СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТАБИЛЬНОСТИ ЭТАЛОННЫХ И ПРЕЦИЗИОННЫХ ТЕРМОМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
METHOD OF MONITORING STABILITY OF REFERENCE AND PRECISION THERMOMETRES DURING USE THEREOF

Область применения
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного периодического контроля стабильности эталонных и прецизионных термометров в измерительных, поверочных и калибровочных лабораториях различных отраслей науки и промышленности.
Уровень техники
Известен способ определения стабильности эталонных платиновых термометров сопротивления, предусматривающий измерение их сопротивления в ампуле тройной точки воды при температуре +0,01°С. Недостатком этого способа является большая трудоемкость процедуры приготовления тройной точки воды и необходимость выдержки ампулы при температуре 0°С не менее суток. Известен способ проверки стабильности промышленных термометров сопротивления при температуре плавления льда (0±0,02)°С. Недостатком этого способа является существенная трудоемкость, а также низкая точность воспроизведения и поддержания температуры 0°С в соответствующих, что не обеспечивает качество контроля стабильности эталонных и прецизионных термометров в процессе их эксплуатации.
Наиболее близким аналогом является патент RU 64364 U. Описывается малогабаритная ампула реперной температурной точки, содержащая: цилиндрический стакан с термометрическим веществом, вкладыш с каналом для термометра, помещенный коаксиально в стакан, металлический корпус, отличается тем, что содержит металлическую втулку, с регулировочными и стопорными винтами, выполненными с возможностью обеспечения уплотнения конусного соединения стакана с вкладышем, расположенного внутри металлического корпуса, причем наружный диаметр канала для термометра относительно внутреннего диаметра цилиндрического стакана находится в соотношении не более 1:2 при диаметре корпуса ампулы не более 25 мм и длине канала для термометра от 100 до 110 мм.
Заявленный способ реализуется на основе данного устройства.
Технический результат: обеспечивается сокращение трудоемкости, повышение точности и сходимости результатов контроля стабильности термометров.
Осуществление изобретения
Предлагается новый способ контроля стабильности термометров в процессе их эксплуатации, основанный на периодическом измерении сопротивления или температуры термометра в температурной точке плавления галлия (29,7646°С), воспроизводимой в малогабаритной ампуле галлия (по устройству патент RU 64364 U).
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ контроля стабильности эталонных и прецизионных термометров в процессе их эксплуатации, заключающийся в измерении выходного сигнала термометра при постоянной температуре, отличающийся тем, что с целью сокращения трудоемкости и повышения качества (сходимости) контроля термометр погружают в малогабаритную ампулу с чистым галлием, нагревают в твердотельном термостате микропроцессорного калибратора температуры и непрерывно записывают выходной электрический сигнал термометра в виде кривой плавления, включающей горизонтальный участок протяженностью от 1 до 6 часов, который соответствует термодинамическому равновесию жидкой и твердой фаз галлия.
На фиг.1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа, на фиг.2, 3 - типовые кривые плавления галлия с горизонтальным участком, соответствующим термодинамическому равновесию жидкой и твердой фаз чистого галлия, полученная в процессе периодического контроля стабильности эталонных платиновых термометров сопротивления капсульного и стержневого типов соответственно.
Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.1) состоит из малогабаритной ампулы 1, твердотельного термостата 3 с цилиндрическим гнездом 2, в котором автоматически поддерживается заданная температура, контролируемого термометра 4, измерительного прибора 5 для измерений выходного сигнала контролируемого термометра, персонального компьютера 7 с монитором 6.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Малогабаритную ампулу галлия 1 охлаждают в течение 30 минут до температуры 0°С в морозильной камере холодильника и помещают в колодец 2 калибратора температуры с твердотельным термостатом 3, в котором автоматически поддерживается температура на 0,3°С выше температуры плавления галлия. Затем помещают в термометровый канал ампулы с галлием контролируемый термометр 4. После 20 минутного нагрева ампулы галлия с контролируемым термометром включают запись выходного сигнала термометра с помощью микропроцессорного измерительного прибора 5 и его программного обеспечения, позволяющего визуально наблюдать на мониторе компьютера кривую плавления галлия в реальном масштабе времени. После выхода на горизонтальный участок кривой плавления запись выходного сигнала продолжают в течение 30-60 минут, после чего прекращают запись, сохраняют измерительную информацию в файле Excel. Измерительная информация, полученная в течение 30-60 минут записи на горизонтальном участке площадки плавления галлия, обрабатывается статистическими методами, для расчета среднего арифметического значения измеряемого параметра термометра и среднего квадратичного отклонения. Среднее арифметическое значение выходного сигнала термометра при температуре плавления галлия фиксируют в журнале наблюдений и с этим значением сравнивают значения, получаемые в процессе периодического контроля стабильности термометра. Предлагаемый способ позволяет сравнивать периодически получаемые значения выходного сигнала в привязке к одному и тому же временному интервалу на кривой плавления, что обеспечивает сходимость результатов контроля стабильности.
Предлагаемый способ многократно проверялся в процессе периодического контроля стабильности эталонных платиновых термометров сопротивления капсульного типа и стержневого типа с кварцевой защитной оболочкой. Получен ряд кривых плавления галлия в малогабаритной ампуле, содержащей 145 г галлия. Суммарное время охлаждения ампулы галлия, нагрева галлия до начала фазового перехода первого рода и измерения на площадке плавления, достаточное для контроля стабильности одного эталонного термометра сопротивления, составляет 90 мин.
В таблицах 1 и 2 приведены результаты статистической обработки горизонтальных площадок кривых плавления галлия в малогабаритной ампуле при воспроизведении температуры плавления галлия в твердотельном термостате портативных микропроцессорных калибраторах температуры.
В заявленном способе впервые применен оперативный метод циклического воспроизведения начального участка «плато» при контроле стабильности термометров, т.к. этот метод обеспечивает высокую сходимость результатов контроля стабильности.
На Фиг.4 показаны три последовательно реализованные цикла (замораживание-нагрев) в процессе контроля одного эталонного термометра сопротивления в малогабаритной ампуле галлия в микропроцессорном калибраторе температуры, обеспечивающим воспроизведение температуры в диапазоне от минус 45 до 155°С.
Как видно из графиков, характер «наклона» горизонтального участка кривой плавления галлия остается относительно стабильным в интервале времени 30-60 минут. Т.е. интервал в 30-60 минут будет самым коротким, который позволит выявить степень «горизонтальности» участка при проведении соответствующих измерений. Таким образом, заявленный способ просто позволяет экономить время, затрачиваемое на проведение замеров при сохранении точности измерений.
Таблица 1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТАБИЛЬНОСТИ ЭТАЛОННЫХ И ПРЕЦИЗИОННЫХ ТЕРМОМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Дата
Среднее арифметическое значение Rga, Ом
Стандартное отклонение, Ом
Интервал в температурном эквиваленте, мК
Продолжительность горизонтального участка кривой плавления, час
04.03.08
112,25418
8,4*10<sup>-5</sup>
0,5
6 ч
06.03.08
112,25430
8,6*10<sup>-5</sup>
0,5
6 ч
08.05.08.
112,25437
8,2*10<sup>-5</sup>
0,4
6 ч
11.03.08
112,25403
8,1*10<sup>-5</sup>
0,5
6 ч
22.04.08
112,25406
8,7*10<sup>-5</sup>
0,5
6 ч
15.05.08
112,25426
9,1*10<sup>-5</sup>
0,6
6 ч
27.05.08
112,25432
8,6*10<sup>-5</sup>
0,6
7 ч
28.05.08
112,25437
8,3*10<sup>-5</sup>
0,5
5 ч
29.05.08
112,25429
8.5*10<sup>-5</sup>
0,4
6 ч
30.05.08
112,25433
8,7*10<sup>-5</sup>
0,5
6 ч
Таблица 2
Дата
Среднее арифметическое значение Rga, Ом
Стандартное отклонение, Ом
Интервал в температурном эквиваленте, мК
Продолжительность горизонтального участка кривой плавления, час
21.03.07
28,56820
4,1*10<sup>-5</sup>
1,7
5 ч
28.03.07
28,56818
4,3*10<sup>-5</sup>
1,9
5 ч
24.04.08
28,56816
4,5*10<sup>-5</sup>
2,0
7 ч
5.05.08
28,5620
4,9*10<sup>-5</sup>
1,8
7 ч
6.05.08
28,56822
4,7*10<sup>-5</sup>
2,1
7 ч
7.05.08
28,56821
3.8*10<sup>-5</sup>
1,7
6 ч
12.05.08
28,56822
4,4*10<sup>-5</sup>
1,4
6 ч
13.05.08
28,56822
3,9*10<sup>-5</sup>
0,8
5 ч 30 мин
14.05.08
28,56822
4,0*10<sup>-5</sup>
0,9
6 ч 30 мин
16.05.08
28,56824
4,9*10<sup>-5</sup>
1,6
6 ч