Способ динамической градуировки термометров сопротивления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к температурным измерениям, и может быть использовано, например, при градуировке термометров сопротивления, в том числе термопреобразователей сопротивления: металлических и полупроводниковых терморезисторов (терморезисторы, термосопротивления): термисторы, позисторы.

Известен способ градуировки термометров сопротивления с использованием калибраторов температуры или термостатов, состоящий в измерении электрического сопротивления градуируемого (калибруемого) термометра и температуры среды, в которой размещены градуируемый и образцовый термометры, при этом для среды задают требуемый температурный режим, ожидают выхода температуры среды на заданный температурный уровень, выдерживают термометры при установленной температуре и фиксируют показания измерительного прибора, измеряющего сопротивление градируемого термометра, и температуру среды, измеренную образцовым термометром (Калибратор температуры эталонный КТ-110. Технические условия 4381-049-13282997-03 ТУ).

Недостаток указанного способа градуировки заключается в его трудоемкости, объясняемой необходимостью ожидания выхода температуры среды на заданный температурный уровень для каждой требуемой градуировочной температуры и длительным выдерживанием термометров при установленной температуре, из-за чего для градуировки термометров, особенно партии термометров сопротивления, имеющих индивидуальные характеристики и требующих индивидуальных градуировок, необходимо длительное время.

Известен способ динамической градуировки полупроводниковых термосопротивлений путем совместного нагрева и охлаждения тарируемого (градуируемого) и образцового термодатчиков в градуировочной среде и сличения термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобразователей, при этом осуществляют нагрев и охлаждение градуировочной среды с постоянной скоростью и определяют градуировочную кривую путем усреднения соответствующих данных, полученных при нагреве и охлаждении (SU №168496, G01k, 1965 г.).

К недостаткам этого способа градуировки можно отнести ее погрешность:

- обусловленную неточностью фиксации температуры среды, воздействующей на градуируемые термометры, из-за несовпадения инерционных показателей градуируемых и образцового термометров при невозможности практически выдержать постоянные и равные скорости нагрева и охлаждения среды, градуируемых и образцового термометров (при разных температурах теплоемкость и теплопроводность среды и материалов, из которых изготовлены термометры, различны);

- обусловленную последовательным съемом измеряемых параметров градуируемых и образцового термометров при непрерывном изменении температуры среды.

Кроме того, в указанном способе наличие усредненной градуировки увеличивает время, необходимое для проведения градуировки термометров сопротивления (особенно партии термометров сопротивления).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ динамической градуировки термопреобразователей, заключающийся в сличении термометрических параметров образцового и градуируемого термопреобразователей при изменении температуры градуировочной среды в одном направлении с меняющейся величиной скорости температурного хода, одновременном измерении и фиксации полученных измерений термометрических параметров термопреобразователей, вычислении истинной температуры градуируемого термопреобразователя по специальной формуле (SU №870984, G01K 15/00, 1979).

Указанный способ градуировки сложен в реализации. Для его осуществления необходимо наличие регулирующего оборудования для обеспечения меняющейся величины скорости температурного хода градуировки и вычислительных мощностей для вычисления истинной температуры градуируемого термопреобразователя по специальной формуле, и, кроме того, указанный способ имеет погрешность градуировки, обусловленную погрешностями измерения аргументов для специальной формулы и суммированием этих погрешностей в конечных результатах вычислений.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности градуировки термометров сопротивления, упрощении реализации и снижении трудоемкости градуировки, за счет сокращения времени на градуировку термометров сопротивления (особенно партии термометров сопротивления, имеющих индивидуальные характеристики и требующих индивидуальных градуировок) и обеспечения формирования прямой и обратной градуировочных характеристик термометров сопротивления.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе динамической градуировки термометров сопротивления, заключающемся в сличении изменяющихся, в связи с изменением температуры тарировочной среды, параметров образцового и градуируемого термометров сопротивления, при их совместном одновременном измерении и регистрации (документировании), в качестве образцового термометра сопротивления используют термометр сопротивления, имеющий показатель тепловой инерции, аналогичный показателю тепловой инерции градуируемых термометров сопротивления, изменение температуры тарировочной среды производят двумя температурными циклами нагревания и охлаждения или охлаждения и нагревания, в начале и конце каждого из которых обеспечивают достижение образцовым термометром сопротивления показания, соответственно, верхней или нижней температуры градуировочного интервала.

Кроме того, в предлагаемом способе динамической градуировки термометров сопротивления при градуировке термометров сопротивления, имеющих несовпадающие прямую и обратную (гистерезисные) градуировочные характеристики термометров сопротивления при прямом (нагревание) и обратном (охлаждение) изменении температуры среды, изменение температуры тарировочной среды в температурных циклах проводят монотонно, а градуировку термометров сопротивления, имеющих совпадающие прямую и обратную (безгистерезисные) градуировочные характеристики, проводят за один цикл нагревания или охлаждения.

Благодаря использованию образцового термометра сопротивления, имеющего показатель тепловой инерции, аналогичный показателю тепловой инерции градуируемых термометров сопротивления, в совокупности с тем, что изменение температуры тарировочной среды производят двумя температурными циклами нагревания и охлаждения или охлаждения и нагревания, в начале и конце каждого из которых обеспечивают достижение образцовым термометром сопротивления показания, соответственно, верхней или нижней температуры градуировочного интервала, появилась возможность проводить одновременную градуировку нескольких термометров сопротивления, значительно упростить процесс градуировки и уменьшить трудоемкость способа, путем сокращения времени на градуировку.

На чертеже приведена структурная схема устройства, обеспечивающего реализацию предлагаемого способа градуировки термометров сопротивления.

Устройство содержит камеру 1 тепла-холода со встроенным управляемым источником тепла-холода, градуируемые термометры сопротивления 2 и образцовый 3 термометр сопротивления, имеющий показатель тепловой инерции, аналогичный показателю тепловой инерции градуируемых термометров сопротивления 2, измерители 4 электрического сопротивления, контроллер (или ПЭВМ) 5.

Равенство показателей тепловой инерции образцового и градуируемых термометров сопротивления обеспечивают, например, следующим образом: из изготовленной партии промышленных термометров сопротивления один термометр сопротивления калибруют любым известным способом и присваивают ему статус образцового.

Для градуировки термометров сопротивления 2 на интервале температур T₁-T₂, T₁<T₂ (T₁ - нижняя температура, а T₂ - верхняя температура градуировочного интервала) в соответствии с предлагаемым способом включают камеру 1 на охлаждение, измерители 4 и контроллер 5 - на измерение электрических сопротивлений 2 и 3 термометров сопротивления.

Измерение электрических сопротивлений термометров сопротивления 2 и 3 проводят совместно одновременно по командам контроллера 5, выдаваемым по шине A. Результаты измерений контроллер 5 принимает от измерителей 4 по шине Б. Частоту измерений устанавливают, исходя из требуемой детализации градуировки и динамичности нагрева и охлаждения камеры 1 (например, один раз в 5-10 секунд).

По достижению показания образцовым термометром сопротивления 3 температуры T₁ (или несколько ниже T₁), которую отслеживают по монитору контроллера 5, переводят контроллер 5 и на регистрацию (документирование) результатов измерений, а камеру 1 на нагревание (прямой температурный цикл градуировки). По достижению показания образцовым термометром сопротивления 3 температуры T₂ (или несколько выше T₂) переводят камеру 1 на охлаждение (обратный температурный цикл градуировки) и охлаждают ее до достижения показания образцовым термометром сопротивления 3 температуры T₁ (или несколько ниже T₁). На этом градуировка закончена.

Выключают измерители 4, контроллер 5 и камеру 1.

Предлагаемый способ градуировки термометров сопротивления не ограничивает количество одновременно градуируемых термометров сопротивления. Количество одновременно градуируемых термометров сопротивления может ограничиваться техническими возможностями оборудования, реализующего предлагаемый способ градуировки, например, для устройства, приведенного на чертеже, числом измерителей - 4.

Предлагаемый способ градуировки может быть реализован для градуировки любых термометров сопротивления.