Устройство для измерения нестационарной температуры

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить эффективность путем обеспечения возможности измерения температуры при отсутствии конвекции в среде. Устройство, представляющее собой зонд, содержит два теплопередающих элемента 2 и 4, закрепленных на датчиках 5 и 6 теплового потока (ДТП), контактирующих с термопреобразователем (ТП) 1. ДТП 5 и 6 включены встречно и размещены с образованием тепловой связи с термоэлектрическим тепловым насосом 8. При измерении элемент 2 нагревается с помощью установленного в нем нагревателя до температуры T<SB POS="POST">1</SB>, превышающей температуру T<SB POS="POST">3</SB> ТП 1, которая в свою очередь выше температуры T<SB POS="POST">2</SB> элемента 4. ДТП 5 и 6 генерируют сигнал, пропорциональный разности тепловых потоков между ТП 1 и элементами 2 и 4. В зависимости от полярности сигнала ДТП с помощью теплового насоса 8 обеспечивается подвод или отвод тепла к элементам 2 и 4 и ТП 1. При этом разностный сигнал ДТП 5 и 6 уменьшается до достижения заданного значения. Индикаторный прибор регистрирует температуру ТП 1, которая соответствует температуре среды. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 К 13/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1:а Ф ), 4, 3

М

В (21) 4610530/10 (22) 23,08.88 (46) 23.08.91. Бюл. ¹31 (71) Институт технической теплофизики АН

УССР (72) Л.М.Березовская, Л.В.Гурьянов, О.И.Деуль и В,Н.Тарасевич (53) 536.53 (088.8) (56)Промышленная теплотехника. 1986, том

8. N 2, с. 92 — 94.

Авторское свидетельство СССР

N 1318808, кл. G 01 К 13/02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕМП Е РАТУРЫ (57) Изобретение относится к, термометрии и позволяет повысить эффективность путем обеспечения воэможности измерения температуры при отгутствии конвекции в среде. Устройство, представляющее собой зонд, содержит два теплопередающих элеИзобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для измерения нестационарной температуры различных сред.

Цель изобретения — повышение эффективности путем обеспечения возможности измерения температуры при отсутствии конвекции в среде.

На фиг.1 представлена конструкция в виде зонда; на фиг.2 — поперечное сечение

А — А на фиг,1; на фиг.3 — блок-схема устройства; на фиг.4 — график результатов измерения при скачкообразном изменении температуры среды во времени.. Ж 1672241 А1 мента 2 и 4, закрепленных на датчиках 5 v 6 теплового потока (ДТП), контактирующих с термопреобраэователем (ТП) 1. ДТП 5 и 6 включены встречно и размещены с образованием тепловой связи с термоэлектрическим тепловым насосом 8, При измерении элемент 2 нагревается с помощью установленного в нем нагревателя до температуры

11, превышающей температуру тз ТП 1, которая в свою очередь выше температуры 1г элемента 4, ДТП 5 и 6 генерируют сигнал, пропорциональный разности тепловых потоков между ТП 1 и элементами 2 и 4. В зависимости от полярности сигнала ДПП с помощью теплового насоса 8 обеспечивается подвод или отвод тепла к элементам 2 и

4 и ТП 1. При этом разностный сигнал ДТП

5 и 6 уменьшается до достижения заданного значения. Индикаторный прибор регистрирует температуру ТП 1, которая соответствует температуре среды. 4 ил.

Устройство для измере, ия нестационарной температуры предс агляет собой зонд(см.фиг,1) и содержит термопреобразователь 1 (например, термопреобразователь сопротивления) в чехле, размещенный между первым теплопередающим элементом 2 с нагревателем 3 и вторым теплопередающим элементом 4. Между чехлом термопреобразователя 1 и элементами 2 и 4 установлены датчики 5 и 6 теплового потока с помощью вяжущего заполнителя 7. Сборка элементов 1 — 7 смонтирована на термоэлектрическом тепловом насосе 8, который второй своей стороной находится в тепловом контакте с теплоотводящим теплоем1672241

25 ким телом 9 (например, иэ меди), связанным с державкой зонда (не показано), Нагреватель 3 (манганин или константан) и термопреобразователь 1. включены последовательно в цепь стабилизатора 10 тока (см.фиг.3). Термопреобразователь 1 включен в цепь измерительного усилителя

11, выход которого подан на вход управляемого индикатора 12. Датчики 5 и 6 теплового тока включены встречно в цепи усилителя

13, выход которого подан на вход двухполярного компаратора 14 с +Upq, выходы которого поданы на управляющие входы блока 15 ключей, связывающего блок 16 питания с электродами термоэлектрического теплового насоса 8. Выходы двухполярного компаратора поданы на входы логической схемы ИЛИ-НЕ 17, выход которой подан на второй вход управляемого индикатора 12.

Устройство работает следующим образом.

Через термопреобразователь 1 и нагреватель 3 пропускается ток от стабилизатора

10. Так как электрическое сопротивление нагревателя 3 значительно больше электрического сопротивления термопреобразователя 1, элемент 2 нагревается током до температуры 11, превышающей температуру термопреобраэователя тз, а последняя выше температуры tz элемента 4, Подогревом первого теплопередающего элемента 2 обеспечивают различие теплообмена элементов 2 и 4 со средой q i и qz. При этом выполняется неравенство t1 > тз > t2, Соответствующую направленность имеют и теп ловые потоки между первым элементом 2 и термопреобразователем 1 qi и между последним и вторым элементом 4 q2.

Падение напряжения на термопреобразователе 1, пропорциональное его температуре, через измерительный усилитель 11 поступает на индикатор 12. Включенные навстречу друг другу датчики 5 и 6 теплового потока, генерируют разностный сигнал, пропорциональный разности тепловых потоков qt - qz. В случае, когда температура термопреобразователя 1 тз не равна температуре среды Ь, ф цг и разностный сигнал датчиков 5 и 6 теплового потока отрицательный или положительный поступает через усилитель 13 на двухполярный компаратор 14, где сравнивается с опорным напряжением +U«и -U<>. В случае превышения отрицательным выходным сигналом опорного напряжения -Uon или положительным выходным сигналом опорного напряжения+Оол, компаратор 14, воздействуя на блок ключей 15, обеспечивает подачу на термоэлектроды теплового насоса 8 от блока 16

55 питания электрического тока соответствующей полярности. Выход логической схемы

ИЛИ-НЕ 17 заперт. Под воздействием тока термоэлектрический тепловой насос 8 обеспечивает отвод теплоты от элементов 2 и 4 и термопреобразователя 1 к теплоотводящему телу 9 или подвод к ним теплоты от теплоотводящего тела 9. Температура термопреобраэователя 1 и элементов 2 и 4 измеряется, повышаясь или понижаясь.

Температура tt первого элемента 2 становится выше температуры среды to, а температура tz второго элемента 4 становится ниже температуры среды. При этом разность qt щ, а разностный сигнал датчиков теплового потока уменьшается по абсолютной величине ввиду того, что выравниваются тепловые потоки(о1 = q2) через датчики 5 и 6.

При снижении разностного сигнала от датчиков теплового потока 5и 6. усиленного в усилителе 13, до уровня -Uo и +U«. компаратор 14 отключает блок 16 питания от термоэлектрического теплового насоса 8, а логическая схема ИЛИ вЂ” НЕ 17 обеспечивает индикацию в индикаторе 12 падения напряжения на термопреобразователе 1 при стабилизированном токе от стабилизатора 1О тока. Это падение напряжения пропорционально температуре термопреобразователя

1 1з, которую и принимают эа искомую температуру среды to, Таким образом, при равенстве термических сопротивлений между первым элементом 2 и термопреобразователем 1 и между последним и вторым элементом 4 тз = to в пределах точности поддержания равенства тепловых потоков q1 и q .

Предлагаемое устройство может быть реализовано как с параметрическими (например, термопреобраэователь сопротивления), так и с генераторными (термоэлектрический преобразователь) термопреобразователями, что расширяет область применения. Использование данного устройства позволяет снизить динамическую погрешность измерения при скачкообразно изменяющейся температуре любой среды: жидкой, газообразной или среды сыпучих материалов.

Формула изобретения

Устройство для измерения нестационарной температуры, содержащее по крайней мере один термопреобразователь, контактирующий с датчиком теплового потока, включенным встречно второму датчику теплового потока, размещенные с образованием тепловой связи с термоэлектриче1672241 ским тепловым насосом, соединенным с теплоотводящим телом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения возможности измерения температуры при отсутствии конвекции, в него введены два теплопередающих элемента с установленным в одном из них электрическим нагревателем, при этом второй датчик теплового потока размещен в контакте с термопреобразователем со стороны, противоположной первому датчику. а каждый из теплопередающих элемен5 тов, контактирующих с поверхностью термоэлектрического теплового насоса, закреплен на соответствующем датчике теплового потока.

1б72241

О

Составитель Н.Соловьева

Редактор T.Куркова Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Заказ 2830 Тираж 367 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101