Способ бездемонтажной оценки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при оценке степени пригодности эксплуатируемого термоэлектрического преобразователя. Способ включает периодическое определение величины дифференциальной термоэлектродвижущей силы при заданных значениях температуры и сравнение полученных данных с первоначальной величиной дифференциальной термоэлектродвижущей силы. О достоверности показаний термоэлектрического преобразователя судят по величине изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы, определяемой по заданной зависимости. Изобретение позволяет проводить периодическую оценку достоверности показаний термоэлектрического преобразователя непосредственно на термометрируемом объекте при реальных условиях эксплуатации. 2 ил.

 

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 ΔE'_ПР и дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока ΔЕ'_ОБР, а о достоверности показаний термоэлектрического преобразователя судят по величине изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы δS, определяемой по зависимости

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

ΔЕ_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 ΔЕ_ПР. Затем осуществляют обратное пропускание электрического тока и регистрируют дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы ΔЕ_ОБР. Эти данные запоминают и хранят на протяжении всего срока эксплуатации термоэлектрического преобразователя. Через определенный промежуток эксплуатации эти действия повторяют и получают значения величин ΔE'_ПР и ΔE'_ОБР. В соответствии с предложенной формулой полученные данные обрабатывают и получают численное значение изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы δS, 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. ΔЕ_ПР и ΔЕ_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):

-ΔЕ_ПР=200,4

-ΔЕ_ОБР=-62,4

-ΔЕ'_ПР=214,7

-ΔE'_ОБР=-66,9

При подстановке указанных значений ΔЕ в предлагаемую зависимость /1/ получаем величину изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы δS=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.

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 ΔЕ_ПР и дополнительную составляющую термоэлектродвижущей силы при обратном прохождении электрического тока ΔЕ_ОБР, а о достоверности показаний термоэлектрического преобразователя судят по величине изменения дифференциальной термоэлектродвижущей силы δS, определяемой по зависимости

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