown
Для нахождения показателей термической инерции внутренних оболочек датчиков после изготовления или в рабочем режиме приравняем выражения для
Подставляя выражения для At1, At2, At3 и Ct1, Ct2, Ct3 в (21) получимSubstituting the expressions for A t1 , A t2 , A t3 and C t1 , C t2 , C t3 in (21) we obtain
За счет отсчетов во времени сформируем систему линейных алгебраических уравнений, для чего раскрываем скобки, приводим подобные, группируем неизвестные и коэффициенты при них, вводим обозначения для новых неизвестныхUsing time samples, we form a system of linear algebraic equations, for which we open the brackets, give similar ones, group the unknowns and their coefficients, introduce notation for new unknowns
Для коэффициентов при неизвестных получимFor coefficients with unknowns, we obtain
Для свободных членов запишем
Представляют интерес шесть первых неизвестных xi
После нахождения xi
Во второе выражение подставляем ε12=x1-ε11 и получаемIn the second expression we substitute ε 12 = x 1 -ε 11 and we obtain
По аналогии получимBy analogy, we get
Таким образом, предложенный способ позволяет измерять без динамической погрешности текущую температуру среды θtc, общий для трех датчиков текущий показатель термической инерции внешней оболочки датчиков εt3, а также квазипостоянные медленно изменяющиеся показатели термической инерции чувствительных элементов ε11, ε21, ε31 и наполнителей ε12, ε22, ε32, что обеспечивает метрологическую долговечность.Thus, the proposed method allows to measure without dynamic error the current medium temperature θ tc , common for three sensors current indicator of thermal inertia of the outer shell of the sensors ε t3 , as well as quasi-constant slowly varying thermal inertia indicators of sensitive elements ε 11 , ε 21 , ε 31 and fillers ε 12 , ε 22 , ε 32 , which ensures metrological durability.
Устройство для осуществления предложенного способа, в отличии от известных, должно содержать три датчика температуры из чувствительных элементов в трубках с наполнителем, конструкция которых должна обеспечивать различие показателей термической инерции ε11, ε21, ε31 чувствительных элементов и наполнителей ε12, ε22, ε32 и равенство текущих показателей термической инерции внешних оболочек εt13=εt13=εt33=εt3.A device for implementing the proposed method, in contrast to the known ones, should contain three temperature sensors from the sensitive elements in the tubes with filler, the design of which should provide a difference in thermal inertia ε 11 , ε 21 , ε 31 of the sensitive elements and fillers ε 12 , ε 22 , ε 32 and the equality of the current thermal inertia of the outer shells ε t13 = ε t13 = ε t33 = ε t3 .
Указанные требования удовлетворяются, если конструкцию датчиков выполнить так, как это показано на чертеже фиг. 1.These requirements are met if the design of the sensors is performed as shown in the drawing of FIG. one.
Чувствительные элементы 1, 2 и 3 распределены на равных участках внутри общей трубки 4, заполненной теплопроводящей средой (наполнителем) 5. Различие в показателях термической инерции ε11, ε21, ε31 распределенных чувствительных элементов достигается изменением их массы (соответственно и объема), например, за счет укладки разного количества продольных петель пассивного провода 6. Это автоматически, за счет изменения объема в трубке с фиксированным внутренним диаметром обеспечивает различие в показателях термической инерции наполнителей ε11, ε22, ε32. Поскольку внешние оболочки всех чувствительных элементов идентичны и одинаково расположены в потоке во внешней среде, то тепловой фактор
Устройство для осуществления предложенного способа (фиг. 2) кроме трех датчиков 1i с указанными выше отличиями содержит также электронику обрамления, которая может быть выполнена известным образом, например, в составе вторичных измерительных преобразователей 2i, аналого-цифровых преобразователей 3i и микропроцессора 4
Claims (41)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127847A RU2653165C2 (en) | 2015-07-09 | 2015-07-09 | Method of contact temperature sensor shells temperature and thermal inertia measuring and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127847A RU2653165C2 (en) | 2015-07-09 | 2015-07-09 | Method of contact temperature sensor shells temperature and thermal inertia measuring and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015127847A RU2015127847A (en) | 2017-01-16 |
RU2653165C2 true RU2653165C2 (en) | 2018-05-07 |
Family
ID=58449763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127847A RU2653165C2 (en) | 2015-07-09 | 2015-07-09 | Method of contact temperature sensor shells temperature and thermal inertia measuring and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653165C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU620842A1 (en) * | 1976-10-04 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я Г-4371 | Method of determining the factor of temperature relay thermal inertia |
SU632916A1 (en) * | 1971-09-17 | 1978-11-15 | Предприятие П/Я М-5539 | Method of determining thermal inertia constant of temperature sensors |
SU1173207A1 (en) * | 1983-07-19 | 1985-08-15 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Method of determining heat inertia index of thermotransducers |
SU1478055A1 (en) * | 1987-07-27 | 1989-05-07 | Морской гидрофизический институт АН УССР | Method of determining actual sluggishness of thermal salt probe temperature meter |
-
2015
- 2015-07-09 RU RU2015127847A patent/RU2653165C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU632916A1 (en) * | 1971-09-17 | 1978-11-15 | Предприятие П/Я М-5539 | Method of determining thermal inertia constant of temperature sensors |
SU620842A1 (en) * | 1976-10-04 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я Г-4371 | Method of determining the factor of temperature relay thermal inertia |
SU1173207A1 (en) * | 1983-07-19 | 1985-08-15 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Method of determining heat inertia index of thermotransducers |
SU1478055A1 (en) * | 1987-07-27 | 1989-05-07 | Морской гидрофизический институт АН УССР | Method of determining actual sluggishness of thermal salt probe temperature meter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015127847A (en) | 2017-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109470407A (en) | The calibration method of distributed multinode fluid temperature, pressure sensor measurement data | |
CN104376211A (en) | Method for assessing measurement uncertainty of coordinate measuring machine | |
RU2529664C1 (en) | Calorimeter of alternating temperature (versions) | |
CN108152325B (en) | Method for calibrating heat conductivity instrument based on heat shield plate method | |
CN109540340A (en) | The calibration method of fluid temperature, pressure monitoring sensor in a kind of pipeline | |
CN103557960A (en) | Fabry-Perot fiber-optic temperature sensing system and method | |
CN103234662A (en) | Compensation method for automatic temperature detection and automatic temperature detection system | |
CN109100051B (en) | Temperature correction method and device for dynamic response of temperature sensor | |
CN106289563A (en) | Temperature checking method, system and device | |
CN109580033A (en) | A kind of concrete dam distributed optical fiber temperature measurement data error compensation method | |
CN106706165A (en) | Method and device for measuring temperature | |
CN104180929A (en) | Calibration method of thermal resistance type hot-fluid sensor | |
Yi et al. | Measurement error of surface-mounted fiber Bragg grating temperature sensor | |
CN106197751A (en) | The thermometry in a kind of temperature field and device | |
CN110595508A (en) | Optical fiber gyroscope scale factor error compensation method | |
CN103217454A (en) | Fiber bragg grating measurement system and method for cylindrical structure thermal diffusivity | |
CN105387952B (en) | A kind of method of the temperature of indirect measurement quartz vibration beam accelerometer inner quartz resonance beam | |
RU2653165C2 (en) | Method of contact temperature sensor shells temperature and thermal inertia measuring and device for its implementation | |
US20220365245A1 (en) | Output method for electronic wbgt meter, and electronic wbgt meter | |
CN205426383U (en) | Temperature measurement probe and system | |
RU2647504C1 (en) | Method of dynamic grading of thermometers of resistance | |
CN113758602A (en) | Fiber grating total temperature probe capable of correcting heat conduction error and manufacturing method thereof | |
CN111060215A (en) | Method for detecting spatial resolution of distributed optical fiber temperature sensor | |
CN207798717U (en) | A kind of electrometric sensor for testing linear expansion coefficient | |
RU2452983C1 (en) | Gradient meter |