Устройство для измерения температуры поверхности твердых тел

 

Изобретение относится к области теплофизического приборостроения. Цель изобретения - повышение точности измерения. Измерительную головку 1 прикладывают к контролируемой поверхности 17. Выходной сигнал термоэлектрической батареи, находящийся в термоэлектрическом чувствительном элементе 3, пропорционален разности температур измеряемой поверхности и измерительной головки. Указанный выт ходной сигнал суммируется с выходным сигнапом, мостовой схемы 4. Суммарньй выходной сигнал измерительной головки 1 пропорционален температуре контролируемой поверхности и не зависит от изменения температуры самой измерительной головки. Выходной сигнал измерительной головки 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7 и отображается на цифровом индикаторе 8 в единицах температуры . 3 з.п.ф-лы, 2 ил. i СЛ

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК б11 4 С 01 К 1/16, 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21) 4036292/24-10 (22) 13.12.85 (46) 23.01.88. Вюл. N- 3 (72) М.Е.Аверьянов, А.П.Афанасьев, В.Н.Вигдорович, E Ï.Волков, Ф.В.Марков, Л.В. Меркушев,В.В.Почтовский и Г.А.Ухлинов (53) 536.5(088.8) (56) Патент США У 3715923, кл. G 01. К 1/16, опублик. 13.02.73.

Авторское свидетельство СССР

У 1138665, кл. G Ol К 7/02, 19.10.82. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ (57) Изобретение относится к области теплофизического приборостроения.

Цель изобретения — повышение точности измерения. Измерительную головку

„„SU„„1368664 А1

1 прикладывают к контролируемой поверхности 17. Выходной сигнал термоэлектрической батареи, находящийся в термоэлектрическом чувствительном элементе 3, пропорционален разности температур измеряемой поверхности и измерительной головки. Указанный вы.ходной сигнал суммируется с выходным сигналом, мостовой схемы 4. Суммарный выходной сигнал измерительной головки 1 пропорционален. температуре контролируемой поверхности и не зависит от изменения температуры самой измерительной головки. Выходной сигнал измерительной головки 1 поступает на вход аналого-цифрового пре- Я. образователя 7 и отображается на цифровом индикаторе 8 в единицах температуры. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

С:

1368664

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению и может быть использовано для контроля температуры стен зданий и сооружений, поверхности термического оборудования,теплотехнических агрегатов, отопительной арматуры, теплоизоляции трубопроводов, корпусов приборов и т.д.

Цель изобретения — повышение точ- 10 ности измерения путем снижения погрешности, обусловленной различием в степени черноты контролируемых поверхностей.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — конструкция термоэлектрического чувствительного элемента, используемоrо в составе устройства, разрез.

Устройство содержит измеритель-,. ную головку 1, снабженную установочной цилиндрической насадкой 2, выполненной из теплоизоляционного материала, например, фторопласта, термоэлектрический чувствительный элемент 3, корректирующую резистивную мостовую схему,4 с терморезистором 5, включенным в одно из ее плеч, и регистрирующий прибор 6, включающий в З0 себя аналого-цифровой преобразователь

7 и блок цифровых индикаторов 8.

Корректирующая резистивная мостовая схема 4 подключена последовательно с термоэлектрическим чувствитель- д5 ным элементом 3 к входу аналого-цифрового преобразователя 7.

Термоэлектрический чувствительный элемент 3 (фиг.2) выполненный в виде пленочной термоэлектрической батареи 40

9, сформированной на тонкой диэлек« трической подложке 10, например слюдяной, которая закреплена на массивном .медном или алюминиевом теплоприемном основании 11, снабженном высту- 45 пами 12, соприкасающимися с опорными спаями термоэлектрической батареи 9, поверх которой установлена прижимная накладка 13 с прорезями, перемычки 14 между которыми совмещены с выс- 50 тупами 12 теплоприемного основания

11. На внешнюю поверхность термоэлектрической батареи 9 при необходимости может быть нанесен тонкий защитный изолирующий слой 15 с зеркальным отражающим покрытием 16, например, из алюминия. Опорные спаи термоэлектрической батареи 9 прижаты к выступам 12 накладкой 13 (ее перемычками

14) для обеспечения хорошего теплового контакта с теплоприемным основанием 11, Кроме того, перемычки 14 предотвращают прямой нагрев опорных спаев термоэлектрической батареи 9. тепловым потоком от контролируемой поверхности.

Насадка 2 устанавливает величину воздушного зазора между термоэлектрическим чувствительным элементом 3 и контролируемой поверхностью 17 (фиг.1).

Величина воздушного зазора зависит от степени черноты контролируемой поверхности, измеряемой температуры, требуемой точности измерения и может быть подобрана опытным путем или определена из неравенства о>у Т кс -To g

10 E- .E 6 (T4 Т,) где z — удельная теплопроводность вакф, воздуха в нормальных условиях (2,6 10 Вт/см К); — постоянная Стефана-Больцмана (5,67 ° 10 Вт/см К )

T„« — максимальная измеряемая температура;

Т, — температура теплоприемного основания 11, установленного в.измерительной головке 1:

Еи E, — степени черноты поверхности тела и термоэлектрического чувствительного элемента соответственно.

Величина зазора / практически лежит в пределах от долей миллиметра до нескольких миллиметров, При наличии насадки и указанной величине зазора нагрев термоэлектрического чувствительного элемента 3 от контролируемой поверхности осуществляется практически только за счет теплопроводности по слою воздуха в зазоре.

В насадке 2 параллельно ее торцу размещено несколько пленочных мембран 18, выполненных из термостойкого полимерного материала, например тонкой (5-10 мкм) полиамидной пленки, с тонким зеркальным покрытием, отра- . жающим излучение, Наличие мембран препятствует возникновению свободной конвекции воздуха в зазоре, существенно влияющей на точность измерения, Устройство работает следующим образом.

Измерительную головку 1 торцом ее насадки 2 прикладывают к контролируемой поверхности 17. При этом в воз3 !3 душном зазоре величиной L задаваемом насадкой 2, устанавливается линейное распределение температуры, так что температура рабочих спаев

Тр термоэлектрической батареи 9, находящихся на расстоянии 1 от основания измерительной головки (теплоприемного основания ll), определяемом высотой выступов 12, определяется уравнением

Ttñ Тг + (Тд Tr ) p (2)

1 где Т вЂ” температура измерительной г головки;

Т„ — температура поверхности.

Нагрев рабочих спаев термоэлектрической батареи 9 вызывает -появление ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур ее рабочих и опорных спаев, т.е.

Š— Il ь,„(T рс Tîñ ) э (3) где n — число термопар в термоэлектрической батарее;

Ы вЂ” коэффициент термо-ЭДС одной термопары, Т, — температура опорных спаев.

Так как опорные спаи термоэлек-. трической батареи 9 практически имеют температуру измерительной головки, т.е. Т,» Т,, то выражение (3) приводится к виду

F. n e((Т рс Тг) (4)

Объедйняя выражения (2) и (4), можно получить п aì у. (T „Т) . (5)

Выражение (5) показывает, что выходной сигнал термоэлектрической батареи 9 пропорционален разности температур измеряемой поверхности и измерительной головки. Коэффициент К

1 п Ы вЂ” определяет крутизну вольт" Ь амперной характеристики термоэлектрической батареи.

Корректирующая резистивная мостовая схема 4 с включенным в нее терморезистором 5 балансируется при Т, =

=- О С. При изменении температуры измерительной головки 1 изменяется сопротивление размещенного в ней терморезистора 5 и в измерительной диагонали мостовой схемы возникает напряжение Е, равное м" 4 о г

1 (6) 68664 где температурный коэффициент

1 сопротивления терморезистора;

R — сопротивление терморезистоо ра при 0 С; — величина тока питания моста.

Формула (6) приведена для равно-!

0 плечего моста. Коэффициент К „ =!/41 "

R I, определяет крутизну выходной характеристики корректирующей мостовой схемы.

Выходной сигнал термоэлектрического чувствительного элемента 3 суммируется с выходным сигналом Е„ корректирующей мостовой схемы 4, при этом суммарный выходной сигнал E изме8blx рительной головки 1

Е Вы ЕгБ+Ем=К . (Ти Тг) + К ч Т г, (7)

Иэ (7) следует что при Kòá =Kм суммарный выходной сигнал измерительной головки 1 пропорционален температуре Тц контролируемой поверхности и не зависит от изменения температуры самой измерительной головки, обусловленного как нагревом от контролируемой поверхности, так и изменением

30 температуры окружающей среды, т.е, Е„,„= К,- т..

Выходной сигнал измерительной головки 1 поступает на вход аналогоцифрового преобразователя 7 и отобраЗ5 жается на цифровом индикаторе 8 непосредственно в единицах температуры.

Формула изобрете ния

40 1. Устройство для измерения температуры поверхности твердых тел, содержащее измерительную головку с размещенным в ней термоэлектрическим чувствительным элементом, снабженную

45 насадкой, и регистрирующий прибор, подключенный к термоэлектрическому чувствительному элементу, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него

\ б0 введена включенная последовательно с термоэлектрическим чувствительным элементом корректирующая резистивная мостовая схема с терморезистором, включенным в одно из ее плеч и раз55 мещенным в измерительной головке, а термоэлектрический чувствительный элемент выполнен в виде пленочной термоэлектрической батареи, сформированной на тонкой диэлектрической кие

1б

Составитель В.Голубев

Редактор Н.Бобкова Техред A.Кравчук Корректор А.Зимокосов

Заказ 279/40 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4

1368 подложке, размещенной на массивном теплоприемном основании, снабженном выступами, соприкасающимися с опорными спаями термоэлектрической бата5 реи, поверх которой установлена прижимная накладка с прорезями, перемычки между которыми совмещены с выступами теплоприемного основания, при этом в насадке параллельно ее торцу установлены пленочные мембраны, .выполненные из термостойкого полимерного материала, а на поверхность

664

6 термоэлектрической батареи или на пленочные мембраны нанесено зеркальное отражающеее покрытие.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что мембраны выполнены из тонкой полиамидной плен3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что зеркальное отражающее покрытие выполнено иэ алюминия.