Ідентифікація статичних та динамічних характеристик термоперетворювачів

Abstract

Дисертація присвячена доследженню методів ідентифікації статичних та динамічних характеристик термоперетворювачів. На основі аналізу фізичної моделі термоелектричного перетворювача неможливо визначити значення похибки вимірювання температури контрольованого середовища. Значення більшості параметрів фізичної моделі зміни термоЕРС є завжди невідомі, а тому така модель придатна лише для розуміння фізичних процесів, що проходять в матеріалі чутливого елементу. Існуючі методи опису динамічних властивостей термоперетворювачів не враховують конструктивних параметрів термоперетворювачів, їх змін від температури та режимів теплообміну. В дисертаційній роботі проведені теоретичні дослідження на предмет визначення термоЕРС при пропускані струму у двох протилежних напрямах і вимірювання різниці термоЕРС, що виникла внаслідок дії ефекту Пельтьє (нагрівання і охлодження). Розроблена методика і вимірювальна апаратура для реєстрації зміни температури злюту термопари. Проведений аналіз динамічних властивостей термоперетворювачів і запропоновані методи класифікації термоперетворювачі за відношенням часів досягнення значень 0,9 і 0,5 від максимальної температури. Для кожної групи термоперетворювачів встановлені залежності для визначення температури середовища. Диссертация посвящена исследованию методов идентификации статических и динамических характеристик термопреобразователей. На основе анализа существующих методов определения статических и динамических погрешностей термопреобразователей сформулированы основные направления настоящих исследований. Существующая физическая модель изменения номинальной статической характеристики термопреобразователя пригодна только для понимания физических процессов происходящих в материале чувствительного элемента термопреобразователя. Нами исследован новый метод определения изменений ТЭДС термопары с использованием эффекта Пэльтье. Предложений метод пригодный для определения ТЭДС термопары на объекте эксплуатации. Существующие методы описания динамических свойств термопреобразователей не учитывают их конструктивных параметров и их изменений от температуры и режимов теплообмена,а поэтому не решают задачу определения динамической погрешности измерения температуры. Разработана математическая модель термопары, которая максимально приближенна к реальным процессам и разрешает выполнять поверку термопар при тестировании их постоянным током. На основании созданой математической модели определены изменения температуры рабочего спая термопары, а также сформулированы условия выбора значения электрического тока для получения максимального эффекта нагрева и охлаждения. Проведеный численый эксперимент и определены значения температуры нагрева и охлаждениягорячего спая термопары при разных значениях тока и при разном времени его пропускания через термопару и подтверждено экспериментальными исследованиями на специально созданом лабораторном рабочем месте. Разработана модель определения передаточной функции и предложен алгоритм определения значения постоянной времени, АЧХ и ФЧХ в условиях эксплуатации. Предложеный критерий описания динамической характеристики термопреобразователя с учетом особенностей конструктивного оформления и проведена классификация термопреобразователей за динимическими характеристиками на три группы в зависимости от соотношения времени достижения термопреобразователем значения 0,9 от максимальной температуры к времени достижения значения 0,5 от максимальной температуры. На основе полученых эксперементальных результатов термопреобразователей разной конструкции разработаны математические зависимости которые описывают изменения выходного сигнала термопреобразователя каждой проклассифицированной группы, а также предложена измерительна схема для определения их динамических характеристик. The dissertation is dedicated to the research of identification methods of thermo-transducer static and dynamic characteristics. It is impossible to determine the measurement error of the controlled medium temperature on the basis of physical model analysis of a thermoelectric transducer. The most parameters of physical model of thermo-EMF alteration are frequently unknown, therefore such a model is fit only for understanding the physical processes taking place in the material of a sensitive element. The existing methods of describing thermotransducers’ dynamical properties do not consider the constructive parameters of thermotransducers, their altering due to temperature or thermoexchange modes. The thesis proposes theoretical research in the thermo-EMF determination at passing the current in two opposed directions as well as in the measurement of thermo-EMF difference arisen from Peltier effect (heating and cooling). The methods and measuring equipment for the registration of a temperature change in the thermocouple solder are developed. The analysis of thermotransducer dynamic qualities is conducted, and the methods of thermotransducer classification due to the ratios of reaching times (0.9 and 0.5) to the maximal temperature are proposed. The dependences for medium temperature identifying are fixed for any group of thermotransducers.