Устройство для измерения разности температур

 

Использование: термометрия, термоэлектрические дифференциальные измерители разности температур, вмонтированные в контролируемый обьект. Сущности изобретения: устройство содержит четыре термоэлектрических преобразователя, два резистора, дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот, цифровой милливольтметр , фильтр верхних частот, усили тель нижней частоты, фазочувствительный выпрямитель, микродвигатель, редуктор, реохоод. потенциометр, генератор низких частот. 1 ил.

СОЮ3 ЕСВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914371/10 (22) 25.02.91 (46) 30.07.93. Бюл. М 28 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Г.В,Юрчик, А.А,Смердов и Ю.А.Скрипник (56) 1. Фарэане Н.Г, Технологические измерения и приборы, М.: Высшая школа, 1989, с.162.

2. Саченко А.А., Твердый Е.Я. СовершенсТвование методов измерения температуры. Киев, иТехн!ка", 1983. с.27 — 32.

3. Кожух В.Я. Автоматическое измере.ние разности температур. M.: Энергия, 1969. с.21.

Изобретение относится к области измерения температур и может быть использовано для повышения точности термоэлектрических дифференциальных измерителей разности температур с вмонтированными в контролируемый обьект первичными измерительными преобразователями, демонтаж которых с целью периодической их поверки с требуемой частотой невозможен из-за трудного доступа к ним и агрессивности окружающей среды.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем автоматической коррекции погрешности от неидентичности термоэлектрических преобразователей, На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит термоэлектрические преобразователи (ТЭП) 1 и 2, соединен,ные своими рабочими спаами с рабочими ь

». Ы 1830465 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РА3НОСТИ ТЕМПЕРАТУР (57) Использование: термометрия, термоэлектрические дифференциальные измерители разности температур, вмонтированные в контролируемый объект. Сущность изобретения: устройство содержит четыре термоэлектрических ° преобразователя, два резистора, дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот, цифровой милливольтметр, фильтр верхних частот, усилитель нижней частоты, фазочувствительный выпрямитель, микродвигатель, редуктор, реохоод, потенциометр, генератор низких частот. 1 ил. спаями дополнительных однотипных термоэлектрических преобразователей 3 и 4, резисторы 5 и 6, через которые свободные выводы ТЭП 1 и 2, включенных встречно, I соединены с входами дифференциального усилителя 7, к выходу которого через фильтр

1 юм

8 нижних частот подключен цифровой мил- \лФ ливольтметр 9, а также последовательно со- (Д единенные фильтр 10 верхних чаСтат, усилитель 11 низкой частоты. фазочуестви- !ф тельный выпрямитель 12 и микродвигатель

13 с редуктором 14, который механически соединен с подвижным контактом реохорда

15, включенного между входами дифференциального усилителя 7. Подвижный контакт реохорда электрически соединен с по- в движным контактом потенциометра 16, который включен между одноименными электродами термоэлектрических преобразователей 1 и 2, генератор 17 низких частот, симметричные выходы которого соединены с управляющими входами фазочувствитель\

1830465

Ui = S(1+ y>)KIT< (6) О2 = S(1+ У2)К2Т2 (7) Ж32 = $(1 ) 2)Т, (3) flp =(1 -3)

40 (10) рв

f/, R) +йд +йр н;но выпрямителя 12 и свободными выводами ТЭП 3 и 4, включенных согласно.

Устройство работает следующим образом.

Рабочие спаи ТЭП 1, 2, 3 и 4 соединены механически, например сваркой, и помещены в тепловое поле с температурами Т1 и Т2, разность которых подлежит измерению. При встречном включении ТЭП 1 и ТЭП 2 раэностная термоЭДС ЛО будет равна:

hU = S<(1+ y>)T> — S2(1+ )Т2, (1) где $ - S2 = S — нормированная чувствительность ТЭП 1 и 2;

hS> М2 о и ) = — относительные

S $ погрешности ТЭП 1 и 2, обусловленные технологическим разбросом параметров ТЭП. а также процессами износа и старения, особенно при эксплуатации их в агрессивной среде.

В случае непосредственного измерения разностной термоЭДС и неравенстве погрешностей (y> A@2) имеем:

hu — — SAT + $(У1 r> — У2Т2), (2) При равенстве абсолютных значений температур Т1 и T2 (T> = T2 = Т) возникает погрешность нуля ЛО2; которая не позволяет достоверно измерять малые разности температур.

Погрешность нуля (3) трудно учесть или скомпенсировать, так как она зависит от абсолютного уровня сравниваемых температур и степени идентичности ТЗП 1 и ТЭГ1

2, В настоящем устройстве термоЗДС

ТЗП 1 и ТЭП 2 масштабируются делителями напряжения. образованными резисторами

5, 6, реохордом 15 и потенциометром 16, Если сопротивления резисторов 5 и 6 обозначить соответственно R> и R2, то коэффициенты передач К1 и К2 этих делителей напряжения. будут определяться сопротивлениями плеч реохорда в зависимости от положения подвижных контактов реохорда

15 и потенциометра 16: я

P (4)

R1 + Rp + Rp где Rp, Rp, Rn. Rr> — сопротивления плеч

I II I ll реохорда 15 и потенциометра 16 соответственно, Тогда на один вход дифференциального

5 усилителя 7 поступает напряжение Ui:

1.0 а на второй вход — напряжение О2:

На выходе дифференциального усилителя 7 формируется раэностное напряжение ЛОз, ЛОз = S((1 + yl)KIТ1 — (1+ уг)К2Т2), (8) Если Т1 =- T2 = T, то погрешность нуля

AL4 принимает вид:

AU4 = S((1+у1)К1 — (1+ y2)K2)T.

Для автоматической коррекции погрешности измерения от неидентичности ТЭП 1 и ТЭП 2 через ТЗП 3 и ТЭП 4, включенные согласно, пропускают переменный ток от генератора 17 низкой частоты. Значение ча30 стоты в переменного тока выбирают в диапазоне 0,1- 10 Гц в зависимости от тепловой инерционности используемых ТЭП.

Если тепловую постоянную времени

ТЭП 1,3 и ТЭП 2,4 обозначить через г. то необходимо при выборе частоты о) соблюдать условие:

При выполнении условия (10) за счет эффекта Пельтье в рабочих спаях ТЭП 3 и 4 будет выделяться или поглощаться тепло в зависимости от полярности протекающего тока. Так, в. случае протекания через спай полуволны переменного тока в нем выделяется (поглощается) теплота Пельтье Q д Л/Ю

Q T j !созилбт, о где t — амплитуда переменного тока.

8 результате этого температура рабо55 чих спаев ТЭП 1 и ТЗП 2 будет периодически с частотсй переменного тока колебаться относительно температур спаев Т1 и Т2.

Максимальная температура перегрева (охлаждения) спаев определяется количеством теплоты Пельтье Ол, коэффициен

183() 465 (16) (17) (14) х cos(o>t — р) ом теплоотдачи спая ци поверхности спая

F. При условии. что 2л/(l> )) t имеем; л/ в т F л

+ AT = 4 — — j cos ondt = где !ср — среднее значение переменного тока.

При периодическом изменении полярности протекающего тока амплитуда переменной составляющей температуры, с учетом данного соотношения тепловой инерционности спая и фазы переменного тока, будет иметь вид:

AT (т)= ЛТехр(-2 л/ы )cos(cr>t — p), (13) где у- фазовый сдвиг периодических изменений температуры относительно фазы переменного тока, вызванный тепловой инерционностью ТЗП.

Из-за встречного включения ТЭП 1 и

ТЭП 2 на входы дифференциального усилителя 7 будет воздействовать переменная составляющая термоЭДС, обусловленная только неравенством чувствительностей этих ТЗП. В соответствии с выражениями(8) и (13) имеем:

Й4 = Sf(1 + yt)K1T1 — (1 + уг)КгТг)+ Sf(1 + 35

+7!)Kt — (1+ уг)Кг) ЛТехр(-2 л/в t) х

Переменная составляющая термоЭДС

Ь0е, усиленная дифференциальным усилителем 7, выделяется фильтром 10 верхних частот:

ЛОв = Ky Кф S((1 + у!)К1 — (1 +;ф) Кг) х х AT exp(-2л/ы т)сов(йМ вЂ” ), (15) где Ку и Кф — коэффициент усиления диф- 50 ференциального усилителя 7 и коэффициент передачи фильтра 10 верхних частот соответственно; у> — фазовый сдвиг, вносимый фильтром верхних частот. 55

Переменная составляющая термоЭДС

Ж/е дополнительно усиливается усилителем 11 низкой частоты и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 12, который управляется непосредственно пе ременным напряжением генера ора 17.

Выпрямленное напряжение управляет работой микродвигателя 13, который ерез редуктор 14 изменяет положение подвижного контакта реохорда 15.

Вращение двигателя продол>кается до тех пор, BoKG не выполнится условие: (1 + yt) К1 — (1 + уг) Кг =- 0 .

При достижении равенства (16) исчезает переменная составляющая напряжения на выходе дифференциального усилителя 7, и двигатель 13 затормаживается, при этом милливольтметр 9 измеряет и;;:.—. оянную составляющую напряжения AUv:

AU7 = S ((1 + yl)K1T! — (1 + уг) КгТг )

-S(1 +".:, )К1(Т! — Тг), ЛЖ = S(1+ у!)Кг(Т вЂ” Тг) . (18) Из сравнения вьгг>ажений (18) и (8) можно сделать вывод, что погрешность нуля (9) автоматически скорректирована. Действительно, при T1 = Тг = Т выра>кения (17) «(18) обращаются в нуль при любых значениях погрешностей у! и )р ТЭП и ТЭП 2.

При изменении знака разности в равенстве (16) из-за случайного характера процессов износа и старения термоэлектрических преобразователей (у! )z) изменяется фаза переменной составляющей напряжения (15) на 180О. При этом изменяется полярность выпрямленного напря>кения на выходе фазочувствительного выпрямителя 12, и микродвигатель 13 изменяет направление вращения, Последнее приводит к перемещению контакта реохорда 15 в новое положение, при котором восстанавливается равенство (16), Первоначальная установка нуля при

T1 = г {ТЭП 1 и ТЭП 2 перемещаются е одну точку теплового поля) осуществляется перемещением подвижного контакта потенциометра 16.

По сравнению с прототипом погрешность нуля автоматически корректируется при изменениях как чувствительности ТЭП

1 и ТЭП 2, так и изменениях абсолютных уровней сравниваемых температур. Последнее обусловлено реальной нелинейностью ТЗП, приводящей к зависимости у! и уг от абсолютного уровня температур

Т и Тг.

1830465

Формула изобретения

Составитель С. Ильчук

Редактор М. Кузнецова Техред M.Moðråíòàë Корректор П. Гереши

Заказ 2519 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент, r. Ужгород, ул.Гагарина; 101

Устройство для измерения разности температур, содержащее соединенные встречно первый и второй термоэлектрические преобразователи с рабочими спаями, резистор и милливольтметр, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем автоматической коррекции погрешности от неидентичности термоэлектрических преобразователей, в него введены дополнительный резистор, потенциометр и реохорд с подвижным контактом, генератор низких частот, третий и четвертый термоэлектрические преобразователи, соединенные согласно, последовательно подключенные дифференциальный усилитель и фильтр нижних частот, а также последовательно связанные фильтр верхних частот, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и микродвигатель с редуктором, выход которого механически связан с подвижным контактом реохорда, первый и второй термоэлектрические преобразователи соединены между собой через потенциометр, электрически под5 соединенный подвижным контактом к подвижному контакту реохорда, выходы генератора низкой частоты подключены к управляющим входам фаэочувствительного выпрямителя и к свободным выводам треть10 его и четвертого термоэлектрических преобразователей, соединенных рабочими спаями с рабочими спаями соответственно первого и второго термоэлектрических преобразователей, свободные выводы которых

15 соответственно через резистор и дополнительный резистор связаны с входами дифференциального усилителя, между которыми включен реохорд, при этом выход фильтра нижних частот подключен к входу

20 цифрового милливольтметра, а вход фильтра верхних частот — к выходу дифференциального усилителя.