RU2720819C1 - Device for calibration of high-temperature thermocouples - Google Patents
Device for calibration of high-temperature thermocouples Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720819C1 RU2720819C1 RU2019144999A RU2019144999A RU2720819C1 RU 2720819 C1 RU2720819 C1 RU 2720819C1 RU 2019144999 A RU2019144999 A RU 2019144999A RU 2019144999 A RU2019144999 A RU 2019144999A RU 2720819 C1 RU2720819 C1 RU 2720819C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermocouples
- temperature
- protective cover
- calibration
- thermocouple
- 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
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
- G01K1/12—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для калибровки высокотемпературных термоэлектрических преобразователей, в т.ч. вольфрамрениевых, предназначенных для измерения температуры сред в диапазоне 1700 - 2500 °С.The invention relates to thermometry and can be used for calibration of high-temperature thermoelectric converters, including tungsten framing intended for measuring the temperature of media in the range of 1700 - 2500 ° C.
Известны вольфрамрениевые термопары (ВР-термопары) типа А (ВР5-ВР20), где содержание рения в термоэлементах составляет, соответственно, 5 и 20%, и типа С (ВР5-ВР26), где содержание рения в термоэлементах составляет, соответственно, 5 и 26%. Такие термопары имеют самый широкий диапазон измеряемых температур среди контактных датчиков. Верхний предел измеряемых температур достигает 2300 °С для термопар типа С и 2500 °С для термопар типа А по стандарту МЭК 60584-1:2013. Однако их широкое применение при температурах выше 1700 °С ограничено, в том числе из-за отсутствия надежного метрологического контроля и достоверной калибровки как на стадии изготовления, так и в процессе эксплуатации.Known tungsten-fired thermocouples (BP thermocouples) of type A (BP5-BP20), where the rhenium content in thermocouples is, respectively, 5 and 20%, and type C (BP5-BP26), where the rhenium content in thermocouples is, respectively, 5 and 26% Such thermocouples have the widest range of measured temperatures among contact sensors. The upper limit of the measured temperatures reaches 2300 ° C for type C thermocouples and 2500 ° C for type A thermocouples according to IEC 60584-1: 2013. However, their widespread use at temperatures above 1700 ° C is limited, including due to the lack of reliable metrological control and reliable calibration both at the manufacturing stage and during operation.
Известен российский метод калибровки ВР-термопар в горизонтальной печи с графитовым нагревателем в полости графитового излучателя, установленного внутри нагревателя, согласно статье Улановский А., Эдлер Ф., Фишер Й., Олейников П., Зайцев П., Походун А. Особенности высокотемпературной калибровки вольфрам-рениевых термопар // Международный журнал Термофизика, 2015. №36 (2-3). Стр. 433-443. Температура полости графитового излучателя измеряется эталонным пирометром, а затем в полость излучателя погружается ВР-термопара, которая калибруется по измеренной температуре полости. Стабильность поддержания температуры при этих манипуляциях контролируется управляющим пирометром печи (пирометр обратной связи). Метод калибровки в полости графитового излучателя в горизонтальной печи имеет свои недостатки:The Russian method for calibrating BP thermocouples in a horizontal furnace with a graphite heater in the cavity of a graphite radiator installed inside the heater is known, according to the article Ulanovsky A., Edler F., Fisher J., Oleinikov P., Zaitsev P., Pokhodun A. Features of high-temperature calibration tungsten-rhenium thermocouples // International Journal of Thermophysics, 2015. No. 36 (2-3). Page 433-443. The temperature of the cavity of a graphite emitter is measured with a reference pyrometer, and then a VR thermocouple is immersed in the cavity of the emitter, which is calibrated by the measured temperature of the cavity. The stability of the temperature during these manipulations is controlled by the control pyrometer of the furnace (feedback pyrometer). The calibration method in the cavity of a graphite emitter in a horizontal furnace has its drawbacks:
1. Калибруемая термопара не защищена от паров графита, что вызывает искажение калибровочной кривой вследствие шунтирования сигнала термопары.1. The calibrated thermocouple is not protected from graphite vapor, which causes distortion of the calibration curve due to shunting of the thermocouple signal.
2. Незащищенность термопары вынуждает проводить калибровку за минимально возможное время с ударным нагревом и охлаждением термопары, что также вызывает искажение калибровочной кривой.2. The insecurity of the thermocouple forces calibration in the shortest possible time with shock heating and cooling of the thermocouple, which also causes a distortion of the calibration curve.
3. Калибровка одиночной термопары мало пригодна для серийного производства из-за малой производительности дорогостоящего процесса.3. Calibration of a single thermocouple is not very suitable for mass production due to the low productivity of an expensive process.
4. Горизонтальное расположение термопары в печи приводит к искривлению термоэлементов при высокой температуре и повышает риск случайного замыкания на нагреватель или элементы печи.4. The horizontal arrangement of the thermocouple in the furnace leads to the bending of thermocouples at high temperature and increases the risk of accidental shorting to the heater or elements of the furnace.
Известна система верификации вольфрамрениевых термопар по патенту CN 106370322 А с приоритетом от 24.11.2016, которая состоит из высокотемпературной печи с абсолютно черным телом внутри и блока контроля температуры. Блок контроля температуры является частью автоматизированной системы измерений. Калибруемая термопара подключается к модулю сбора данных и устройству компенсации холодного спая, все данные передаются на общую полевую шину обмена данными, которая также подключается к блоку управления. Диапазон измеряемых температур 1500 - 2300 °С. В патенте описаны составляющие части установки для калибровки ВР-термопар, включая систему вакуумирования, охлаждения, газовый контур, а также методы измерений. Приведена блок-схема измерений и основных частей установки.A known verification system for tungsten fired thermocouples according to patent CN 106370322 A with a priority of 11.24.2016, which consists of a high-temperature furnace with a completely black body inside and a temperature control unit. The temperature control unit is part of an automated measurement system. A calibrated thermocouple is connected to the data acquisition module and the cold junction compensation device, all data is transmitted to a common field data exchange bus, which is also connected to the control unit. The range of measured temperatures is 1500 - 2300 ° C. The patent describes the constituent parts of an installation for calibrating BP thermocouples, including a vacuum, cooling, gas circuit, and measurement methods. A block diagram of the measurements and the main parts of the installation is given.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сути является защитная трубка, используемая для калибровки высокотемпературной вольфрам-рениевой термопары по патенту CN102944332A с приоритетом от 03.12.2012, которая обеспечивает защиту вольфрамрениевых термопар при высокотемпературной калибровке в диапазоне температур 1500 - 2300°С. Процесс калибровки происходит внутри защитной трубки, которая на рабочем конце имеет отдельную камеру, конструктивно приближенную к абсолютно черному телу. Вольфрамрениевая термопара вставляется с верхнего конца защитной трубки с монтажным фланцем и пропускается через верхний и нижний экраны, составленные из вольфрамовых пластин с отверстиями для прохода термопар. Термопара вставляется так, чтобы ее рабочий спай находился в зоне однородной температуры защитной трубки. Верхний фланец уплотняется для защиты внутренней атмосферы печи от проникновения воздуха, в т.ч. внутрь защитной трубки. Перед началом нагрева печи защитная трубка вакуумируется и заполняется инертным газом. После того, как температура печи достигнет заданного значения и стабилизируется, проводится измерение температуры эталонным пирометром, установленным снаружи печи. Пирометр визируется на отверстие в нижней части защитной трубки через кварцевое стекло окна в боковой стенке печи. Поскольку зона однородной температуры защитной трубки находится вблизи излучающего отверстия, измеренные значения температуры этих двух участков считаются одинаковыми. Значение термоЭДС термопары калибруется по температуре, измеренной эталонным пирометром. Таким образом определяется отклонение показаний калибруемой термопары от номинального значения при текущей температуре. В качестве материала защитной трубки используется вольфрам. Длина зоны однородной температуры около 20 мм вдоль оси трубки, размер излучающей полости 8 мм. Степень черноты полости принималась не менее 0,98. Нагревательным элементом печи может служить графитовая или вольфрамовая трубка. Защитная трубка в процессе калибровки защищает термопары от загрязнений, вызываемых испарением и переносом материала нагревательного элемента печи.Closest to the claimed device in technical essence is a protective tube used to calibrate the high-temperature tungsten-rhenium thermocouple according to the patent CN102944332A with a priority dated 12/03/2012, which provides protection for tungsten-fused thermocouples during high-temperature calibration in the temperature range 1500 - 2300 ° С. The calibration process takes place inside the protective tube, which at the working end has a separate chamber, structurally close to a completely black body. A tungsten-fired thermocouple is inserted from the upper end of the protective tube with a mounting flange and is passed through the upper and lower screens composed of tungsten plates with holes for the passage of thermocouples. The thermocouple is inserted so that its working junction is in the zone of uniform temperature of the protective tube. The upper flange is sealed to protect the internal atmosphere of the furnace from air ingress, incl. inside the protective tube. Before heating the furnace, the protective tube is evacuated and filled with an inert gas. After the furnace temperature reaches a predetermined value and stabilizes, the temperature is measured with a reference pyrometer installed outside the furnace. The pyrometer is sighted at an opening in the lower part of the protective tube through a quartz glass window in the side wall of the furnace. Since the zone of uniform temperature of the protective tube is near the radiating hole, the measured temperature values of these two sections are considered the same. The thermopower value of the thermocouple is calibrated against the temperature measured by the reference pyrometer. Thus, the deviation of the readings of the calibrated thermocouple from the nominal value at the current temperature is determined. As a material for the protective tube, tungsten is used. The length of the zone of uniform temperature is about 20 mm along the axis of the tube, the size of the emitting cavity is 8 mm. The degree of blackness of the cavity was taken at least 0.98. The heating element of the furnace can be a graphite or tungsten tube. The protective tube during calibration protects the thermocouples from contamination caused by evaporation and transfer of material from the furnace heating element.
Недостатками калибровки термопар в указанных выше патентах являются:The disadvantages of calibrating thermocouples in the above patents are:
1. Калибровка не более трех термопар за одну загрузку, что сильно затрудняет серийное производство.1. Calibration of not more than three thermocouples per load, which greatly complicates mass production.
2. Измерение температуры монохроматическим эталонным пирометром на одной длине волны при степени черноты полости 0,98 будет иметь дополнительную погрешность из-за зависимости степени черноты вольфрама от температуры.2. Temperature measurement with a monochromatic reference pyrometer at one wavelength at a cavity blackness of 0.98 will have an additional error due to the dependence of the degree of blackness of tungsten on temperature.
3. Введение в оптическую схему измерений дополнительного элемента в виде кварцевого стекла также добавляет компонент в общую погрешность измерения истинной температуры внутри полости.3. The introduction of an additional element in the form of quartz glass into the optical measurement scheme also adds a component to the total error in measuring the true temperature inside the cavity.
4. Вследствие теплового расширения элементов печи излучающая полость будет смещаться относительно оптической оси эталонного пирометра, что будет требовать дополнительной настройки пирометра на каждом уровне температуры.4. Due to the thermal expansion of the furnace elements, the emitting cavity will shift relative to the optical axis of the reference pyrometer, which will require additional adjustment of the pyrometer at each temperature level.
Предлагаемое изобретение решает техническую проблему по устранению указанных недостатков, а именно, обеспечивает широкий диапазон и высокую производительность процесса калибровки высокотемпературных термопар, в т.ч. вольфрамрениевых, в диапазоне температур от 1000 до 2500 °C.The present invention solves the technical problem of eliminating these drawbacks, namely, it provides a wide range and high performance of the calibration process of high-temperature thermocouples, including tungsten carbide, in the temperature range from 1000 to 2500 ° C.
Технический результат изобретения обеспечивает процесс калибровки как одной, двух, так и более трех высокотемпературных термопар, в т.ч. вольфрамрениевых, в диапазоне температур от 1000 до 2500 °C за счет конструктивных особенностей устройства.The technical result of the invention provides a calibration process for one, two, or more than three high-temperature thermocouples, including tungsten fired, in the temperature range from 1000 to 2500 ° C due to the design features of the device.
Для достижения заявленного технического результата предлагается устройство для калибровки высокотемпературных термопар, содержащее защитный чехол из тугоплавкого материала с монтажным фланцем, термопары с керамическими изоляторами, блок-излучатель. Отличительными особенностями устройства является то, что защитный чехол герметично закрыт с рабочего конца заглушкой, внутри защитного чехла коаксиально установлена несущая трубка с закрепленными на ней термопарами, несущая трубка с рабочего конца герметично заглушена пробкой-отражателем. При этом защитный чехол и несущая трубка имеют отверстия для заполнения инертным газом, а выходное отверстие защитного чехла имеет заглушку-изолятор, через которую выводятся термоэлементы термопар. Защитный чехол с несущей трубкой и закрепленными на ней термопарами размещен в рабочей полости блока-излучателя, который закреплен на составном электронагревателе. Со стороны блока-излучателя, противоположной его рабочей полости, имеется отверстие для визирования пирометра. Устройство имеет вертикальное расположение.To achieve the claimed technical result, a device for calibrating high-temperature thermocouples is proposed, comprising a protective cover of refractory material with a mounting flange, thermocouples with ceramic insulators, a block emitter. Distinctive features of the device is that the protective cover is hermetically closed with a plug, the carrier tube with thermocouples attached to it is coaxially installed inside the protective cover, the carrier tube is sealed from the working end by a reflector plug. In this case, the protective cover and the carrier tube have openings for filling with inert gas, and the outlet of the protective cover has a plug-insulator, through which thermocouple thermocouples are output. A protective cover with a carrier tube and thermocouples fixed on it is placed in the working cavity of the emitter unit, which is mounted on a composite electric heater. On the side of the emitter unit, opposite its working cavity, there is an opening for sighting the pyrometer. The device has a vertical arrangement.
Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.The essence of the technical solution is illustrated by the following description and the accompanying drawings.
На Фиг.1 показано устройство для калибровки высокотемпературных термопар, где:Figure 1 shows a device for calibrating high temperature thermocouples, where:
1. Рабочие спаи термопар;1. Working junctions of thermocouples;
2. Термоэлементы термопар;2. Thermocouples thermocouples;
3. Керамические изоляторы термопар;3. Ceramic insulators of thermocouples;
4. Несущая трубка;4. Carrying tube;
5. Пробка-отражатель;5. Cork reflector;
6. Защитный чехол;6. A protective cover;
7. Заглушка защитного чехла;7. Cover cap;
8. Монтажный фланец;8. Mounting flange;
9. Заглушка-изолятор;9. The plug-insulator;
10 Отверстия для инертного газа;10 openings for inert gas;
11. Блок-излучатель;11. Block emitter;
12. Рабочая полость блока-излучателя;12. The working cavity of the emitter;
13. Составной электронагреватель;13. Composite electric heater;
14. Отверстие для визирования пирометра.14. The hole for sighting the pyrometer.
На Фиг.1 показано, что устройство расположено в электронагревателе вертикально. Рабочие спаи термопар 1 закреплены на несущей трубке 4, рабочий конец (Вид В) которой закрыт пробкой-отражателем 5, имеющей профилированную поверхность, рассеивающую излучение внутри трубки. Термоэлементы термопар 2 помещены в керамические изоляторы 3.Figure 1 shows that the device is located vertically in the electric heater. Working junctions of
Длина несущей трубки 4 не менее 50 ее внутренних диаметров, что максимально приближает излучающую полость к параметрам абсолютно черного тела. Несущая трубка 4 с закрепленными на ней термоэлементами 2 вставляется в защитный чехол 6. Защитный чехол 6 с рабочего конца (Вид В) герметично закрыт заглушкой 7. Защитный чехол 6 и несущая трубка 4 центрируются между собой, а так же в рабочем объеме нагревательной печи на монтажном фланце 8. Защитный чехол 6 и несущая трубка 4 электрически изолированы друг от друга. Выходное отверстие (Вид А) между защитным чехлом 6 и несущей трубкой 4 закрыто заглушкой-изолятором 9, через которую выводятся термоэлементы термопар 2. В верхней части защитного чехла 6 и несущей трубки 4 имеются отверстия 10 для заполнения внутренних объемов инертным газом, при этом вблизи рабочих спаев 1 термопар отсутствует поток инертного газа, который мог бы их охлаждать. Защитный чехол 6 с термоэлементами 2 вставляется в рабочую полость 12 блока-излучателя 11, закрепляемого между элементами составного электронагревателя 13 печи в зоне однородной температуры. Контакт защитного чехла 6 со стенками или дном полости 12 блока-излучателя 11 не допускается. Глубина полости не менее двух диаметров защитного чехла 6. Блок-излучатель 11 служит дополнительным средством выравнивания температурного поля вблизи рабочих спаев 1 калибруемых термопар. Со стороны блока-излучателя 11, противоположной рабочей полости 12, имеется отверстие 14 для визирования на него дублирующего пирометра.The length of the
Предлагаемая конструкция устройства для калибровки высокотемпературных термопар позволяет достигать следующих результатов:The proposed design of a device for calibrating high temperature thermocouples allows to achieve the following results:
1. реализуются полный диапазон и высокая производительность дорогостоящего процесса калибровки высокотемпературных термопар, в т.ч. вольфрамрениевых;1. The full range and high performance of the expensive process of calibrating high-temperature thermocouples, including tungsten framing;
2. защитный чехол из тугоплавкого материала, герметично закрытый с рабочего конца, защищает термоэлементы термопар от загрязнения парами других материалов, появляющихся при высоких температурах;2. a protective cover made of refractory material, hermetically closed from the working end, protects the thermocouples of thermocouples from contamination by vapors of other materials that appear at high temperatures;
3. наличие несущей трубки устройства позволяет разместить на ней более трех термопар и закрепить их рабочие спаи в зоне однородной температуры печи и в непосредственной близости от пробки-отражателя, на которую визируется сигнал эталонного пирометра;3. the presence of the carrier tube of the device allows you to place more than three thermocouples on it and fix their working junctions in the zone of uniform temperature of the furnace and in the immediate vicinity of the reflector tube, on which the signal of the reference pyrometer is sighted;
4. несущая трубка с пробкой-отражателем позволяет измерить осевую и азимутальную неравномерность температурного поля в зоне измерений;4. The carrier tube with a reflector plug allows you to measure the axial and azimuthal non-uniformity of the temperature field in the measurement zone;
5. пробка-отражатель с профилированной поверхностью рассеивает излучение внутри несущей трубки, приближая ее к параметрам абсолютно черного тела;5. A reflector tube with a profiled surface scatters the radiation inside the carrier tube, bringing it closer to the parameters of a completely black body;
6. исключается ударный нагрев и охлаждение калибруемых термопар;6. excludes shock heating and cooling of calibrated thermocouples;
7. вертикальное расположение термопар и защитного чехла исключает риск случайного замыкания на нагреватель или элементы печи;7. The vertical arrangement of thermocouples and a protective cover eliminates the risk of accidental shorting to a heater or furnace elements;
8. отсутствует смещение излучающей полости несущей трубки относительно оптической оси эталонного пирометра;8. there is no displacement of the radiating cavity of the carrier tube relative to the optical axis of the reference pyrometer;
9. в оптической схеме измерений отсутствуют промежуточные элементы между объективом эталонного пирометра и излучающей полостью несущей трубки;9. in the optical measurement scheme there are no intermediate elements between the objective of the reference pyrometer and the emitting cavity of the carrier tube;
10. с помощью блока-излучателя, максимально приближенного к абсолютно черному телу, достигается расширение зоны однородной температуры, необходимой для калибровки термопар;10. with the help of a radiator unit as close as possible to a completely black body, an expansion of the zone of uniform temperature necessary for calibrating thermocouples is achieved;
11. наличие отверстия в блоке-излучателе со стороны, противоположной рабочей полости, позволяет использовать дублирующий пирометр излучения, который контролирует значение температуры зоны измерений;11. the presence of a hole in the emitter unit from the side opposite the working cavity allows the use of a duplicate radiation pyrometer that controls the temperature value of the measurement zone;
12. устройство допускает установку в полость блока-излучателя ячейки, реализующей реперную точку плавления эвтектики карбида металла «М-С». Набор из таких точек плавления в диапазоне калибровки, например: Pd-C (1492 °С); Rh-C (1657 °С); Pt-C (1738 °C); Cr3С2-С (1827 °С); Ru-C (1953 °C); Ir-C или Y-C (2290 °C); Re-C (2474 °C) - позволяет реализовать калибровку одиночной термопары, например, вольфрамрениевой с высокой точностью, не превышающей 1 Кельвин.12. The device allows the installation of a cell in the cavity of the emitter unit that implements the reference melting point of the eutectic of M-S metal carbide. A set of such melting points in the calibration range, for example: Pd-C (1492 ° C); Rh-C (1657 ° C); Pt-C (1738 ° C); Cr 3 C 2 -C (1827 ° C); Ru-C (1953 ° C); Ir-C or YC (2290 ° C); Re-C (2474 ° C) - allows you to calibrate a single thermocouple, for example, tungsten fired with high accuracy, not exceeding 1 Kelvin.
На Фиг. 2 представлена схема измерений при калибровке высокотемпературных термопар по показаниям пирометра излучения с указанием всех вспомогательных устройств, обозначенных на схеме.In FIG. Figure 2 shows the measurement scheme for calibrating high-temperature thermocouples according to the readings of the radiation pyrometer, indicating all the auxiliary devices indicated in the diagram.
Измерения в процессе калибровки выполняются следующим образом. После установки устройства для калибровки термопар в печь начинается нагрев до первой точки калибровки. Температура блока-излучателя контролируется дублирующим пирометром, показания которого передаются на блок измерения температуры, а также могут использоваться для управления нагревом. Температура излучающей поверхности пробки-отражателя несущей трубки устройства измеряется эталонным пирометром. Эта температура является истинным значением температуры рабочих спаев термопар, находящихся вблизи излучающей поверхности пробки-отражателя. Также она сверяется с температурой блока-излучателя, измеренной дублирующим пирометром. Таким образом, температура рабочей полости вблизи рабочих спаев термопар может контролироваться с двух сторон. Все текущие данные отображаются в реальном времени на экране персонального компьютера и могут быть сохранены в отдельный файл калибровки. Свободные концы термопар подключаются к медным проводам, а места контактов погружаются в сосуд Дьюара с тающим льдом для реализации температуры холодных спаев термопар, равной 0°С. ТермоЭДС каждой термопары измеряются прецизионным милливольтметром и сохраняются в файл калибровки. Измеренные значения термоЭДС термопар приводятся в соответствие с величиной температуры, измеренной эталонным пирометром. Все измерения проводятся при стабильной температуре печи с дрейфом не более 0,5 градуса в минуту. Затем продолжается нагрев печи до следующей заданной точки калибровки. Таким образом, термопары калибруются в заданном диапазоне температуры.Measurements during calibration are performed as follows. After installing the device for calibrating thermocouples in the furnace, heating to the first calibration point begins. The temperature of the emitting unit is controlled by a backup pyrometer, the readings of which are transmitted to the temperature measuring unit, and can also be used to control heating. The temperature of the radiating surface of the reflector tube of the carrier tube of the device is measured with a reference pyrometer. This temperature is the true temperature of the working junctions of thermocouples located near the radiating surface of the reflector tube. It also compares with the temperature of the emitter unit, as measured by a backup pyrometer. Thus, the temperature of the working cavity near the working junctions of thermocouples can be controlled from two sides. All current data is displayed in real time on the screen of a personal computer and can be saved in a separate calibration file. The free ends of the thermocouples are connected to the copper wires, and the contact points are immersed in a dewar vessel with melting ice to realize the temperature of the cold junctions of the thermocouples equal to 0 ° С. The thermoEMF of each thermocouple is measured with a precision millivoltmeter and stored in a calibration file. The measured values of thermopower of thermocouples are brought in accordance with the temperature measured by the reference pyrometer. All measurements are carried out at a stable furnace temperature with a drift of not more than 0.5 degrees per minute. Then the furnace continues to heat up to the next preset calibration point. Thus, thermocouples are calibrated in a given temperature range.
Предельно достижимые температуры калибровки определяются только свойствами керамических изоляторов термопар.The maximum achievable calibration temperatures are determined only by the properties of the ceramic thermocouple insulators.
В результате предлагаемое изобретение устраняет недостатки описанных выше устройств, а именно:As a result, the present invention eliminates the disadvantages of the above devices, namely:
1. Обеспечивает защиту калибруемых термопар от паров материала нагревателя.1. Provides protection for calibrated thermocouples from the vapors of the heater material.
2. Позволяет проводить одновременную калибровку более трех термопар для обеспечения серийного производства датчиков температуры.2. Allows simultaneous calibration of more than three thermocouples to ensure mass production of temperature sensors.
3. Исключает ударный нагрев и охлаждение калибруемых термопар.3. Excludes shock heating and cooling of calibrated thermocouples.
4. Вертикальное расположение термопар и защитного чехла исключает риск случайного замыкания на нагреватель или элементы печи.4. The vertical arrangement of thermocouples and the protective cover eliminates the risk of accidental shorting to the heater or furnace elements.
5. Отсутствует смещение излучающей полости относительно оптической оси эталонного пирометра.5. There is no displacement of the radiating cavity relative to the optical axis of the reference pyrometer.
6. В оптической схеме измерений отсутствуют промежуточные элементы между объективом пирометра и излучающей полостью, что исключает погрешность измерения.6. In the optical measurement scheme, there are no intermediate elements between the pyrometer lens and the emitting cavity, which eliminates the measurement error.
Следовательно, всей совокупностью указанных конструктивных особенностей реализуется указанный технический результат, заключающийся в возможности одновременной калибровки, как одной, двух, так и более трех термопар в заданных точках в диапазоне температур от 1000 до 2500 °C.Therefore, the totality of these design features implements the specified technical result, which consists in the possibility of simultaneous calibration of one, two, or more than three thermocouples at specified points in the temperature range from 1000 to 2500 ° C.
Пример калибровки высокотемпературных термопар.Calibration example of high temperature thermocouples.
В качестве средства для воспроизводства полного диапазона рабочих температур 1000-2500 °С вольфрамрениевой термопары типа А была выбрана высокотемпературная печь ВВ3500YY. Габаритные размеры рабочего пространства печи: диаметр 47 мм, высота 500 мм. Печь вертикального исполнения с графитовым нагревателем, максимальная рабочая температура 3500 °С, защитный газ - аргон, охлаждение узлов печи - водяное.A high-temperature furnace BB3500YY was chosen as a means for reproducing the full range of operating temperatures of 1000–2500 ° C. Overall dimensions of the working space of the furnace: diameter 47 mm, height 500 mm. A vertical furnace with a graphite heater, maximum operating temperature 3500 ° C, shielding gas - argon, cooling of the furnace components - water.
Рабочие спаи десяти термопар закрепляются на несущей трубке в непосредственной близости от излучающей поверхности пробки-отражателя, которая коаксиально помещается внутрь защитного вольфрамового чехла, герметично закрытого с рабочего конца. Устройство для калибровки термопар погружается в рабочую полость графитового блока-излучателя, размещенного в зоне однородной температуры печи, размеры которой определяются предварительно. Температура блока-излучателя контролируется дублирующим пирометром с противоположной стороны печи.The working junctions of ten thermocouples are fixed on the carrier tube in the immediate vicinity of the radiating surface of the reflector tube, which is coaxially placed inside the protective tungsten case, hermetically closed from the working end. A device for calibrating thermocouples is immersed in the working cavity of a graphite emitter unit located in the zone of uniform temperature of the furnace, the dimensions of which are determined previously. The temperature of the emitting unit is controlled by a backup pyrometer on the opposite side of the furnace.
Длина несущей трубки не менее 50 ее внутренних диаметров, максимально приближая излучающую полость к абсолютно черному телу. В верхней холодной части защитного чехла и в стенке несущей трубки выполнены отверстия для заполнения внутренних объемов инертным газом (аргон). Температура калибровки определяется по показаниям эталонного и дублирующего пирометров, значение которой приводится в соответствие с термоЭДС калибруемых термопар. По итогам измерений определяется индивидуальная калибровочная кривая для каждой термопары. Пример калибровочной таблицы для одной из термопар приведен в таблице 1.The length of the carrier tube is at least 50 of its internal diameters, bringing the radiating cavity as close as possible to a completely black body. In the upper cold part of the protective cover and in the wall of the carrier tube, holes are made for filling the internal volumes with inert gas (argon). The calibration temperature is determined by the readings of the reference and backup pyrometers, the value of which is brought into line with the thermoEMF of calibrated thermocouples. Based on the measurement results, an individual calibration curve is determined for each thermocouple. An example of a calibration table for one of the thermocouples is shown in table 1.
Таким образом, выполнена калибровка десяти вольфрамрениевых термопар одновременно в диапазоне температур 1000-2500 °С, что подтверждает заявленный технический результат.Thus, the calibration of ten tungsten fired thermocouples simultaneously in the temperature range 1000-2500 ° C, which confirms the claimed technical result.
Таблица 1Table 1
Результаты калибровки термопары ТП-А №01Calibration Results for TP-A Thermocouple No. 01
Заключение: калибруемая термопара ТП-А №01 соответствует 2 классу допуска по ГОСТР 8.585-2001.Conclusion: calibrated thermocouple TP-A No. 01 corresponds to the 2nd tolerance class according to GOST 8.585-2001.
Claims (2)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144999A RU2720819C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Device for calibration of high-temperature thermocouples |
| CN202080057407.1A CN114424037A (en) | 2019-12-30 | 2020-06-30 | Device for calibrating high-temperature thermocouple |
| PCT/RU2020/050140 WO2021137731A1 (en) | 2019-12-30 | 2020-06-30 | Device for calibrating high-temperature thermocouples |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144999A RU2720819C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Device for calibration of high-temperature thermocouples |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2720819C1 true RU2720819C1 (en) | 2020-05-13 |
Family
ID=70735488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019144999A RU2720819C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Device for calibration of high-temperature thermocouples |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114424037A (en) |
| RU (1) | RU2720819C1 (en) |
| WO (1) | WO2021137731A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780306C1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-09-21 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | High temperature thermocouple calibration system |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1700394A1 (en) * | 1988-11-14 | 1991-12-23 | Московский институт стали и сплавов | Temperature sensor with a built-in calibrator |
| US6772085B2 (en) * | 1999-12-20 | 2004-08-03 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Device for self-verifying temperature measurement and control |
| RU2325622C1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "ТЕСЕЙ" | Technique of controlling authenticity of readings of thermoelectric converter during operation |
| CN104180928A (en) * | 2014-09-04 | 2014-12-03 | 北京三原兆兴科技有限公司 | Sealed constant temperature bath |
| CN104535224B (en) * | 2015-01-26 | 2017-06-30 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | A kind of pyrometer couple assay furnace calandria |
| JP2019132725A (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | 株式会社デンソー | Temperature sensor and temperature measurement device |
-
2019
- 2019-12-30 RU RU2019144999A patent/RU2720819C1/en active
-
2020
- 2020-06-30 WO PCT/RU2020/050140 patent/WO2021137731A1/en active Application Filing
- 2020-06-30 CN CN202080057407.1A patent/CN114424037A/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1700394A1 (en) * | 1988-11-14 | 1991-12-23 | Московский институт стали и сплавов | Temperature sensor with a built-in calibrator |
| US6772085B2 (en) * | 1999-12-20 | 2004-08-03 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Device for self-verifying temperature measurement and control |
| RU2325622C1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "ТЕСЕЙ" | Technique of controlling authenticity of readings of thermoelectric converter during operation |
| CN104180928A (en) * | 2014-09-04 | 2014-12-03 | 北京三原兆兴科技有限公司 | Sealed constant temperature bath |
| CN104535224B (en) * | 2015-01-26 | 2017-06-30 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | A kind of pyrometer couple assay furnace calandria |
| JP2019132725A (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | 株式会社デンソー | Temperature sensor and temperature measurement device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780306C1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-09-21 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | High temperature thermocouple calibration system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114424037A (en) | 2022-04-29 |
| WO2021137731A1 (en) | 2021-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Furukawa et al. | Thermal properties of aluminum oxide from 0 to 1200 K | |
| US6398405B1 (en) | Fixed-point crucible, fixed-point temperature realizing apparatus using the crucible and temperature calibration method | |
| US6641299B2 (en) | Fixed-point cell, thermometer calibration method and fixed-point temperature realizing apparatus | |
| JP4639383B2 (en) | Temperature fixed point cell, temperature fixed point device, and thermometer calibration method | |
| RU2720819C1 (en) | Device for calibration of high-temperature thermocouples | |
| JP2002521686A (en) | Method and apparatus for calibrating emissivity-independent temperature measurements | |
| Murthy et al. | Radiative Calibration of Heat Flux Sensors at NIST: An Overview | |
| Jung | A measurement of thermodynamic temperatures between 683 K and 933 K by an infrared pyrometer | |
| RU2780306C1 (en) | High temperature thermocouple calibration system | |
| Battuello et al. | Fixed-point technique for approximating the ITS-90 between 420° C and 1085° C with an infrared thermometer | |
| US4214117A (en) | Furnace heated by radiation | |
| Sapritsky et al. | Blackbody sources for the range 100 K to 3500 K for precision measurements in radiometry and radiation thermometry | |
| JP5761705B2 (en) | Gas circulation type variable temperature oven for temperature standard | |
| Ulanovskiy et al. | Tungsten–Rhenium Thermocouples Calibration in Ultra-High Temperature Range | |
| US5921680A (en) | Sensor for radiation pyrometric temperature measurement at high ambient temperature | |
| Lovas et al. | Meeting RTP temperature accuracy requirements: measurement and calibrations at NIST | |
| Strouse et al. | Thermal Characteristics of the NIST Fixed-Point Cells, Furnaces, and Maintenance Baths over the Temperature Range from 83.8058 K to 1234.93 K | |
| Sapritsky et al. | Dissemination of ultraprecise measurements in radiometry and remote sensing within 100-3500K temperature range based on blackbody sources developed in VNIIOFI | |
| Jahan et al. | Calibration of radiation thermometry fixed points using Au/Pt thermocouples | |
| RU2676237C1 (en) | Device for determining temperature of gaseous media in gas turbine engines | |
| Diril et al. | UME radiation thermometer calibration facilities below the freezing point of silver (961.78° C) | |
| KR100629015B1 (en) | Method and device for calibrating measurements of temperatures independent of emissivity | |
| Kothen | The High Temperature Heat Contents of Molybdenum and Titanium and the Lowtemperature Heat Capacities of Titanium | |
| Gitlesen et al. | The Melting Point of Alumina and Some Related | |
| Boston et al. | Furnaces with low thermal gradients for molten salt spectrophotometry |