ТЕРМОМЕТРИЧЕСКАЯ КОСА И СПОСОБ ЕЕ КАЛИБРОВКИ

1. Термометрическая коса, включающая один или более измерительных шнуров, в каждом из которых расположен один или более датчиков температуры, подключенных посредством соединительных проводов, проложенных в шнуре, к измерительному устройству, отличающаяся тем, что все провода и датчики измерительного шнура находятся в монолитной либо трубчатой оболочке, а измерительное устройство представляет из себя электронный блок, являющийся неотъемлемой частью термометрической косы, в котором размещены микроконтроллер либо микросхема программируемой логики ПЛИС, перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство ППЗУ и контроллер цифровой шины, обеспечивающий обмен данными между термометрической косой и внешним цифровым устройством, например, отображающим или регистрирующим прибором и позволяющий подключать группу термометрических кос к единой шине цифровой передачи данных, а также разъем для электрического подключения термометрической косы, имеющий выводы для подачи питания и выводы для цифровой шины, подсоединенные к контроллеру цифровой шины, причем ППЗУ выполнено либо в отдельных корпусах одной или более микросхем, либо находится в составе микроконтроллера либо ПЛИС, а контроллер цифровой шины выполнен либо в отдельном корпусе микросхемы и/или на дискретных элементах, либо находится в составе микроконтроллера или ПЛИС.
2. Термометрическая коса по п.1, отличающаяся тем, что в электронном блоке дополнительно размещены каскады гальванической развязки, включающие гальванически развязанный преобразователь напряжения, а также каскады индуктивной и/или оптронной передачи цифровых сигналов, выполненные с использованием трансформаторов для индуктивной передачи сигналов либо оптопар.
3. Термометрическая коса по п.1, отличающаяся тем, что в электронном блоке дополнительно размещен трансивер, обеспечивающий прием и передачу данных по радиоканалу.
4. Термометрическая коса по п.1, отличающаяся тем, что контроллер цифровой шины обеспечивает передачу данных по протоколу асинхронной передачи данных, например RS-232 или RS-485, либо по протоколам синхронной передачи данных, например SPI или I2C, либо по протоколу однопроводной передачи данных, например Micro-LAN.
5. Термометрическая коса по п.1, отличающаяся тем, что измерительный шнур дополнительно обрамлен металлическим либо полимерным гибким рукавом в виде гофрированной трубки, проволочной оплетки либо проволочной или ленточной спирали.
6. Термометрическая коса по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что в качестве датчиков температуры применены аналоговые датчики, которые включены в электрическую схему, формирующую напряжения, соответствующие температуре датчиков, которые по отдельному проводу с каждого датчика поступают в измерительное устройство, в котором дополнительно размещен аналоговый коммутатор, на входы которого поступают напряжения с каждого датчика, АЦП и источник эталонного напряжения, причем аналоговый коммутатор выполнен либо в отдельном корпусе микросхемы, либо на дискретных элементах, либо находится в составе микроконтроллера или ПЛИС, либо в составе АЦП, АЦП выполнен, либо в отдельном корпусе микросхемы, либо находится в составе микроконтроллера или ПЛИС, а источником эталонного напряжения является микросхема для формирования опорного напряжения либо интегральный стабилизатор напряжения общего назначения, либо схема на дискретных элементах.
7. Термометрическая коса по п.6, отличающаяся тем, что в качестве аналоговых датчиков температуры применены термосопротивления, в частности металлические термосопротивления или полупроводниковые термисторы, либо аналогично включаемые в измерительную цепь интегральные микросхемы, каждое из которых одним выводом соединено с общим проводом, проходящим по длине измерительного шнура, а другим выводом соединено с отдельным для каждого датчика постоянным резистором и подключено по схеме резистивного делителя эталонного напряжения.
8. Термометрическая коса по п.7, отличающаяся тем, что постоянные резисторы измерительной цепи расположены в электронном блоке термометрической косы.
9. Термометрическая коса по п.7, отличающаяся тем, что постоянные резисторы измерительной цепи расположены в измерительном шнуре, в котором помимо общего провода проходит провод с потенциалом эталонного напряжения, к которому подключены постоянные резисторы измерительной цепи либо термосопротивления.
10. Термометрическая коса по п.7, отличающаяся тем, что омическое значение термосопротивлений, при изменении температуры в пределах измеряемого диапазона, не менее 1 кОм и не более 50 кОм.
11. Термометрическая коса по п.6, отличающаяся тем, что в качестве аналоговых датчиков температуры применены интегральные микросхемы либо сборки на дискретных элементах, состоящие из термосопротивления и усилителя аналогового сигнала, формирующие напряжения, зависящие от температуры, причем микросхемы либо сборки подключены к шине питания, проходящей по длине измерительного шнура и состоящей из общего провода и провода с потенциалом эталонного напряжения.
12. Термометрическая коса по п.11, отличающаяся тем, что чувствительность датчиков находится в пределах от 2.5 до 20 [мВ/°C].
13. Термометрическая коса по п.6, отличающаяся тем, что в электронном блоке дополнительно размещен один или более датчиков температуры.
14. Термометрическая коса по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что в качестве датчиков температуры применены датчики с цифровым выходом и форматом передачи данных, обеспечивающим подключение группы датчиков к общей цифровой шине из одного или более проводов, проложенных в измерительном шнуре, питание датчиков осуществляется по отдельному общему проводу в измерительном шнуре либо паразитивно по проводу цифровой шины, а цифровая шина подключена к микроконтроллеру или ПЛИС, ППЗУ подключено к этой же цифровой шине либо к другим выводам микроконтроллера или ПЛИС.
15. Способ калибровки термометрической косы, включающий определение последовательности датчиков в измерительном шнуре и определение температурных зависимостей сигналов всех датчиков, отличающийся тем, что последовательность датчиков в измерительном шнуре определяют тем, что последовательно нагревают датчики в порядке их расположения в измерительном шнуре путем локального нагрева участка измерительного шнура с длиной, меньшей чем расстояние между датчиками, и одновременно регистрируют изменения сигналов со всех датчиков тем, что подключают термометрическую косу по цифровой шине к регистрирующему прибору, посредством которого получают сигналы последовательно со всех датчиков, анализируют полученные цифровые данные с целью обнаружения отклика сигнала на нагрев датчика, составляют численный ряд номеров каналов коммутатора либо ряд серийных номеров цифровых датчиков измерительного шнура в той последовательности, в которой были зарегистрированы отклики сигналов на нагрев, и записывают данный численный ряд в ППЗУ термометрической косы, а температурные зависимости сигналов всех датчиков определяют тем, что помещают измерительный шнур термометрической косы в камеру термостата, устанавливают необходимую температуру, подключают термометрическую косу по цифровой шине к регистрирующему прибору, посредством которого получают оцифрованное значение сигнала с каждого датчика измерительного шнура, получают значение температуры в камере термостата путем ручного ввода с клавиатуры регистрирующего прибора или с клавиатуры персонального компьютера, либо путем получения в цифровом формате значения температуры с аналогично подключенной по цифровой шине к регистрирующему прибору заранее откалиброванной образцовой термометрической косы, обрабатывают полученные цифровые значения температуры термостата и сигналов датчиков с целью получения калибровочных коэффициентов, которые записывают в ППЗУ термометрической косы, причем оцифрованные значения сигнала с каждого датчика получают как минимум при двух различных значениях температуры в камере термостата.
16. Способ калибровки термометрической косы по п.15, отличающийся тем, что калибровочные коэффициенты представляют собой дискретные функции температурных зависимостей сигналов датчиков в виде ряда значений сигналов каждого датчика и соответствующих им температур в камере термостата на моменты опроса АЦП.
17. Способ калибровки термометрической косы по п.15, отличающийся тем, что калибровочные коэффициенты представляют собой коэффициенты непрерывных функций температурных зависимостей сигналов датчиков, при этом коэффициенты определяют регрессионной математической обработкой дискретных функций зависимостей температур от сигналов датчиков, полученных экспериментально в результате калибровки датчиков.
18. Способ калибровки термометрической косы по п.17, отличающийся тем, что функциональная зависимость представляет собой полиномиальную зависимость температуры от сигнала датчика:
0
1
2
n
2
n
T=A+A·x+A·x+…+A·x,
0
n
где T - температура, x - значение сигнала датчика, A…A - калибровочные коэффициенты.
19. Способ калибровки термометрической косы по любому из пп.15-18, отличающийся тем, что дополнительно определяют зависимости аналоговых сигналов датчиков измерительных шнуров от температуры электронного блока, для чего электронный блок помещают в камеру второго термостата, устанавливают в нем требуемую температуру и получают оцифрованные значения сигналов с каждого датчика измерительных шнуров как минимум при двух различных температурах электронного блока.