ЗМЕНШЕННЯ ВПЛИВУ НЕОДНОРІДНОСТІ ТЕРМОПАР НА РЕЗУЛЬТАТ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Автор(и)

  • Volodymyr Kochan Науково-дослідний інститут Інтелектуальних комп'ютерних систем Західноукраїнського національного університету http://orcid.org/0000-0001-8376-4660

DOI:

https://doi.org/10.30837/ITSSI.2020.13.129

Ключові слова:

термопара, похибка, термоелектрична неоднорідність термопар, багатозонний об’єкт, керування температурою

Анотація

Предметом дослідження у статті є високоточні вимірювання температури термопарами, електроди яких деградували через тривалу дію високої температури при експлуатації. Швидкість деградації приблизно пропорційна температурі сталої експлуатації ділянок електродів термопар та часу експлуатації. Деградація є причиною двох видів похибки – від дрейфу функції перетворення (її поступової зміни протягом часу експлуатації) та від набутої термоелектричної неоднорідності електродів термопар (проявляє себе як зміна функції перетворення термопари при зміні профілю температурного поля навіть при сталих температурах робочого та вільних кінців). Метою статті є дослідження методу підвищення точності вимірювання температури термопарами, що мають значну, набуту у процесі експлуатації, термоелектричну неоднорідність. Мета досягається шляхом стабілізації профілю температурного поля вздовж електродів термопар, тоді похибка від їх набутої термоелектричної неоднорідності не може себе проявити. Завдання: оцінка похибок вимірювання температури за допомогою термопар, розроблення методу підвищення точності вимірювання температури неоднорідними термопарами, засобу стабілізації профілю температурного поля, методів керування профілем температурного поля та експериментальні дослідження пропонованих методів керування. Використовуються загальновідомі методи: конструювання обладнання із заданими параметрами та обмеженнями, обчислення шляхом рішення системи лінійних рівнянь, формування необхідної функціональної залежності за допомогою нейронної мережі, експериментальні дослідження. Отримано такі результати. Стабілізація профілю температурного поля дає змогу зменшити вплив набутої термоелектричної неоднорідності термопар, яка за даними літератури, може сягати 11°С, до рівня 1,3°С. Показано, що розроблений засіб стабілізації профілю температурного поля – багатозонна трубчата піч – через тісний тепловий зв'язок між зонами, вимагає багатоканального регулятора, не схильного до самозбудження. Запропоновано два методи керування профілем температурного поля – на основі рішення системи лінійних рівнянь та нейромережевий метод, у якому нейронна мережа навчається безпосередньо на багатозонній печі. Висновки. Як показали проведені експериментальні дослідження, пропоновані методи не дають змоги похибці від набутої термоелектричної неоднорідності термопар проявити себе, що забезпечує можливість підвищення точності та метрологічної надійності вимірювання температури існуючими типами термопар.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографія автора

Volodymyr Kochan, Науково-дослідний інститут Інтелектуальних комп'ютерних систем Західноукраїнського національного університету

кандидат технічних наук, доцент, професор кафедри інформаційно-обчислювальних систем і управління

Посилання

Arroyo Lazo, M. A., Schwab, K. (2016), The Fourth Industrial Revolution, Ginebra : World Economic Forum, 172 p.

Kochan, R. V. (2005), "Improving the components of precision distributed information and measurement systems", ["Vdoskonalennya komponentiv pretsyziynykh rozpodilenykh informatsiyno-vymiryuvalʹnykh system"], PhD Thesis on specialty 05.13.05 – Computer Systems and Components, Karpenko Physical and Mechanical Institute, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv.

Webster, J. G. (1998), The measurement, instrumentation and sensors handbook, CRC press.

Thermoelectric converters. Nominal static characteristics of the transformation [Peretvoryuvachi termoelektrychni. Nominalʹni statychni kharakterystyky peretvorennya] (1994), State Standard of Ukraine 2837-94. [Actual from 1986-04-01], Kyiv.

Bojkovski, J., Fischer, J., Machin, G., Pavese, F., Peruzzi, A., Renaot, E., Tegeler, E. (2009), "A roadmap for thermal metrology", International Journal of Thermophysics, No. 30 (1), P. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1007/s10765-008-0454-5

Machin, G., Bojkovski, J., del Campo, D., Dogan, et al. (2014), "A European roadmap for thermometry", International Journal of Thermophysics, No. 35 (3-4), P. 385–394. DOI: https://doi.org/10.1007/s10765-013-1554-4

Wang, T. P., Bediones, D. P., Henrikson, H. J., Janhunen, E. J., Bachalo, K., Swirla, P. (1997), "Stabilized metal sheathed type K and E thermocouples improve turbine efficiency", In ISA TECH/EXPO Technology Update, No. 1 (5), P. 439–448.

NI PXI E4353, available at : http://www.ni.com/pdf/manuals/375508c.pdf

NETDAQ 2640, available at : https://www.axitest.com/images/store/files/203321_FLUKENETDAQ2640A.pdf

NETDAQ 2645, available at : http://www.manualsdir.com/manuals/104116/fluke-netdaq-2645a-netdaq-2640a.html

Samsonov, G. V., Kits, A. I., Küzdeni, O. A. (1972), Industrial temperature sensors [Datchiki dlya izmereniya temperatury v promyshlennosti], Kyiv : Naukova Dumka.

Kochan, O. V. (2008), "Thermoelectric converter with controlled temperature field profile" ["Termoelektrychnyy peretvoryuvach z kerovanym profilem temperaturnoho polya"], Bulletin of Ternopil State Technical University, No. 13 (2), P. 102–108.

Jun, S., Kochan, O. (2015), "The mechanism of the occurrence of acquired thermoelectric inhomogeneity of thermocouples and its effect on the result of temperature measurement", Measurement Techniques, No. 57 (10), P. 1160–1166. DOI: 10.1007/s11018-015-0596-3

Jun, S., Kochan, O., Kochan, V., Wang, C. (2016), "Development and investigation of the method for compensating thermoelectric inhomogeneity error", International Journal of Thermophysics, No. 37 (1), Article No. 10. DOI: https://doi.org/10.1007/s10765-015-2025-x

Jun, S., Kochan, O. V., Jotsov, V. S. (2015), "Thermal measurements methods of reducing the effect of the acquired thermoelectric inhomogeneity of thermocouples on temperature measurement error", Measurement Techniques, No. 58 (3), P. 327–331. DOI: 10.1007/s11018-015-0709-z

Kochan, O., Kochan, R., Bojko, O., Chyrka, M. (2007), "Temperature measurement system based on thermocouple with controlled temperature field", In Proceedings of the 2007 4th IEEE Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications, P. 47–50. DOI: 10.1109/IDAACS.2007.4488370

Sachenko, A. A. (1978), Improving the accuracy of measurement of high temperatures by electrical methods in industrial conditions [Povysheniye tochnosti izmereniya elektricheskimi metodami vysokikh temperatur v promyshlennykh usloviyakh], PhD Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences, Karpenko Physical and Mechanical Institute, Academy of Sciences of USSR, Lviv.

Sachenko, A. A. (1988), Development of methods for improving accuracy and creation of precision temperature measurement systems for industrial technologies [Razrabotka metodov povysheniya tochnosti i sozdaniye sistem pretsizionnogo izmereniya temperatury dlya promyshlennykh tekhnologiy], Doctoral Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences, LETI, Leningrad.

Sloneker, K. C. (2009), "Thermocouple inhomogeneity", Ceramic industry, No. 159 (4), P. 13–18.

Kirenkov, I. (1976), "Some laws of thermoelectric inhomogeneity", ["Nekotoryye zakony termoelektricheskoy neodnorodnosti"], Research in the field of temperature measurements : Proceedings, Moscow : VNIIM, P. 11–15.

Kochan, O. V. (2011), Thermoelectric converter with controlled temperature field profile ["Termoelektrychnyy peretvoryuvach z kerovanym profilem temperaturnoho polya"], PhD Thesis for the degree of candidate of technical sciences: 05.11.04 – devices and methods of measurement of thermal quantities. Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2011, 20 p.

Kochan, O. V., Kochan, R. V. (2008), "Microcontroller method of temperature field profile control" ["Mikrokontrolernyy metod keruvannya profilem temperaturnoho polya"], Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic". Computer Systems and Networks, P. 67–75.

Vasylkiv, N., Kochan, O., Kochan, R., Chyrka, M. (2009), "The control system of the profile of temperature field", In Proceedings of the 2009 IEEE International Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications, P. 201–206. DOI: 10.1109/IDAACS.2009.5342994

Kochan, O. V. (2012), "Neural network control method for thermoelectric converter with controlled temperature field profile", ["Neyromerezhevyy metod keruvannya dlya termoelektrychnoho peretvoryuvacha z kerovanym profilem temperaturnoho polya"], Adaptive Automatic Control Systems, No. 2 (21), P. 35–45.

Kochan, O., Sapojnyk, H., Kochan, R. (2013), "Temperature field control method based on neural network", In Proceedings of the 2013 IEEE 7th International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS), Vol. 1, P. 21–24. DOI: 10.1109/IDAACS.2013.6662632

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-09-27

Як цитувати

Kochan, V. (2020) «ЗМЕНШЕННЯ ВПЛИВУ НЕОДНОРІДНОСТІ ТЕРМОПАР НА РЕЗУЛЬТАТ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ», СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕХНОЛОГІЙ В ПРОМИСЛОВОСТІ, (3 (13), с. 129–137. doi: 10.30837/ITSSI.2020.13.129.