СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ
METHOD FOR DETERMINING INDICATOR OF THERMAL INERTIA OF TEMPERATURE SENSOR

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.
х
0
x
0
m
m
х
Эта цель достигается тем, что для определения показателя тепловой инерции ε датчика используют совместно второй образцовый датчик с известным параметром тепловой инерции ε, ступенчатое воздействие температуры подают одновременно на оба датчика, регистрируют разность Δθ(t) выходных сигналов температур первого θ(t) и второго θ(t) датчиков, фиксируют отрезок времени t от начального момента появления разностного сигнала Δθ(t) до момента t наступления его максимума, определяют показатель тепловой инерции ε калибруемого датчика из численного решения уравнения
0
х
0
х
Суть предлагаемого способа поясняется эпюрами сигналов датчиков θ(t) и θ(t) при квазиступенчатом увеличении и уменьшении температуры (фиг. 1); и эпюрами сигналов разности температур θ(t) и θ(t) датчиков (фиг. 2) в переходных процессах.
Рассмотрим вывод приведенной выше формулы.
с
Если моделями датчиков с достаточной точностью являются инерционные звенья первого порядка, то при подаче на их входы ступеньки температуры θ на выходе температуры датчиков будут
представленные на фиг. 1.
Разность этих сигналов
представлена на фиг. 2.
m
Определим время t достижения разностным Δθ(t) сигналом выражения (3) максимального значения.
Для этого возьмем его производную и приравняем ее нулю
m
с
х
0
Таким образом, время наступления максимума t разницы температур двух датчиков не зависит от величины входной ступеньки θ, а зависит только от показателей тепловой инерции ε и ε 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].
х
m
х
Для примера, при известном ε=2с и при t=2,5с из эпюр сигналов на фиг. 1 по выражению (8) получим показатель тепловой инерции датчика ε=3с.
В результате осуществления предлагаемого способа определения показателя тепловой инерции датчиков температуры получаем повышение точности и упрощение процедуры калибровки.