Способ определения температуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 917001 Союз СоветскикСоциалистическикРеспубликвв делам нзабретенкй н вткрмткй(71) Заявит зико-техническ кра 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЬ Изобретение относится к термом рии.Известен способ определения темпе ратуры, заключающийся в измерении сопротивления термометров и опредЕ- лении температуры. по т ермометрической характеристике 11 .Однако известный способ не обладает требуемой точностью измерения, потому что погрешность аппроксимации действительной температурной хара теристики очень велика и, например, для терморезисторов типа МИТв диа пазоне температур (-70 С) в (+50 С) достигает величины 8 С.Наиболее близким по .технической сущности к предлагаемому является способ определения температуры, заключающийся в измерении сопротивления термометров и определении температуры по термометрической характеристике, аппроксимируемой аналитической зависимостью с коэффициентами, вычисленными путем предвариинститут низких темпеской ССР тельной тарировки термометров в базовых точках рабочего диапазона температур 21.Однако и этот способ не обеспечивает требуемой точности измерения в связи с тем, что аналитические зависимости, применяемые для аппроксимации не полностью соответствуют физическим процессам, происходя щим в материале чувствительного элемента термометра, и не дают требуемого приближения к реальной термометрической характеристике термометра, а в низкотемпературном диапазоне, где физические процессы усложняются, погрешность аппроксимации увеличивается. Кроме того, для каждого термометра необходимо проводить громоздкие вычисления коэффициентов, решая систему уравнений,Цель изобретения - повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем,что тарируют термометры в двух баЭ 9110 эовых точках, расположенных на границах температурного диапазона, выбирают из них наиболее характерный обобщенный термометр, сопротивление которого окажется максимально близким по сравнению с другими к области, математического ожидания для сопротивлений всех градуируемых термо метров данной группы, дополнительно тарируют его еще минимум в трех ба зовых точках, расположенных равномерно между границами диапазона одним иэ термометров измеряют температуру, .определяяпри этом величину его сопротивления, затем находят соответствующее ему сопротивление обобщенного термометра К по формуле О атермометра В 1, термометра В 2 и термометра 9 3. Производится тарировка этих термометров в двух базовых точках на границах рассматриваемого диапазона (в т, Т и Т).Полученные значения сопротивлений обозначаем Р, где 1 - номер термометра; 1 - номер точки, обозначающий принадлежность началу или концу диапазона (т.е. в т. Тл-КцР 2 ь Кю в тТ-К 21, К, Р 5 д), Вычисляем математическое ожидание К для эначе,1 ний сопротивлений этой группы термометров в точках Тл и Тд.,где К - сопротивление одного из термометров, измеренное при искомой температуре,К- сопротивление одного из тер 25мометров, измеренное во 2-ойбазовой точке,Кг- сопротивление обобщенноготермометра, измеренное во2-ой базовой точке,К, - поправочный коэффициент,равный отношению разницы логарифмов сопротивлений обобщенного и одного из термометров, измеренных в двух З 5базовых точках на границахдиапазона.потом определяют искомую .температурупо формуле46Выбираем термометр, имеющий наи.меньшее значение ь К 1 в качествеобобщенного термометра (в нашем случае это термометр У 2).На фиг. 1 изображены в координаЬ45"тах 1 цР(10 /Т) термические характеристики термометров М 1, И и 9 3 сдвумя тарированными точками,(кривые1-3и.математическое ожидание значений сопрдтивлений рассматриваемойгруппы термометров, из которых такжеследует, что термометрическая. характе.ристика термометра В 2 наиболее близка к величине математического ожиданияеПолучаем в результате дополнительной тарировки обобщенного термометра еще три точки.В нижней насти графика (фиг. 1)приведены термометрическая характее:о ( где е - основание натуральных логарифмов,и. - степень полинома,А - коэффициент, определяемый.по способу Чебышева,К - сопротивление обобщенноготермометра.На фиг. 1 показан пример совмещения термометрических сарактеристик одийочных и обобщенного термометров, на фиг, 2 - график погрешности.Определение температуры предлагаемым способом производится следующим образом,Рассмотрим случай, когда группа термометров состоит из трех штук; Определяем разность сопротивлений термометров К 1, и математического ожидания Кк 1 для точек ТЛ и Т 2, т.е. ьК=К"Кх, а подробнее5 91700ристика термометра В 1 для которогопроизводится в дальнейшем расчет измеряемой температуры, и термометрическая характеристика обобщенного термометра после приведения их к оси5абсцисс:для термометра М 1 В)=9 К) 19 ВЮ.,(кривая 2), 0Рассчитываем поправочные коэффициенты как отношение величин В кВц (для обобщенного термометра) вточке Т, так как в координатах(ц Р(10 /Т) расположения тарировочных точек на оси абсцисс поменялисьи точка Тл (первая) в координатахоказалась в конце интервала. Дня тер"мометра К 1 Кл=Вл/ВВ=(КдВлл дВ 1)//(ЦВ- дКа)20Измеряем, как указывалось выше,термометром 9 1 неизвестную температуру Т. Для этого измеряем значе-ние сопротивления термометра Влтприэтой температуре. 25Вычисляем соответствующее емузначение К 2 т обобщенного термометра.Поэтапно это выглядит так:1) приводим значение 1 АВ к осиабсцисс: В=6)К 1-6 Вл (кривая 1) 1 Зо2) рассчитываем соответствующееВ 21=ВлтКл =(Е 9 ВлцВлр) К для обобценного термометра (кривая 1" )3) возвращаемся в прежнюю системукоординат ьдК(бдВрКдКл + з 5" Кл+1.9 В 2 рЗПолученное з начение сопротивленияобобщенного термометра представляемв Формулу и определяем искомую температуру,е 4- (Ь с) 45Коэффициенты Л определяются из тарировочных значений сопротивления обобщенного термометра в пяти базовых точках по способу Чебышева.Предлагаемый способ измерения температуры был проведен на нескольких группах термометров. Для термометров типа ТСАД наименьшая погрешность получена для группы термометров одного типа изготовленных из одного среЗа755 материала (для обеспечения максимальной однородности материала по единой технологии и градуируемых в иден- тичных условиях. На фиг. 2 приведены данные погрешности измерения температуры через обобщенную характеристику по Формуле, усредненные по количеству термометров в рассмат 1 иваемой группе для термометров типа ТСАД (кривая 1) и ти па ИИТ (кривая 2) Ф интервале 200 К - 300 Ки (кривая 2) в интервале 50 КК, расширенном в область низких температуРДля сравнения на фиг. 2 также приведены усредненные погрешности измерения температуры известным способом для термометров типа ТСАД (кривая 3) и типа ММТ(кривая 4).Экспериментальная проверка на партии термометров типа ТСАД показала, что при измерении температуры известным способом в низкотемпературном диапазоне 4,2-20 К погрешность получается наименьшей при следующих значениях базовых точек: Т=б К, Тл=9 К и Т=14 К, а для группы терморезисторов типа ММТв расыйренном диапазоне 150-300 К при следующих значениях базовых точек: Т= =150 К, Тл =80 К и Т=200 К, Погрешность измерения температуры для терморезисторов типа МИТвозрастает с 0,5 К в диапазоне 203 КК (обычньй диапазон, рассматриваемый в известном способе) до 1,4 К в расшиРенном в область низких температур диапазоне 150-300 К. Для термометров типа ТСАД в диапазоне 4,2-20 К значение максимальной погрешности достигает 1 К.Как видно на Фиг. 2 погрешность измерения температуры предлагаемым способом меньше для термореэисторов типа ИИТв диапазоне 203"300 К аТак=0,2 В К и в расширенном диапазоне 150-300 К ьТм=0,269 Кт.е. практически не увеличивается при расширении диапазона в область низких температур. Для термометров типа ТСАД в диапазоне 4,2-20 К погрешность не превьппает 0,02 К. Кроме того, при большом количестве термометров в партии предлагаемый способ измерения температуры сокрацает объем информации, полностью характеризующей эту группу, так как должны быть известны коэффициенты аппроксимирующей формулы только для одного обобщенного термометра и поправочные коэффициенты для остальных термометров, в то время как при исметров измеряют температуру, определяя при этом величину его сопротивления, затем находят соответствующее ему сопротивление обобщенного тер. у мометра по формуле 16 где Й 1, - сопротивление одного из термометров, измеренное при искомой температуре,Й 1- сопротивление одного из термометров, измеренное во 2-й1 базовой точке,К- сопротивление обобщенноготермометра, измеренное во2-й базовой точке;к - поправочный коэффициент, рав 26 ный отношению разницы логарифмов сопротивлений обобщенного и одного из термометровизмеренных в двух базовыхточках на границах диапазона,23 потом определяют искомую температурупо Формуле Формула изобретенияСпособ определения температуры, заключающийся в измерении сопротивления термометров и определении температуры по термометрической характеристике, аппроксимируемой аналитической зависимостью с коэффициентами, вычисленными в результате таРировки термометров в базовых точках рабочего диалаэона температур, отличающийся тем, что, З 6 с целью повышения точности измерения, тарируют термометры в двух базовых точках, расположенных на границах температурного диапазона, выбирают из них наиболее характерный обобщенный термометр, сопротивление которого окажется максимально близким по сравнению с другими к области математического ожидания для сопротивлений всех градуируемых термометров даннац группы, дополнительно тарируют его еще минимум в тРех базовых точках, расположенных равномерно междур;ницами диапазона, одзим из термо 7 91 пользовании известного способа надо знать не менее трех коэффициентов для каждого термометра.Повышение точности, расширение рабочего диапазона в область низких температур и в некоторых случаях зна чительное сокращение количества необходимой информации, характеризую- . щей группу термометров позволяют использовать предлагаемы способ измерения температуры в приборах для из" мерения температуры с запоминающими устройствами, упрощают способ запи- . си данных в памяти ЗВМ и облегчают тарировку некоторых групп.термометров. где е - основание натуральных логарифмов,и - степень полинома,А - коэффициент, определяемыйпо способу ЧебышевафК 1 - сопротивление обобщенноготермометра.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеТерморезисторы типов КМТ,ИИТ, ГОСТ 10688-75, государственный Комитет стандартов, М., 1975.2. Авторское свидетельство СССРВ 481795, кл. 0 01 К 7/18, 1973917001 г го я иа оставитель А. Терекехред Т.Маточка едактор Н,Чубелк ар оррект ор С. В Заказ 1873 Подписномит ет а СССР от крыт и ская на Филиал П 11 "1 атент", г. Ужгород, ул. 11 роектная ираж осудаелам иМоскв ВНИИПИ по 1 3035