способ бездемонтажной оценки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя

Формула изобретения

Способ бездемонтажной оценки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя в процессе его эксплуатации, заключающийся в периодическом определении величины дифференциальной термоэлектродвижущей силы при заданных значениях температуры, сравнении полученных данных с первоначальной величиной дифференциальной термоэлектродвижущей силы, измеренной до начала эксплуатации термоэлектрического преобразователя, отличающийся тем, что дополнительно через электроды термоэлектрического преобразователя пропускают электрический ток в прямом и обратном направлении с одинаковыми силой и длительностью импульса и измеряют дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при прямом прохождении электрического тока Е _ПР и дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока Е _ОБР, а о достоверности показаний термоэлектрического преобразователя судят по величине изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы S, определяемой по зависимости

где Е' _ПР - дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы при прямом прохождении электрического тока, измеренная до начала эксплуатации термоэлектрического преобразователя, Е' _ОБР - дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока, измеренная до начала эксплуатации термоэлектрического преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к термометрии и может быть использовано при оценке степени пригодности термоэлектрического преобразователя, проработавшего на термометрируемом объекте, к дальнейшей эксплуатации.

В начальный период эксплуатации термоэлектрический преобразователь имеет однородные термоэлектроды и, соответственно, дает достоверные результаты в пределах погрешности своей градуировки. Со временем чувствительность участков термопары, расположенных в зоне воздействия внешних факторов, изменяется вследствие физико-химических изменений, происходящих в термоэлектродах под воздействием температуры и окружающей среды, термоэлектроды становятся термоэлектрически неоднородны, что в свою очередь приводит к отклонению статической характеристики от начальной. Причем чем выше измеряемая температура, тем большие происходят изменения и больше изменяется характеристика.

Известен способ оценки достоверности показаний, который предусматривает проведение периодической поверки в условиях измерительной лаборатории /ГОСТ 8.338-2002. Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки, ИПК Издательство стандартов, 2003/. Суть его в том, что глубина погружения рабочего конца термопары в печь при поверке много меньше глубины погружения в условиях эксплуатации. Это обеспечивает попадание участка термоэлектродов с возникшей при эксплуатации термоэлектрической неоднородностью (ТЭН) в область больших градиентов температуры. Температуру рабочего конца термопары в этом методе определяют по точкам затвердевания чистых металлов или сличением с эталонной термопарой.

Однако описанный выше способ не дает достоверной информации о величине погрешности измерения температуры в реальных условиях эксплуатации, поскольку при поверке в лабораторных условиях невозможно точно воссоздать, в первую очередь, глубину погружения термопары и профиль температуры вдоль нее.

Известен способ определения погрешности измерения температуры контактными термометрами непосредственно в условиях эксплуатации путем поверки термометров без их демонтажа /авторское свидетельство СССР 1506300, G 01 K 15/00, 1989/.

Способ включает установку на изучаемый объект 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 контрольных термометров.

Недостатком описанного способа является его малая эффективность 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.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения погрешности измерения температуры на объекте, включающий контроль показаний датчика температуры, установленного на объекте с теплоносителем, заключающийся в фиксации контролируемых показаний датчика температуры в момент наступления температурной остановки процесса охлаждения, при этом в качестве действительной температуры принимают температуру затвердевания, а погрешность определяют как разницу между измеренной и действительной температурами. При этом в качестве действительной температуры затвердевания принимают температуру затвердевания теплоносителя объекта /патент РФ 2160433, G 01 K 15/00, 2000/.

Недостатком прототипа является его узкая специализация. Использование способа возможно только на установках, содержащих теплоноситель с фазовым переходом.

Задача, решаемая изобретением, сводится к созданию универсального способа оценки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков. В частности, создавался способ, позволяющий проводить периодическую оценку достоверности показаний термоэлектрического преобразователя непосредственно на термометрируемом объекте при реальных условиях эксплуатации, независимо от наличия или отсутствия теплоносителя, а в случае наличия теплоносителя - независимо от его теплофизических свойств.

Для решения поставленной задачи предлагается способ оценки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя в процессе его эксплуатации, заключающийся в периодическом определении величины дифференциальной термоэлектродвижущей силы при заданных значениях температуры, сравнении полученных данных с первоначальной величиной дифференциальной термоэлектродвижущей силы, измеренной до начала эксплуатации термоэлектрического преобразователя. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что дополнительно через электроды термоэлектрического преобразователя пропускают электрический ток в прямом и обратном направлении с одинаковыми силой и длительностью импульса и измеряют дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при прямом прохождении электрического тока E' _ПР и дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока Е' _ОБР, а о достоверности показаний термоэлектрического преобразователя судят по величине изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы S, определяемой по зависимости

где Е _ПР - дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы при прямом прохождении электрического тока, измеренная до начала эксплуатации термоэлектрического преобразователя;

Е _ОБР - дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока, измеренная до начала эксплуатации термоэлектрического преобразователя.

Пропускание электрического тока через электроды термоэлектрического преобразователя в прямом и обратном направлении с одинаковой силой и длительностью импульса приводит к тому, что в районе спая выделяется или поглощается тепло, что связано с эффектом Пельтье, которое заключается в том, что в зависимости от направления электрического тока при его протекании через цепь, составленную из разнородных проводников, в месте контакта проводников происходит выделение или поглощение тепла. Выделившееся или поглощенное тепло приводит к изменению температуры спая, которое может быть зарегистрировано проверяемым термоэлектрическим преобразователем как дополнительная составляющая термоэлектродвижущей силы. Сравнивая дополнительные составляющие термоэлектродвижущей силы при прямом и обратном пропускании электрического тока, полученные до начала эксплуатации прибора и после, в соответствии с предложенной формулой можно получить численное значение отклонения показаний термоэлектрического преобразователя от начальных величин. Таким образом, достигается технический результат.

Изобретение осуществляют следующим образом. Поверенный термоэлектрический преобразователь устанавливают на термометрируемом объекте. В режиме эксплуатации определяют термоэлектродвижущую силу Е. После чего, сначала осуществляют прямое пропускание электрического тока и регистрируют дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы Е _ПР. Затем осуществляют обратное пропускание электрического тока и регистрируют дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы Е _ОБР. Эти данные запоминают и хранят на протяжении всего срока эксплуатации термоэлектрического преобразователя. Через определенный промежуток эксплуатации эти действия повторяют и получают значения величин E' _ПР и E' _ОБР. В соответствии с предложенной формулой полученные данные обрабатывают и получают численное значение изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы S, которое и является индикатором достоверности показаний термоэлектрического преобразователя.

Пример осуществления способа. Новый кабельный ХА термоэлектрический преобразователь диаметром 3 мм поместили в термометрируемый объект на глубину 40 мм и нагрели до температуры 200°С. Пропускали через термоэлектроды импульс тока величиной 3,5 ампера и длительностью 1,6 секунды в прямом и обратном направлении. В момент времени, равный 2,63 секунды от начала каждого импульса тока, фиксировали изменение термо-э.д.с. Полученные значения дополнительных составляющих термо-э.д.с. Е _ПР и Е _ОБР запомнили. Затем термоэлектрический преобразователь эксплуатировался на термометрируемом объекте при температурах от 800 до 850°С. По прошествии 3-х месяцев измерения повторили. Результаты эксперимента представлены на прилагаемых графических материалах. На фиг.1 показаны изменения термо-э.д.с. при пропускании тока в прямом направлении, на фиг.2 - изменения термо-э.д.с. при пропускании тока в обратном направлении, где 1 и 3 - кривые изменения термо-э.д.с. для нового термоэлектрического преобразователя, 2 и 4 - кривые изменения термо-э.д.с. для термоэлектрического преобразователя после трехмесячной эксплуатации. Из диаграмм видно, что численные значения дополнительных составляющих термоэлектродвижущей силы имеют следующие величины (мкВ):

-Е _ПР=200,4

-Е _ОБР=-62,4

-Е' _ПР=214,7

-E' _ОБР=-66,9

При подстановке указанных значений Е в предлагаемую зависимость /1/ получаем величину изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы S=103,52%. Такое изменение дифференциальной чувствительности как раз соответствует изменению показаний термоэлектрического преобразователя на 3,5%, что подтвердили измерения контрольной эталонной термопарой.

Из приведенных данных можно сделать вывод, что способ пригоден для индикации достоверности показаний термоэлектрического преобразователя.