Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в областях, где применяются контактные датчики температуры, в частности, в океанографии.

Динамические характеристики датчиков температуры в дифференциальной форме представляются уравнениями, коэффициенты которых являются показателями тепловой инерции [ГОСТ 8.256-77 Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений]. Во многих случаях удовлетворительную точность дает представление датчика звеном 1-го порядка, имеющего показатель тепловой инерции при первой производной температуры датчика. Этот показатель тепловой инерции определяется при аттестации датчика.

Известные традиционные способы определения показателя тепловой инерции датчика [ГОСТ 1.00418-81 ОСИ. Метод и средства определения динамических характеристик датчиков температур газовых потоков; А.С. СССР 1446494, Кл. G01К 7/00, 1987. Способ определения показателя тепловой инерции частотных преобразователей и устройство для его осуществления. Семенистый К.С., Ркенцар Б.Я., Николишин Т.М.; А.С. СССР 146532, Кл. 01К 15/00, 1961. Способ определения показателя тепловой инерции термопреобразователей сопротивления. Светличный А.С., А.С. СССР 901851, G01К 15/00, 1982. Способ определения показателя тепловой инерции термопреобразователя. Банников А.И., Еоцуленко В.В.] предусматривают подачу на вход датчика ступенчатого воздействия, регистрации переходного процесса на выходе датчика и различные варианты обработки формы кривой переходного процесса для вычисления показателя тепловой инерции.

Ступенчатое воздействие для датчиков, работающих в жидкости, обычно формируется переносом датчика из емкости с одной температурой воды в емкость с другой температурой воды [Лавров С.А., Нечесин Е.Г., Никитин А.В., Рабинович М.В. Исследование первичных преобразователей температуры в динамическом режиме. Экспериментальные методы исследования океана. Сб. науч. тр. МГИ АН УССР. Севастополь, 1978, С. 85-90]. При этом не обеспечивается постоянство времени подачи воздействия, условий обтекания датчиков жидкостью и, следовательно, постоянство коэффициента теплообмена датчика со средой в процессе калибровки, что приводит к неконтролируемой погрешности определения показателя тепловой инерции.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и упрощение процедуры калибровки.

Эта цель достигается тем, что для определения показателя тепловой инерции ε_х датчика используют совместно второй образцовый датчик с известным параметром тепловой инерции ε₀, ступенчатое воздействие температуры подают одновременно на оба датчика, регистрируют разность Δθ(t) выходных сигналов температур первого θ_x(t) и второго θ₀(t) датчиков, фиксируют отрезок времени t_m от начального момента появления разностного сигнала Δθ(t) до момента t_m наступления его максимума, определяют показатель тепловой инерции ε_х калибруемого датчика из численного решения уравнения

Суть предлагаемого способа поясняется эпюрами сигналов датчиков θ₀(t) и θ_х(t) при квазиступенчатом увеличении и уменьшении температуры (фиг. 1); и эпюрами сигналов разности температур θ₀(t) и θ_х(t) датчиков (фиг. 2) в переходных процессах.

Рассмотрим вывод приведенной выше формулы.

Если моделями датчиков с достаточной точностью являются инерционные звенья первого порядка, то при подаче на их входы ступеньки температуры θ_с на выходе температуры датчиков будут

представленные на фиг. 1.

Разность этих сигналов

представлена на фиг. 2.

Определим время t_m достижения разностным Δθ(t) сигналом выражения (3) максимального значения.

Для этого возьмем его производную и приравняем ее нулю

Таким образом, время наступления максимума t_m разницы температур двух датчиков не зависит от величины входной ступеньки θ_с, а зависит только от показателей тепловой инерции ε_х и ε₀ датчиков.

Это впервые открытое авторами свойство динамики пары инерционных датчиков и лежит в основе предложенного способа определения неизвестного показателя тепловой инерции [Гайский П.В. Метод уменьшения инерционности измерителя температуры // Системы контроля окружающей среды. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2012. Вып. 17. С. 37-42].

Для примера, при известном ε_х=2с и при t_m=2,5с из эпюр сигналов на фиг. 1 по выражению (8) получим показатель тепловой инерции датчика ε_х=3с.

В результате осуществления предлагаемого способа определения показателя тепловой инерции датчиков температуры получаем повышение точности и упрощение процедуры калибровки.