Измеритель температуры с самодиагностикой неисправности чувствительных элементов в процессе работы

Полезная модель относится к средствам измерения температуры, а именно, к измерителям с самодиагностикой их в процессе работы и может найти широкое применение в термометрии. Задача - повышение достоверности и надежности контроля температуры. Измеритель температуры содержит три термочувствительных элемента: термопару 1, терморезистор 2 и термопару 3. При этом с выводами 4 и 5 резистора 2 соединены спаи 6 и 7 термопар 1 и 3. В каждой из термопар 1 и 3 электроды 8 и 9 для выводов напряжения U+ и U- терморезистора выполнены из одного материала, а вторые электроды 10 и 11 термопар 1 и 3 для выводов тока I+ и I- выполнены из разных материалов. Это могут быть, например, термопары типов К (хромель - алюмель) и М (хромель - копель). Электроды 8 и 9 из одинакового материала предлагается использовать для выводов напряжения U+ и U-, электроды 10 и 11 из разных материалов - для выводов тока I+ и I-. Сигналы сенсоров принимаются измерителем - преобразователем температуры (ИПТ) 12. Выполнение вторых электродов термопар для выводов тока I+ и I- из разных материалов при достаточно близких температурах, измеренных термопарами, свидетельствует об исправности термопар, ощутимая разница измеренных температур между термопарами и термосопротивлением указывает на неисправность сопротивления, что дает возможность более достоверно определить, какой именно из измерителей неисправен и выбрать показания заведомо исправного измерительного элемента и исправить ошибку измерения, вызванную неисправностью термосопротивления. 1 п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к средствам измерения температуры, а именно, к измерителям с самодиагностикой их в процессе работы и может найти широкое применение в термометрии.

Известен измеритель температуры, описанный в п. РФ 2017089 «Способ определения температуры» по кл. G01K 7/04, з. 02.12.87, оп. 30.07.94.

Известный способ заключается в том, что измеряют термоЭДС двух термопар, образованных двумя основными и дополнительным термоэлектродами, по измеренным термоЭДС находят значение коэффициента термоЭДС термопары, по которому определяют действительную температуру объекта, при этом дополнительный термоэлектрод либо идентичен по материалу одному из основных термоэлектродов и выполнен диаметром, отличным от диаметра второго основного термоэлектрода, либо отличается по материалу от остальных термоэлектродов.

Недостатком данного способа определения температуры является его ненадежность и недостоверность, обусловленная тем, что возможность адекватной корректировки показаний термопар лишь при заранее известном процессе возникновения погрешности термопар - испарении каких-либо составляющих сплава концов термопар. Это объясняется следующим. Применяемая в расчетах линейная аппроксимация изменения термоЭДС в зависимости от скорости испарения каких либо составляющих сплава концов термопар неочевидна. При этом в процессе эксплуатации по прошествии некоторого времени вполне возможно полное испарение каких либо составляющих сплава концов термопар вне зависимости от диаметра используемых термопар - и тогда все приведенные в изобретении рассуждения становятся бессмысленными. Кроме того, предложенный в изобретении метод никак не учитывает диффузию составляющих сплавов термопар через горячий спай, скорость которого никак не отличается у термопар с разными диаметрами электродов, а погрешности измерения температуры, вызванные данным процессом существенны в общей погрешности измерения температуры с помощью термопар. Помимо этого, предложенный метод будет приводить к некорректным результатам корректировки в случае возникновения некоторых неисправностей термопар, как то - возникновение электрического контакта с чехлом термопары, затоплением чехла термопары проводящими жидкостями, а также при возникновении других погрешностей термопар, например, поглощением газов термоэлектродами термопары с образованием твердых растворов и т.п.

Наиболее близким по назначению и конструкции к заявляемому является измеритель температуры, представленный в каталоге «Измерение температуры» фирмы JMS Southeast, Inc (США): http://www.jms-se.com/pdf/JMS_Catalog_final.pdf, раздел 4 (specialty sensors), стр.4-7 (combination thermocouples and RTD's) и выбранный в качестве прототипа.

Известный измеритель содержит три соединенных друг с другом термочувствительных элемента: первую термопару, терморезистор и вторую термопару. Выводы обоих термопар обозначены как ТС+ и ТС-. При этом спаи термопар соединены с выводами терморезистора и обе термопары выполнены идентичными. При этом термопары используются как независимые сенсоры для измерения температуры, так и в качестве соединительных проводов для четырехпроводной схемы подключения термосопротивления, например согласно ГОСТ 6651-94. Таким образом измеряемая температура может быть измерена с помощью трех различных сенсоров - двух термопар и термосопротивления.

Недостаток известного измерителя заключается в следующем:

Одинаковые воздействия на одинаковые термопары приводят к практически одинаковым величинам погрешности обоих термопар. Поэтому практически имеется только два независимых сенсора - сопротивление и одна из термопар. При неисправности одного из сенсоров величины температуры, измеренные с помощью этих сенсоров будут отличаться друг от друга. При этом заранее не известно - какой именно сенсор (термопара или термосопротивление) неисправны, поэтому при возникновении существенной разницы в измеренных температурах возможно лишь констатировать факт ошибки без возможности ее исправления. Таким образом, достоверность и надежность контроля не вполне обеспечиваются.

Задачей является повышение достоверности и надежности контроля температуры.

Поставленная задача решается тем, что в измерителе температуры, содержащем три последовательно соединенных термочувствительных элемента: первую термопару, терморезистор и вторую термопару, причем с выводами резистора соединены спаи термопар, в каждой из которых электроды для выводов напряжения на терморезисторе U+ и U- выполнены из одного материала, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, вторые электроды термопар для выводов тока I+ и I- выполнены из разных материалов.

Выполнение вторых электродов термопар для выводов тока I+ и I- из разных материалов при достаточно близких температурах, измеренных термопарами, свидетельствует об исправности термопар, ощутимая разница измеренных температур между термопарами и термосопротивлением указывает на неисправность сопротивления, что дает возможность более достоверно определить, какой именно из измерителей неисправен и выбрать показания заведомо исправного измерительного элемента и исправить ошибку измерения, вызванную неисправностью термосопротивления.

Технический результат - возможность использования для контроля температур трех независимых сенсоров и проверки их исправности в процессе работы..

Заявляемая полезная модель обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него таким существенным признаком, как выполнение вторых электродов термопар для выводов тока I+ и I- из разных материалов, обеспечивающим достижение заданного результата.

Заявляемая полезная модель может найти широкое применение в термометрии, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где приведена функциональная схема измерителя.

Измеритель температуры содержит три термочувствительных элемента: термопару 1, терморезистор 2 и термопару 3. При этом с выводами 4 и 5 резистора 2 соединены спаи 6 и 7 термопар 1 и 3. В каждой из термопар 1 и 3 электроды 8 и 9 для выводов напряжения U+ и U- терморезистора выполнены из одного материала, а вторые электроды 10 и 11 термопар 1 и 3 для выводов тока I+ и I- выполнены из разных материалов. Это могут быть, например, термопары типов К (хромель - алюмель) и М (хромель - копель). Электроды 8 и 9 из одинакового материала предлагается использовать для выводов напряжения U+ и U-, электроды 10 и 11 из разных материалов - для выводов тока I+ и I-. Сигналы сенсоров принимаются измерителем - преобразователем температуры (ИПТ) 12.

В процессе измерения при исправности термопар 1 и 3 и сопротивления 2 измеренные ими температуры являются достаточно близкими по замеренным значениям и принимаются за достоверное значение измеряемой температуры. В случае имеющейся разницы измеренных температур между термопарами и термосопротивлением это указывает на неисправность сопротивления и за достоверное принимается значение температуры, замеренное термопарами.

В сравнении с прототипом заявляемый измеритель температуры является более надежным и достоверным.

Измеритель температуры с самодиагностикой неисправности чувствительных элементов в процессе работы, содержащий три последовательно соединенных термочувствительных элемента: первую термопару, терморезистор и вторую термопару, причем с выводами резистора соединены спаи термопар, в каждой из которых электроды для выводов напряжения (+) и (-) выполнены из одного материала, отличающийся тем, что вторые электроды термопар для выводов тока (+) и (-) выполнены из разных материалов.