Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к термометрии и может найти применение в системах контроля и регулирования температуры (Т) поверхьюсти твердьих тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред. Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия путем учета теплонотерь от чувствительного элемента в окружающую среду. Управляемые генераторы 4 и 5 тока подают импульсами в противофазе друг к другу соответственно на транзисторы 2 и Зтоки, значения которых выбраны так, чтобы зависимость прямого напряжения на переходах база-эмиттер от Т у транзисторов 2 и 3 была одинаковой. Усилитель 7 неременного напряжения усиливает переменную составляющую , а усилитель 8 постоянного тока - весь сигна.. Выходное напряже1Н1е усилителя 7 неременного напряжения детектируется синхронным детектором 9 и суммируется с выходным напряжением усилителя 8 ностоянного тока в сумматоре 10. Резу.пьтирующий сигнал юступает на фильтр 11, а затем в виде нанряжения, пропорцио (С нального Т объекта контроля, поступает на (Л аналого-цифровой нреобразоватсмь 12 и цифровой индикатор 13. 2 H.:I. ю 05 СХ) со о: 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1268968 A I (5!)4 (01 К7 00

L-

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3778123/24-10 (22) 03.08.84 (46) 07.11.86. Бюл. ¹ 41 (72) С. К. Никифоров, В. Т. Стадник, Е. И. Фандеев, B. М. орбачев, В. Г1. Данилов и B. П. Малов (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 932281, кл. G 01 К 7/16, 1980.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации на вольтметр универсальный цифровой В7-27. Минск, ГСП, МПО им. В. И. Ленина, 1981, с. 18 — 20. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМГ1ЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии и может найти применение в системах контроля и регулирования температуры (Т) поверхности твердых тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред. !)ель изобретения -- повышение точности измерсния и быстродействия путем учета тсплопотерь от чувствительного элемента в окружаю щую среду. Управляемыс генераторы 4 и 5 тока подают импульсами в противофазе друг к другу соответственно HB транзисторы 2 и 3 токи, значения которых выбраны так, чтобы зависимость прямого напряжения на переходах база-эмиттер от Т у транзисторов 2 н

3 была одинаковой. Усилитель 7 переменного напряжения усиливает переменную составляющую, а усилитель 8 постоянного тока — весь сигнал. Выходное напряжение усилителя 7 персмсHHofo напряжения детектируется синхронным детектором 9 и суммируется с выходным напряженнем усилителя

8 постоянного тока в сумматоре !О. Рсзультирукнций сигнал поступает на фильтр 11, а затем в виде напряжения, пропорционального Т обьскта контроля, поступает на аналого-цифровой прсобразоватсль 12 и цифровой индикатор 13. 2 ил.

1268968

Изобретение относится к термометрии и может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверхности твердых тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред.

Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия путем учета теплопотерь от чувствительного элемента в окружающую среду и реализации метода двух термоприемников.

На фиг. l приведена структурная схема устройства; на фиг.2 = графики, поясняющие его работу.

Устройство содержит термопреобразователь 1, выполненны в виде тепловоспринимающей пластины с чувствительными элементами — транзисторами 2 и 3, два управляемых генератора 4 и 5 тока, тактовый генератор 6, усилитель 7 переменного напряжения, усилитель 8 постоянного тока, синхронный детектор 9, сумматор 10, фильтр

11, аналого-цифровой преобразователь 12 и цифровой индикатор !3.

Один из транзисторов расположен на тепловоспринимающей пластине термопреобразователя, а другой — — над ним. Эмиттеры обоих транзисторов соединены и подклк>чены к вторым выходам управляемых генераторов 4 и 5 тока, к первым выходам которых подлкючены соответственно коллекторы транзисторов. Кроме того, эмиттеры транзисторов подсоединены к входам усилителей переменного напряжения 7 и постоянного тока 8.

Выход усилителя 8 постоя ни ого тока подключен к первому входу сумматора 10, к второму входу которого через синхронный детектор 9 подключен выход усилителя 7 переменного напряжения. Прямой выход тактового генератор 6 подключен к управляющему входу генератора 4 тока, а инверсный— к входам управляемого генератора 5 тока и синхронного детектора 9. К выходу фильтра 11 последовательно подключены аналогоцифровой преобразователь 2 и цифровой индикатор !3.

Устройство работает следующим образом.

При соприкосновении тепловоспринимающей пластины термопреобразователя с объектом контроля, имеющим температуру

TK (фиг.2, линия 14), сначала нагревается транзистор 2 (фиг.2, кривая 15), а затем— транзистор 3 (фиг.2, кривая 16). При этом, вследствие теплоотвода по корпусу термопреобразователя в окружающую среду, установившееся значение температуры транзистора 2 ниже температуры контролируемого объекта Т. на величину ЛТ, а температура транзистора 3 ниже температуры транзистора 2 на величину ËTi. Разности температур ATi и ЛТ зависят от температур окружающей среды и объекта контроля.

Средняя температура Т, двух транзисторов 2 и 3 изменяется в соответствии с кривой 17, а разность температур ЛТ2 — в соответствии с кривой 18.

Управляемые генераторы 4 и 5 тока подают импульсами, в противофазе один к другому, соответственно на транзисторы 2 и 3 токи l i u Ii. Значения этих токов выбраны таким образом, чтобы зависимость прямого напряжения на переходах база10 эмиттер от температуры у обоих транзисторов была одинаковои. Амплитуда импульсов падения напряжения на переходах базаэмиттер транзисторов пропорциональна их температурам и будет изменяться в соответствии с кривыми 15 и 16 на фиг.2. Сиг-!

5 нал на входе усилителей постоянного тока и переменного напряжения равен сумме сигналов от транзисторов и имеет постоянную составляющук>, пропорциональную средней температуре транзисторов (фиг.2, кривая 17) и переменную составляющую, пропорциональную разности температур транзисторов (фиг.2, кривая 18). Усилитель переменного напряжения усиливает только переменную составляющую, а усилитель постоянного тока — весь сигнал. Выходное напряжение усилителя переменного напряжения детектируется синхронным детектором 9 и суммируется с выходным напряжением усилителя постоянного тока в сумматоре 10. Результирующий сигнал поступает на фильтр

11, а затем в. виде напряжения UBllx npo30 порционального температуре объекта контроля (фиг.2, кривая !9). — на выходные блоки: аналого-цифровой преобразователь 12 и цифровой индикатор 13.

При этом

35 1 )вых -= S (К (Q Тс+ К2ЛТ2), где S — — чувствительность к температуре прямого напряжения на переходах база-эм иттер транзисторов;

К| и К2 — соответственно коэффициенты усиления усилителя постоянного тока и усилителя переменного напряжения с синхронным детектором.

Значение коэффициента усиления Ki pac45 считывается из условий: ЛТ = О, Т = Т, U,.I. = U„v paa io K,== Е к (S,T ) = KXS, где К вЂ” коэффициент пропорциональности между температурой объекта Т. и выходным напряжением U-.

Коэффициент К2 определяется выражением

-1

К2 Ux(l )сХ 1 ) (5|ЛТ2) где Т„ЛТ2, U -- величины, рассчитанные или измеренные при градуировке устройства.

1268968

20

Формула изобретения Рык,Л,, у

7с, ЛТ

Составитель В. Куликов

Техред И. Версс Коррс ктор В. Ьутяга

Тираж 778 Г!одннснос

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор В. Данко

Заказ 6025/43

При настройке конкретного экземпляра устройства коэффициенты Ki и Кг уточняются по следующей методике: термопреобразователь устройства помещается в термостат с температурой теплоносителя Т. (при этом выполняются условия

ЛТг = О, T, = T.) и изменением коэффициента усиления усилителя 8 добиваются равенства Us x = UK (корректировка Ki); расположив термопреобразователь на образцовой поверхности градуировочного стенда, температура которого ТК, и изменяя коэффициент усиления усилителя 7, устанавливают выходной сигнал U x = U- (корректировка Кг)Как показывают расчеты и эксперименты, при таких коэффициентах передачи величина выходного сигнала точно соответствует температуре поверхности объекта контроля, так как статическая погрешность, обусловленная теплоотводом по корпусу термопреобразователя, сводится к нулю или к пренебрежимо малой величине, а скорость изменения выходного сигнала значительно больше, чем скорость изменения температуры транзисторов.

Устройство для измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента закрепленный на тепловоспринимающей пластине первый транзистор, база которого подключена к общей шине устройства, а коллектор и эмиттер подключены к выходу первого управляемого генератора тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом тактового генератора, второй выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, вход которого через усилитель переменного тока подключен к эм иттеру тра изистора, последовательно соединенные фильтр, аналогоцифровой преобразователь и цифровой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия путем учета теплопотерь от чувствительного элемента в окружающую среду, в него введены второй транзистор, закрепленный над первым транзистором, второй управляемый генератор тока, усилитель постоянного тока и сумматор, выход которого подключен к входу фильтра, а входы соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом усилителя постоянного тока, вход которого подключен к эмиттерам транзисторов и первому выходу второго управляемого генератора тока, управляю1ций вход которого соединен с вторым выходом тактового генератора, а второй выход подключен к коллектору второго транзистора, база которого соединена с общей шиной устройства.