Підвищення точності вимірювання температури термопарами в процесі експлуатації

Abstract

Диссертация посвящена повышению точности измерения температуры термоэлектрическими преобразователями, термопары которых имеют значительную, приобретенную в процессе длительной эксплуатации при высоких температурах, термоэлектрическую неоднородность электродов. В работе исследованы свойства погрешности от приобретенной термоэлектрической неоднородности электродов термопар и разработана математическая модель дрейфа электродов термопар типа ХА, которая описывает зависимость дрейфа от их температуры эксплуатации и текущей температуры участков электродов термопар при фиксированном времени эксплуатации. Это позволило идентифицировать наиболее опасные условия эксплуатации термоэлектрических преобразователей с точки зрения проявления погрешности от приобретенной неоднородности электродов их термопар. Проведена классификация методов коррекции дрейфа функций преобразования термоэлектрических преобразователей с точки зрения влияния погрешности от приобретенной неоднородности электродов. Это позволило предложить новые методы уменьшения влияния этой погрешности на результат измерения температуры: метод коррекции погрешности от приобретенной во время эксплуатации неоднородности электродов термопар и метод стабилизации температурного поля вдоль электродов термопар. Исследован предложенный метод коррекции погрешности от приобретенной в процессе длительной эксплуатации неоднородности электродов термопар по результатам их периодических поверок в разных профилях температурного поля. Построенные согласно этому методу математические модели дрейфа отдельных участков термоэлектродов базируются на действительных погрешностях термоэлектрического преобразователя и их распределении обученной по результатам этих поверок нейронной сетью, что повышает точность и метрологическую надежность коррекции. Усовершенствован метрологический программный тест канала измерения температуры термоэлектрическими преобразователями, что позволило исследовать с его помощью предложенный метод коррекции погрешности от приобретенной неоднородности электродов термопар. Исследованы свойства предложенного метода коррекции, показано, что он позволил уменьшить влияние приобретенной неоднородности на результат измерения в 3-6 раз. Разработана структура прецизионной системы измерения температуры, которая базируется на модуле сбора данных с дистанционным перепрограммированием, и стенд метрологической поверки термопар, пригодные для реализации предложенного метода коррекции.The dissertation is devoted to the rising of exactness of temperature measurement by thermocouples, which have considerable, purchased in the process of the continuous exploitation at high temperatures thermo-electric heterogeneity of electrodes. The properties of error are probed the purchased thermo-electric heterogeneity of thermocouples are probed in our work and the mathematical model of electrodes thermocouples of K-type drift are developed, that describes dependence of drift from their temperature of exploitation and current temperature of thermocouples areas at the fixed times of exploitation. It allowed to identify the most dangerous conditions of thermocouples exploitation from the point of view of error from the purchased heterogeneity, to classify the methods of correction of drift of thermocouples transformation functions from the point of view of error influence, and also to offer the new method of correction of this error. Properties of the offered method of correction are probed, it is shown that it allowed to decrease influence of the purchased heterogeneity on the result of measuring in 3-6 times. The structure of temperature measurement precision system and stand of metrological verification of thermocouples with the considerable purchased thermo-electric heterogeneity are developed, and they are suitable for realization of the offered method of correction. Дисертація присвячена підвищенню точності вимірювання температури термопарами, які мають значну, набуту в процесі тривалої експлуатації при високих температурах термоелектричну неоднорідність електродів. У роботі досліджено властивості похибки від набутої термоелектричної неоднорідності електродів термопар і розроблено математичні моделі дрейфу функції перетворення електродів термопар типу ХА від температури експлуатації та поточної температури ділянок електродів при фіксованих часах експлуатації. Це дало змогу ідентифікувати найбільш небезпечні умови експлуатації термоелектричних перетворювачів щодо похибки від набутої неоднорідності, класифікувати методи корекції дрейфу їх функцій перетворення з точки зору впливу цієї похибки, а також запропонувати новий метод її корекції. Досліджено властивості цього методу корекції, показано, що він зменшує вплив набутої неоднорідності на результат вимірювання в 3-6 разів. Розроблено структуру прецизійної системи вимірювання температури та стенд метрологічної перевірки термоелектричних перетворювачів із значною набутою термоелектричною неоднорідністю, придатні для реалізації запропонованого методу корекції.