способ поверки эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей

Формула изобретения

Способ поверки эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей непосредственным сличением показаний с эталонным средством измерения более высокого разряда при их совместном нагреве в печи, отличающийся тем, что в качестве эталонного средства измерения более высокого разряда применяют эталонный платиновый термометр сопротивления, рабочий спай поверяемого термоэлектрического преобразователя размещают в середине рабочей части термометра сопротивления, при этом обеспечивают градиент температур по длине рабочей части термометра сопротивления не более 0,4^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для производства эталонных термоэлектрических преобразователей 2-го разряда с погрешностью, не превышающей 0,6^oС, и содержащих платину.

Известен способ поверки эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей непосредственным сличением показаний с эталонным средством измерения более высокого разряда при их совместном нагреве в печи /Методические указания. Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи термоэлектрические платинородий-платиновые образцовые типа ППО. Методика поверки. МИ 1744-87, ВНИИМСО, Свердловск, 1987, с. 8-12/. При этом в результате применения известного способа можно получить эталонный платинородий-платиновый термопреобразователь 2-го разряда с характеристиками, не превышающими следующие значения:

- предел допускаемой погрешности в точке плавления меди (1085^oС) 0,90^oС;

- допустимый дрейф термоЭДС за межпроверочный интервал 0,67^oС.

Эталонный платинородий-платиновый термопреобразователь 2-го разряда с характеристиками, указанными выше, и поверенный по известному способу, не имеет необходимого метрологического запаса по допускаемой погрешности для поверки рабочих платинородий-платиновых термопреобразователей 1-го класса, имеющих предел допускаемой погрешности 1,00^oС. Изготовители рабочих платинородий-платиновых термопреобразователей вынуждены производить поверку по платинородий-платиновому термопреобразователю 1-го разряда для того, чтобы иметь возможность разделить рабочие термопреобразователи по классам точности: 1 или 2. Большой объем поверительных работ ведет к быстрому метрологическому износу высокоточных эталонных термопреобразователей, которые производятся в очень небольших количествах. Единственный способ поверки эталонного платинородий-платинового термопреобразователя 1-го разряда - по реперным точкам температурной шкалы МТШ-90. Но этот метод слишком трудоемок и дорогостоящ. При этом аппаратура и печи для воспроизведения реперных точек температурной шкалы в России пока, по нашим сведениям, не выпускаются.

Авторы решали задачу по созданию способа поверки эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей, лишенного указанных недостатков. Для решения поставленной задачи предлагается способ поверки эталонных платиновых термоэлектрических преобразователей непосредственным сличением показаний с эталонным средством измерения более высокого разряда при их совместном нагреве в печи. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что в качестве эталонного средства измерения более высокого разряда применяют эталонный платиновый термометр сопротивления, рабочий спай поверяемого термоэлектрического преобразователя размещают в середине рабочей части термометра сопротивления. При этом обеспечивают градиент температур по длине рабочей части термометра сопротивления не более 0,4^oС.

Применение способа поверки с указанными признаками позволяет получить высокоточные эталонные платинородий-платиновые термоэлектрические преобразователи 2-го разряда с метрологическими свойствами, характерными для преобразователей 1-го разряда. Присвоение же поверенным термоэлектрическим преобразователям 2-го разряда обусловлено требованиями государственной поверочной схемы, согласно которой поверяемому средству измерения присваивается следующий разряд после разряда эталонного средства измерения.

Способ осуществляют следующим образом. Термопреобразователи, подлежащие поверке, числом не более пяти, складывают в общий пучок вокруг эталонного термометра сопротивления, выравнивают рабочие концы так, чтобы они располагались в середине его рабочей части, и обвязывают пучок в двух местах отрезками платиновой или платинородиевой проволоки. Сборку термопреобразователей помещают в рабочее пространство печи на глубину 250-300 мм и центрируют его по оси печи. Термоэлектроды термопреобразователей подключают к электроизмерительной установке. Нагревают печь до заданной температуры, температуру контролируют при помощи эталонного термометра сопротивления. При этом градиент температур по длине рабочей части термометра сопротивления не превышает 0,4^oС. Измерения термоЭДС ведут, переходя последовательно от первого поверяемого термопреобразователя к последнему, затем повторяют измерения в обратном порядке до получения требуемого числа отсчетов. Результаты измерений обрабатывают по стандартной методике.

Пример конкретного выполнения изобретения. Поверка производилась в экспериментальной печи производства ПК "ТЕСЕЙ", которая в центральной части печи имеет градиент температур не более 0,1^oС на уровне 1085^oС. Платиновый термометр сопротивления помещался внутрь стакана из кварцевого стекла диаметром 2216 мм. Рабочие спаи поверяемых термопреобразователей закреплялись вокруг чувствительного элемента ВТС в средней его части. Кварцевый стакан вставлялся в отверстие выравнивающего никелевого блока, и затем вся сборка размещалась внутри трубчатой печи в зоне, имеющей минимальный осевой градиент температуры. Холодные спаи термопреобразователей находились в термостате с тающим льдом.

Измерение термоЭДС производилось с помощью многоканального прецизионного измерителя температуры типа МИТ 8.03 после наступления стационарного режима (не менее чем в четырех последовательных измерениях термоЭДС, проведенных за 1 мин, величины термоЭДС отличаются друг от друга, в пересчете на градусы, не более чем на 0,1^oС). Поверка термоэлектрического преобразователя производилась, минимум, по 12 измерениям на трех уровнях температуры: 42020; 66020 и 108520^oС. Затем производился расчет отклонений термоЭДС от номинальных значений для каждого измерения и определялась функция отклонения в виде полинома 2-й степени: Е=а₀+(A₁T)+(А₂Т²). Расчет коэффициентов полинома производился методом наименьших квадратов. Расчетные значения Е_р приводились к температуре реперных точек и сравнивались с допустимыми отклонениями для эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей.

Погрешность поверки термоэлектрического преобразователя этим методом рассчитывалась по формулам, приведенным в таблице 1, и не превышает 0,35^oС. Присвоив поверенному платинородий-платиновому термоэлектрическому преобразователю 2-го разряда погрешность 0,6^oС, мы обеспечиваем метрологический запас в 40% от величины погрешности, соответствующей платинородий-платиновому термоэлектрическому преобразователю 1-го разряда. Таким образом, результаты доказывают принципиальную возможность серийного производства эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей с погрешностью, соответствующей 1-му разряду. По этим термопреобразователям возможна сплошная поверка рабочих платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей при выпуске их из производства.

Для подтверждения работоспособности способа была проведена поверка вблизи трех реперных точек эталонной термопары 1-го разряда ППО-009, свидетельство Н2410-1/655 от 19.01.2001 по высокотемпературному платиновому термометру сопротивления 1-го разряда ВТС 0097, свидетельство Н2410-1/148, март 2001 г. Результаты поверки представлены в табл. 2.

Дрейф показаний эталонной термопары остались в пределах допуска для 1-го разряда и на уровне погрешности градуировки. При этом надо учитывать, что за время эксплуатации с момента выдачи свидетельства термопара использовалась для градуировки 21 раз в диапазоне 300-1100^oC.