RU2732341C1 - Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности - Google Patents
Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732341C1 RU2732341C1 RU2019145196A RU2019145196A RU2732341C1 RU 2732341 C1 RU2732341 C1 RU 2732341C1 RU 2019145196 A RU2019145196 A RU 2019145196A RU 2019145196 A RU2019145196 A RU 2019145196A RU 2732341 C1 RU2732341 C1 RU 2732341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermocouple
- temperature
- cold junction
- value
- thermoelectric
- 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
- G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
- G01K15/002—Calibrated temperature sources, temperature standards therefor
-
- 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
- G01K15/005—Calibration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике в области контактной термометрии и предназначено для проверки термопар, осуществляемой в межповерочном интервале без их демонтажа с измеряемого объекта. Согласно заявленному способу изменяют температуру холодного спая термопары, по величине ее изменения и соответствующему ей изменению термоЭДС рассчитывают термоэлектрическую способность термопары, которую сравнивают с номинальной статической характеристикой термопары. По результату сравнения оценивают достоверность показаний термопары и ее пригодность для измерений. Технический результат - повышение достоверности проверки термоэлектрической способности термопар с одновременным повышением точности измерения температуры эксплуатируемого объекта. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике в области контактной термометрии и предназначено для проверки термопар, осуществляемой в межповерочном интервале без их демонтажа с измеряемого объекта.
Для проверки термопар и значения их термоэлектрической способности в рабочих (эксплуатационных) условиях без их демонтажа с измеряемого объекта на современном уровне развития техники применяются или известны следующие технические решения.
Известен способ определения погрешности измерения температуры контактными термометрами непосредственно в условиях эксплуатации путем поверки термометров без их демонтажа (Авт. свид. СССР №1506300, МПК G01K 15/00, опубл. 07.09.1989, БИ №33). Способ включает установку на изучаемом объекте двух дополнительных контрольных термометров, первый из которых смонтирован вместе с поверяемым термометром, а второй - вне зоны возмущения температурного поля изучаемого объекта поверяемым и первым контрольным термометрами. Второй контрольный термометр подвергают тепловому воздействию, идентичному воздействию на первый контрольный термометр, регистрируют показания термометров и определяют общую погрешность поверяемого термометра как разность показаний поверяемого и первого контрольного термометров. При этом методическую погрешность поверяемого термометра определяют как разность показаний термометров.
Недостатком описанного способа является его невысокая точность, получаемая при измерении температуры поверхностными термометрами на высокотемпературных объектах с интенсивным теплообменом из-за практической невозможности создания условий теплового воздействия на второй контрольный термометр, идентичных воздействию на первый контрольный термометр. Кроме того, реализация способа чрезвычайно трудоемка и требует доступа к исследуемым объектам.
Известен способ, изложенный в пункте 8.3.3 стр. 156 руководства по использованию термопар MNL-12 «Американского общества по испытанию материалов» (Manual on the use of thermocouples in temperature measurement. Fourth Edition, (sponsored by ASTM Committee E20 on Temperature Measurement. ASTM manual series: MNL 12. "Revision of special technical publication (STP) 470B". Includes bibliographical references and index. ISBN 0-8031-1466-4). Согласно данному способу калибровка термопары осуществляется путем сравнения ее показаний с показаниями эталонного термопреобразователя. При этом, эталонный термопреобразователь устанавливают на измеряемом объекта по одному из трех вариантов:
- в дополнительном термометрическом канале рядом с калибруемой термопарой;
- в термометрическом канале калибруемой термопары одновременно с калибруемой термопарой;
- в термометрическом канале калибруемой термопары взамен калибруемой термопары.
Недостаток способа заключается в том, что его реализация не всегда возможна по условиям безопасной эксплуатации измеряемого объекта, кроме того, требует дополнительных затрат на организацию дополнительного термометрического канала или увеличение диаметра термометрического канала калибруемой термопары. При реализации способа по третьему варианту не гарантируется постоянство температуры объекта за время калибровки, следовательно, показания калибруемой и эталонной термопар могут естественным образом различаться на неопределенную величину. Кроме того, может иметь место расхождение в показаниях калибруемой и эталонной термопар за счет относительной удаленности рабочих спаев калибруемого и эталонного термопреобразователей, как минимум, на две стенки чехла. В совокупности указанные факторы могут приводить к неопределенности калибровки большей, чем предписывает ГОСТ 8.558-2009 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры»), поэтому данной способ не обеспечивает требуемой точности и ему не может быть присвоен статус поверочного способа.
Известен также способ периодической поверки термопар, изложенный в ГОСТ 8.338-2002 «Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки». Реализация способа производится при расположении рабочих спаев термоэлектрического преобразователя (ТП) и эталонного термоэлектрического преобразователя в равномерном температурном поле с нормированными протяженностью и величиной градиента, причем эталонный и поверяемый ТП помещаются в печь на одинаковую фиксированную глубину, составляющую, как правило, 250 мм. При этом глубина погружения в печь не связана с глубиной погружения ТП в условиях его бывшей или предстоящей эксплуатации. Профиль температурного поля вдоль эталонного и поверяемого ТП зависит от характеристик конкретной печи и будет отличаться от профиля в условиях эксплуатации термопары, это может приводить к существенным погрешностям калибровки термопары и является основным недостатком способа.
Известен способ контроля достоверности показаний термоэлектрического преобразователя в процессе его эксплуатации без демонтажа с термометрируемого объекта (патент РФ №2325622, МПК G01K 15/00; G01K 7/02; G01K 13/12, опубл. 27.05.2008, БИ №15). Способ заключается в периодическом сличении показаний термопары с показаниями контрольной термопары, рабочую часть которой на время проведения сличений помещают во внутреннее пространство защитного чехла сличаемой термопары рядом со сличаемой термопарой, причем размещение осуществляют с упором в торец защитного чехла. Данному способу присуще расхождение в показаниях сличаемой и контрольной термопар за счет относительной удаленности их рабочих спаев друг от друга, как минимум, на две стенки собственных оболочек термопар. Значение данного расхождения невозможно измерить и сложно оценить. В ряде случаев указанное расхождение может оказаться критическим и не позволит оценить достоверность показаний сличаемой термопары.
Известен способ контроля метрологической исправности интеллектуального средства измерения (патент РФ №2491510, МПК G01D 3/00, опубл. 27.08.2013, БИ №24). Способ включает периодическое определение значений измеряемой величины и контролируемого параметра средства измерения в процессе эксплуатации, сравнение полученного значения контролируемого параметра с его принятым опорным значением, запоминание каждого полученного значения измеряемой величины и соответствующего ему текущего значения контролируемого параметра, расчет разности между последним полученным значением измеряемой величины и ее значениями, полученными ранее, а для значений измеряемой величины, разность которых превосходит утроенную допускаемую погрешность измерений, сравнение между собой соответствующих им текущих значений контролируемого параметра и последующую оценку метрологической исправности интеллектуального средства измерений. Применительно к температурным измерениям, указанный способ заключается в мониторинге и сравнении показаний двух термопреобразователей, образующих интеллектуальное средство измерения, и измеряющих температуру одного и того же объекта. При этом термопреобразователи обладают разной термической устойчивостью, за счет этого их термоэлектрическая способность по-разному изменяется во времени. В результате мониторинга расхождения показаний данных термопреобразователей устанавливается момент времени, когда погрешность интеллектуального средства начнет выходить за заданные пределы (утроенное значение допускаемой погрешности) и дальнейшее его использование невозможно по условиям эксплуатации. Таким образом, способ позволяет осуществлять выбраковку интеллектуального средства измерения, но при этом не предоставляет информацию о текущем значении термоэлектрической способности термопреобразователей, следовательно, способ не обеспечивает проверку достоверности измеряемой ими температуры. Это - недостаток способа.
Среди устройств-аналогов, реализующих известные способы, известны следующие устройства.
Известен термоэлектрический преобразователь, содержащий защитный чехол, термометрическую вставку, направляющую трубку для временного размещения в ней контрольного средства измерения температуры и клеммную колодку, в котором термометрическая вставка состоит из двух идентичных по конструкции рабочих термопар, расположенных симметрично оси направляющей трубки с совмещением их торцов с торцом защитного чехла, холодные концы однородных термоэлектродов рабочих термопар электрически соединены и в направляющей трубке размещен выемной теплофизический макет эталонной термопары (патент РФ №2584379, МПК G01K 15/00; G01K 7/02; G01K 13/12, опубл. 20.05.2016, БИ №14). Недостаток устройства заключается в том, что его конструкция не обеспечивает идеального равенства температур горячих спаев сличаемых и контрольной термопар, что создает систематическую погрешность при определении соответствия температуры и электродвижущей силы термопар.
Известен также термоэлектрический преобразователь, реализующий способ проверки соответствия сигналов термоэлектрических преобразователей действительным значениям температуры (патент РФ №2276338, МПК G01K 7/02, опубл. 10.05.2006, БИ №13). Преобразователь содержит защитный чехол, внутри которого симметрично оси защитного чехла размещены две независимые рабочие термопары, на оси защитного чехла имеется сквозной канал, предназначенный для временного размещения в нем контрольной термопары, используемой для метрологического контроля рабочих термопар. Данному устройству присущ такой же недостаток, как и рассмотренному выше устройству.
Известно также устройство для измерения температуры в виде термоэлектрического преобразователя (патент РФ №2299408, МПК G01K 15/00; G01K 7/02; G01K 13/12, опубл. 20.05.2014, БИ №14). Устройство содержит защитный чехол, внутри которого расположена термометрирующая вставка, направляющую трубку для временного размещения в ней контрольного средства измерения температуры и клеммную колодку для подключения термометрирующей вставки к коммуникационным проводам. Термометрирующая вставка представляет собой рабочую термопару, выполненную на основе термопарного кабеля в металлической оболочке с минеральной изоляцией, которая имеет осевую жесткость, необходимую для упора ее торца в торец защитного чехла, для образования теплового контакта между ними. Термометрический преобразователь в качестве контрольного средства измерения температуры использует контрольную термопару, выполненную также на основе термопарного кабеля, жесткость которой позволяет поместить ее в направляющей трубке и осуществить упор ее торца в торец защитного чехла для образования теплового контакта между ними, необходимого для выравнивания температур горячих спаев рабочей и контрольной термопар. Данному устройству присущ недостаток перечисленных выше устройств.
Рассмотренные выше способы и устройства являются аналогами предлагаемому способу, способа-прототипа среди известных способов не обнаружено.
Цель изобретения - повышение достоверности проверки термоэлектрической способности термопар.
Конечный технический результат - повышение точности измерения температуры эксплуатируемого объекта.
Указанные цель и технический результат достигаются тем, что для бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности, согласно первому способу в процессе функционирования объекта, температура которого измеряется проверяемой термопарой, не выполняя демонтажа термопары с объекта, измеряют одновременно текущее значение ее термоэдс и температуру ее холодного спая, затем изменяют температуру холодного спая термопары до заданной величины, при достижении заданной величины температуры холодного спая выполняют ее стабилизацию, после этого измеряют одновременно термоэдс термопары и температуру холодного спая и рассчитывают термоэлектрическую способность термопары, полученное расчетное значение сравнивают с номинальной статической характеристикой термопары, в случае, если оно отличается на величину, меньше заданной, продолжают эксплуатацию термопары, для этого приводят температуру холодного спая термопары к исходному значению, в случае, если полученное значение превышает заданную величину - либо бракуют термопару и заменяют ее другой термопарой, либо продолжают ее эксплуатацию, для этого выполняют корректировку ее показаний с учетом полученного значения термоэлектрической способности, при этом, расчет термоэлектрической способности термопары выполняют по соотношению
где
α - термоэлектрическая способность термопары,
Е1, Е2 - термоэдс термопары до и после изменения температуры ее холодного спая, соответственно,
Т1, Т2 - температура холодного спая термопары до и после ее изменения, соответственно.
Согласно второму способу изменяют температуру холодного спая термопары, в процессе изменения температуры холодного спая одновременно регистрируют мгновенные значения термоэдс термопары и температуры ее холодного спая, находят производные от указанных параметров по времени, при этом интервал дифференцирования выбирают исходя из заданной точности, а расчет термоэлектрической способности термопары выполняют по соотношению
где
dE/dτ - производная от термоэдс термопары по времени,
dT/dτ - производная от температуры холодного спая по времени.
Сущность заявленных способов заключается в следующем. Как известно, принцип действия термопарных преобразователей основан на эффекте Зеебека, согласно которому в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), которая прямо пропорциональна разности температур их контактов, т.е. горячего и холодного спаев термопары. При этом значение ТЭДС термопары рассчитывается по общему известному соотношению:
где
Е - ТЭДС термопары,
α - термоэлектрическая способность термопары, или коэффициент ТЭДС,
Тг, Тх - температуры горячего и холодного спаев термопары, соответственно.
В том случае, когда термоэлектрическая способность термопары мало зависит от температуры, т.е., когда разность температуры ее спаев не велика, для расчета ТЭДС используют упрощенное соотношение:
Замена соотношения (1) соотношением (2) также правомерна и для случаев приращений ТЭДС, обусловленных изменениями температуры горячего или холодного спая термопары, в пределах которых α постоянна, т.е.:
- для случая изменения температуры горячего спая ΔTг (при этом ΔТг может быть как отрицательной, так и положительной величиной):
- для случая изменения температуры холодного спая ΔТх (при этом ΔТх может быть как отрицательной, так и положительной величиной):
где
Е(Тг,Тх) - ТЭДС термопары при разности температур (Тг-Тх),
Е(Тг,Тх+ΔТх), Е(Тг+АТг,Тх) - ТЭДС термопары при разности температур
(Тг-(Тх+ΔТх)) и разности температур ((Тг+ΔТг)-Тх), соответственно.
Соотношение (4) положено в основу заявленного способа проверки термоэлектрической способности термопары без ее демонтажа с измеряемого объекта. Для обоснования способа, из соотношения (4) выразим термоэлектрическую способность термопары α:
Как следует из соотношения (5), для измерения термоэлектрической способности термопары α необходимо изменить температуру холодного спая термопары Тх на некоторую заданную величину ΔТх и измерить ее, а также измерить соответствующее ΔТх изменение ТЭДС термопары, т.е. Е(Тг,Тх)-Е(Тг,Тх+ΔТх), при этом во время проведения измерений должно выполняться постоянство температуры горячего спая Тг. Далее, по измеренным значениям ΔТх, Е(Тг,Тх) и Е(Тг,Тх+ΔТх), используя соотношение (5), рассчитать искомое значение термоэлектрической способности термопары α.
В случае, если температура объекта за время проверки термопары не изменяется или изменяется на пренебрежимо малую величину, то предпочтительнее использовать способ по п. 1 формулы изобретения, который, по своей сути, является статически способом. В данном способе процесс измерений довольно длительный (несколько десятков минут), его продолжительность определяется временем выхода холодного спая на стационарный тепловой режим после начала изменения его температуры. Согласно данному варианту способа сначала измеряют одновременно текущее (первоначальное) значение термоэдс термопары и температуру ее холодного спая, затем изменяют температуру холодного спая термопары до заданной величины, при достижении заданной величины температуры холодного спая выполняют ее стабилизацию, после этого измеряют одновременно термоэдс термопары и температуру холодного спая, находят значения ΔЕ**, ΔТх и рассчитывают термоэлектрическую способность термопары.
В том случае, когда температура объекта меняется довольно быстро, используют способ по п. 2 формулы изобретения, который, по своей сути, является динамическим способом. Указанный способ менее точен, однако нивелирует неучтенную погрешность, связанную с изменением температуры объекта, поэтому итоговая точность измерения близка к точности первого способа. В данном способе процесс измерений менее длительный (не более нескольких минут или даже менее минуты), его продолжительность определяется минимальным промежутком времени, достаточным для точного измерения изменения ТЭДС и температуры холодного спая термопары. Согласно второму варианту способа изменяют температуру холодного спая термопары, в процессе изменения температуры холодного спая одновременно регистрируют мгновенные значения термоэдс термопары и температуры ее холодного спая, затем находят производные от указанных параметров по времени, при этом интервал дифференцирования выбирают исходя из временного промежутка, в течение которого действительная температура объекта не изменяется или изменяется пренебрежимо мало (т.е. исходя из заданной точности), а расчет термоэлектрической способности выполняют через производные от ТЭДС и температуры холодного спая по времени. Т.е. выбирают такой промежуток времени измерения, в течение которого температура объекта неизменна, а изменения ТЭДС и Тх достаточны для точного измерения. Для расчета термоэлектрической способности оперируют с производными от указанных величин в заданном промежутке времени, при этом для расчета используют то же самое соотношение (5) при условии равенства интервала дифференцирования для ТЭДС и Тх:
Сущность способа поясняется фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, реализующего заявляемый способ, на фиг. 2 - обобщенная динамика изменения ТЭДС термопары Е(τ) при изменении температуры ее холодного спая Тх(τ), на фиг. 3 - пример линейной зависимости ТЭДС (Е) термопары от разности температуры ее горячего и холодного спая (Тг-Tх), соответствующей номинальной статической характеристике хромель-алюмелевой термопары для уровня температуры 600°С (ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования»). Уравнение Е=0,0411(Тг-Тх)-23,825, приведенное на фиг. 1 является уравнением аппроксимации, угловой коэффициент в уравнении 0,0411 - есть не что иное, как номинальная термоэлектрическая способность термопары αн=0,0411 мВ/К, R=1 - коэффициент достоверности аппроксимации.
Устройство, реализующее способ и представленное на фиг. 1, состоит из проверяемой термопары 1; удлинительных термопарных проводов 2; блока холодного спая 3, задающего температуру холодного спая; регулятора температуры блока холодных спаев 4 с одновременной функцией измерения температуры; милливольтметра 5, измеряющего ТЭДС термопары; электрического нагревателя 6 блока холодных спаев 3; малоинерционного образцового термопреобразователя 7, измеряющего температуру холодного спая 3. Проверяемая термопара 1 - одна из серийно-выпускаемых термопар промышленного назначения типа R,S,B,J,T,E,K,N,A,L,M (ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования»). Удлинительные провода 2 термопары 1 выполнены из материалов, идентичных материалам электродов термопары, а их длина L выбрана минимально-возможной для подключения к блоку холодных спаев 3. Блок холодных спаев 3 предназначен для поддержания заданной температуры холодного спая термопары и представляет собой массивную пластину из высокотеплопроводного материала, в которую вмонтирован электрический нагреватель 6, малоинерционный образцовый термопреобразователь 7 и контактные разъемы для удлинительных проводов термопары. Удлинительные провода 2 через разъемы подключены к милливольтметру 5, измеряющему ТЭДС термопары. Образцовый термопреобразователь 7 подключен к регулятору температуры блока холодных спаев 4 и используется одновременно для измерения температуры блока холодных спаев и регулировки его температуры. В качестве термопреобразователя 7 может быть взят, например малоинерционный образцовый платиновый термометр сопротивления Pt100 с номинальным значением электрического сопротивления 100 Ом. Заданная температура блока холодных спаев Тх достигается регулировкой мощности электрического нагревателя 6 за счет регулятора температуры 4 блока холодных спаев, одновременно обладающего функцией измерения температуры. В качестве регулятора температуры 4 может быть взят, например, компактный микропроцессорный регулятор модели «JUMO iTRON 04/08/16/32», выпускаемый фирмой «JUMO GmbH & Co. KG», Германия. Указанный терморегулятор обеспечивает точность термостатирования, характеризуемую отклонением от заданной температуры, равным ±0,1%, и при этом позволяет измерять температуру с точностью до второй значащей цифры, т.е., например, 20,01°С.
Практическое осуществление способа рассмотрим на двух примерах. Пусть, например, необходимо проверить две хромель-алюмелевые термопары, установленные на одном и том же объекте и измеряющие одну и ту же температуру. Необходимо установить, насколько достоверны их показания. Критерием достоверности в данном случае является соответствие значения ТЭДС термопары ее номинальной статической характеристике, предусмотренной ГОСТ Р 8.585-2001.
Проверяемые хромель-алюмелевые термопары измеряют температуру реального объекта, которая нам достоверно неизвестна, но, предположим, оценивается в районе температуры 600°С. При этом первая термопара показывает температуру объекта, равную 607,6°С, а вторая - температуру 575,8°С. При этом считается, что по факту горячие спаи термопар имеют одинаковую температуру Тг, равную температуре объекта, их холодные спаи - одинаковую температуру, равную температуре окружающей среды Тх1, которая может быть точно измерена, например, с помощью образцового термопреобразователя 7. При этом реальная термоэлектрическая способность термопар at также неизвестна. В начальный момент времени ТЭДС каждой из термопар, которую обозначим E1i, определяется разностью температур (Тг-Tx1) и, согласно соотношению (2), равна E1i=αi(Тг-Tx1).
Согласно первому варианту способа в процессе измерений для каждой термопары выполняют следующие действия. Измеряют милливольтметром 5 значение ТЭДС E1i, одновременно, с помощью образцового термопреобразователя 7 измеряют температуру блока холодного спая термопары Тх1,. Затем с помощью терморегулятора 4 задают новую температуру блока холодного спая Тх2, например, равную Тх2=70°С. Данное значение температуры выбрано исходя из двух требований: первое - изменение ТЭДС и температуры холодного спая должно быть достаточным для точного измерения, второе - в пределах данного изменения температуры термоэлектрическая способность должна быть постоянна, что, например, подтверждается строгой линейной зависимостью на фиг. 3. После установления стационарной температуры блока холодного спая Тх2 с помощью милливольтметра 5 измеряют значение ТЭДС термопары E2i, одновременно с помощью терморегулятора 4 и образцового термопреобразователя 7 измеряют новое значение установившейся температуры блока холодного спая Tx2. Далее, согласно соотношению (5) рассчитывают значение термоэлектрической способности проверяемой термопары αi.
Пусть, например, в результате измерений получены следующие результаты.
Для первой термопары (i=1).
E11=24,107 мВ, E21=22,057 МВ, Тх1=20,10°С, Tx2=70,06°С.
Расчетное значение термоэлектрической способности первой проверяемой термопары α1 составило:
α1=(E11-E21)/(Тх2-Тх1)=(24,107-22,057)/(70,06-20,1)=0,04103 мВ/К=41,03 мкВ/К.
Для второй термопары (i=2).
Е12=20,110 мВ, T22=18,301 мВ, Тх1=20,10°С, Тх2=70,08°С.
Расчетное значение термоэлектрической способности второй проверяемой термопары α2 составило:
α2=(Е12-Е22)/(Тх2-Tx1)=(20,110-18,301)/(70,08-20,1)=0,03619 мВ/К=36,19 мкВ/К.
Согласно ГОСТ Р 50342-92 (МЭК 584-2-82) «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия» для термопар данного типа (К) для 2-го класса допуска установлено отклонение δα=0,0075 отн. ед., или δα=0,75%, для термопар 1-го класса допуска - отклонение δα=0,004 отн. ед., или 8а=0,4%. Из значения номинальной статической характеристики термопары (ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования») следует, что ТЭДС термопары должно находиться в пределах αн=41,1±αнδα, мкВ/К.
Для первой термопары отклонение измеренного значения α1 от его номинального составляет (α1-αн)/αн=(41,03-41,1)/41,1=-0,0017 отн. ед., или - 0,17%, что значительно меньше допустимого отклонения, приводимого в ГОСТ Р 50342-92 (МЭК 584-2-82). Следовательно, проверяемая термопара с вероятностью 95% измеряет достоверную температуру объекта, равную Т=Тх1+α1Е11=20,1+24,107/0,04103=607,6°С, относится к термопарам 1-го класса допуска и может эксплуатироваться далее.
Для второй термопары абсолютное отклонение измеренного значения α2 от предписанного номинального составляет (α2-αн)/αн=(36,19-41,1)/41,1=-0,1195 отн. ед., или - 11,95%, что значительно превышает допустимое отклонение, следовательно, показания второй термопары недостоверны, поэтому термопара бракуется и подлежит замене.
При проверке указанных термопар согласно второму варианту способа для каждой термопары изменяется температура блока холодного спая 3 термопар, при этом регистрируются одновременно мгновенные значения их ТЭДС Ei(τ) (с помощью милливольтметра 5) и температуры холодного спая Тх(τ) (с помощью образцового термопреобразователя 7), общий вид зависимости которых от времени представлен на фиг. 2. Затем выбирается промежуток времени, для которого рассчитываются производные от измеренных параметров. Пусть, например, в результате измерений получены следующие результаты.
Для первой термопары.
Временной промежуток Δτ=75 с, изменение ТЭДС ΔЕ1=0,35 мВ; изменение температуры холодного спая ΔTx1=8,54 К.
Расчетное значение термоэлектрической способности первой проверяемой термопары α1 составило:
α1=ΔЕ1/ΔТх1,=0,35/8,54=0,4098 мВ/К=40,98 мкВ/К,
а отклонение от номинальной статической характеристики: (α1-αн)/αн=(40,98-41,1)/41,1=-0,0029 отн. ед., или -0,29%, следовательно, первая термопара с вероятностью 95% измеряет достоверную температуру объекта, равную Т=607,6°С, относится к термопарам 1-го класса допуска и может эксплуатироваться далее.
Для второй термопары.
Временной промежуток Δτ=75 с, изменение ТЭДС ΔЕ2=0,30 мВ; изменение температуры холодного спая ΔТх2=8,34 К.
Расчетное значение термоэлектрической способности второй проверяемой термопары α1 составило:
α1=ΔЕ2/ΔТх2=0,30/8,34=0,3597 мВ/К=35,97 мкВ/К,
а отклонение от номинальной статической характеристики:
(α2-αн)/αн=(35,97-41,1)/41,1=-0,1248 отн. ед., или -12,48%, что значительно превышает допустимое отклонение, следовательно, вторая термопара бракуется и подлежит замене.
Оценка точности способа. Так как проводимые измерения относятся к косвенным измерениям, то неопределенность измеренного значения α для обоих вариантов способа рассчитывается исходя из соотношения (5) по следующей формуле:
где
δα, Δα - относительное и абсолютное значение неопределенности измерения термоэлектрической способности термопары, соответственно,
δЕ - относительная неопределенность измерения ТЭДС, которая, главным образом, определяется точностью используемого милливольтметра, и обычно составляет δЕ=5⋅10-5=0,005%,
δТ - относительная неопределенность измерения изменения температуры, значение которой рассчитывается исходя из ее достигаемой абсолютной неопределенности ΔТ=0,05 К и абсолютного значения изменения температуры, т.е. δТ=ΔТ/(Тх1-Тх2).
Пример расчета неопределенности.
Пусть, например, при реализации способа изменение температуры холодных спаев термопары составило 50 К, т.е. ΔТ=50 К. В этом случае относительная неопределенность измеренного значения α, рассчитанная по формуле (6) равна:
Полученное значение меньше допустимых отклонений, следовательно, предложенный способ решает поставленную задачу и вполне может претендовать на статус поверочного способа. В результате применения способа повышается информативность достоверности показаний термопар, кроме того, появляется возможность увеличения их межповерочного интервала.
Claims (11)
1. Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности, заключающийся в том, что в процессе функционирования объекта, температура которого измеряется проверяемой термопарой, не выполняя демонтажа термопары с объекта, измеряют одновременно текущее значение ее термоЭДС и температуру ее холодного спая, затем изменяют температуру холодного спая термопары до заданной величины, при достижении заданной величины температуры холодного спая выполняют ее стабилизацию, после этого измеряют одновременно термоЭДС термопары и температуру холодного спая и рассчитывают термоэлектрическую способность термопары, полученное расчетное значение сравнивают с номинальной статической характеристикой термопары, в случае, если оно отличается на величину меньше заданной, продолжают эксплуатацию термопары, для этого приводят температуру холодного спая термопары к исходному значению, в случае, если полученное значение превышает заданную величину - либо бракуют термопару и заменяют ее другой термопарой, либо продолжают ее эксплуатацию, для этого выполняют корректировку ее показаний с учетом полученного значения термоэлектрической способности, при этом расчет термоэлектрической способности термопары выполняют по соотношению
где
α - термоэлектрическая способность термопары,
Е1, E2 - термоЭДС термопары до и после изменения температуры ее холодного спая соответственно,
T1, T2 - температура холодного спая термопары до и после ее изменения соответственно.
2. Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности, заключающийся в том, что в процессе функционирования объекта, температура которого измеряется проверяемой термопарой, не выполняя демонтажа термопары с объекта, изменяют температуру холодного спая термопары, в процессе изменения температуры холодного спая одновременно регистрируют мгновенные значения термоЭДС термопары и температуры ее холодного спая, находят производные от указанных параметров по времени, при этом интервал дифференцирования выбирают исходя из заданной точности, а расчет термоэлектрической способности термопары выполняют по соотношению
где
dE/dτ - производная от термоЭДС термопары по времени,
dT/dτ - производная от температуры холодного спая по времени.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145196A RU2732341C1 (ru) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145196A RU2732341C1 (ru) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732341C1 true RU2732341C1 (ru) | 2020-09-15 |
Family
ID=72516520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019145196A RU2732341C1 (ru) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732341C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752803C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-08-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Способ поверки термопреобразователя без его демонтажа с измеряемого объекта |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1173206A1 (ru) * | 1983-06-10 | 1985-08-15 | Предприятие П/Я В-2119 | Способ поверки термоэлектрических преобразователей |
| SU1471089A1 (ru) * | 1987-01-19 | 1989-04-07 | Ленинградский Кораблестроительный Институт | Способ бездемонтажной поверки технического термоэлектрического преобразовател и устройство дл его осуществлени |
| RU2010191C1 (ru) * | 1991-07-08 | 1994-03-30 | Киевский технологический институт легкой промышленности | Способ определения погрешностей термоэлектрических термометров |
| JPH07243917A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-19 | Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd | 熱電対の校正方法 |
| RU2245524C2 (ru) * | 2002-11-10 | 2005-01-27 | Обнинский государственный технический университет атомной энергетики | Способ поверки термопар |
| UA84054U (ru) * | 2013-04-04 | 2013-10-10 | Киевский Национальный Университет Технологий И Дизайна | Способ бездемонтажной поверки термоэлектрического преобразователя температуры |
| RU2584379C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-05-20 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Термоэлектрический преобразователь и способ его метрологического контроля в процессе эксплуатации без демонтажа с объекта |
-
2019
- 2019-12-25 RU RU2019145196A patent/RU2732341C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1173206A1 (ru) * | 1983-06-10 | 1985-08-15 | Предприятие П/Я В-2119 | Способ поверки термоэлектрических преобразователей |
| SU1471089A1 (ru) * | 1987-01-19 | 1989-04-07 | Ленинградский Кораблестроительный Институт | Способ бездемонтажной поверки технического термоэлектрического преобразовател и устройство дл его осуществлени |
| RU2010191C1 (ru) * | 1991-07-08 | 1994-03-30 | Киевский технологический институт легкой промышленности | Способ определения погрешностей термоэлектрических термометров |
| JPH07243917A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-19 | Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd | 熱電対の校正方法 |
| RU2245524C2 (ru) * | 2002-11-10 | 2005-01-27 | Обнинский государственный технический университет атомной энергетики | Способ поверки термопар |
| UA84054U (ru) * | 2013-04-04 | 2013-10-10 | Киевский Национальный Университет Технологий И Дизайна | Способ бездемонтажной поверки термоэлектрического преобразователя температуры |
| RU2584379C1 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-05-20 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Термоэлектрический преобразователь и способ его метрологического контроля в процессе эксплуатации без демонтажа с объекта |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752803C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-08-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Способ поверки термопреобразователя без его демонтажа с измеряемого объекта |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kee et al. | Uncertainty of Temperature measured by Thermocouple | |
| Webster et al. | Measurement of inhomogeneities in MIMS thermocouples using a linear-gradient furnace and dual heat-pipe scanner | |
| Recktenwald | Conversion of thermocouple voltage to temperature | |
| RU2732341C1 (ru) | Способ бездемонтажной проверки термопары и значения ее термоэлектрической способности | |
| CN101021502A (zh) | 低温电阻温度系数测试装置 | |
| RU2325622C1 (ru) | Способ контроля достоверности показаний термоэлектрического преобразователя в процессе его эксплуатации | |
| De Lucas et al. | Measurement and analysis of the temperature gradient of blackbody cavities, for use in radiation thermometry | |
| Žužek et al. | Determination of PRT Hysteresis in the Temperature Range from− 50 C to 300 C | |
| Lipták | Temperature measurement | |
| Kemper et al. | Temperature measurements | |
| US3313140A (en) | Automatic calibration of direct current operated measuring instruments | |
| RU2752803C1 (ru) | Способ поверки термопреобразователя без его демонтажа с измеряемого объекта | |
| Wood et al. | Pyrometry | |
| Corsan | Axial heat flow methods of thermal conductivity measurement for good conducting materials | |
| RU2727564C1 (ru) | Самокалибрующийся датчик температуры | |
| US10184843B2 (en) | Thermal protection systems material degradation monitoring system | |
| Sediva et al. | Uncertainty Budget for Calibration of Platinum Resistance Thermometer | |
| Ulanovskiy et al. | Tungsten–Rhenium Thermocouples Calibration in Ultra-High Temperature Range | |
| Drnovsek et al. | Reduction of uncertainties in temperature calibrations by comparison | |
| Pennypacker | Instrumentation for epidemiology | |
| Қарабекова et al. | Variation of spatially heterogeneous radiation by coordinate-sensitive receiver | |
| Ripple et al. | Uncertainty budgets for comparison calibrations of thermocouples | |
| JPS634134B2 (ru) | ||
| Alper | Calibration of Type S Pt/Pt–Rh Alloy Thermocouples and Uncertainty Estimation | |
| Rall et al. | Application and Selection |