Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением

Авторы патента:

G01K7/32 - с использованием изменения резонансной частоты кристаллов

Владельцы патента RU 2475713:

Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением. Заявленное устройство содержит магнитосвязанные контура. Первый контур, расположенный вблизи поверхности температуру которой надо измерить, периодически перестраивается с периодом, зависящим от температуры поверхности. Второй контур располагается вне зоны действия напряжения и подключен к генератору накачки со схемой автоподстройки частоты. Посредством магнитной связи между контурами передается электроэнергия для питания датчика температуры и информация о температуре поверхности. Технический результат: повышение точности измерений, расширение диапазона измеряемых температур. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения температуры. Устройство позволяет осуществлять измерение температуры поверхностей, находящихся под электрическим напряжением, например температуру токоведущих шин и контактных соединений.

Известно устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением (патент РФ №2337335, G01K 7/02, 04.04.2007 г.). В устройстве используется металлический корпус в виде подложки (пластины) с бортиками по периметру, имеющей квадратную форму и аналогичную по форме и виду фарфоровую крышку, между которыми уложены пластины из слюды. Между пластинами размещен термистор, выводы которого подключены к прибору, регистрирующему температуру.

Недостатками приведенного выше устройства являются: возможность пробоя высокого напряжения по поверхности конструкции в измерительную цепь устройства, отсутствие непосредственного теплового контакта между поверхностью и датчиком, что приводит к большой инерционности (запаздыванию) измерений температуры.

Хорошо известен класс измерителей температуры пирометрического типа. Преимуществами пирометрических методов измерения температуры являются: высокое быстродействие, возможность измерения температуры элементов оборудования, находящихся под высоким напряжением, возможность измерения высоких температур, возможность работы в условиях повышенной радиации и температуры окружающей среды.

Основной недостаток пирометрических измерений температуры - это трудности полного учета связей между термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром тепловой радиацией. При пирометрических измерений температуры необходимо учитывать изменение излучательной способности поверхности в зависимости от длины волны в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры в диапазоне измерений, наличие поглощения излучения в среде между пирометром и объектом контроля, геометрические параметры поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса прибора.

Известно устройство для дистанционного измерения температуры (патент РФ №2152598, G01K 7/32, 27.07.1998 г.). Изобретение предназначено для дистанционного измерения температуры различных объектов в диапазоне от -60 до +60ºС. Может применяться в различных областях науки и техники, где использование традиционных измерителей температуры встречает затруднения. Устройство для дистанционного измерения температуры содержит генератор, передающую и приемную антенны, постоянные магниты для создания подмагничивающего поля и частотомер. Генератор является СВЧ-генератором. Он содержит полый резонатор и диод Ганна. Внутри полого резонатора закреплен гиромагнитный резонатор из монокристалла FeBO₃. Изменение температуры объекта приведет к изменению частоты генератора. Частотомер зафиксирует значение частоты, соответствующее температуре.

Недостатками приведенного выше устройства являются необходимость источника питания для работы датчика, ограниченный температурный диапазон и невозможность применения устройства для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением и в местах с магнитными полями.

Известно устройство для измерения температуры (Авторское свидетельство СССР №864027, G01K 7/32, 23.11.1979 г.), содержащее термозависимый пьезорезонатор в качестве датчика температуры, включенный в частотно-задающую цепь измерительного преобразователя, радиоприемник с регистратором, генератор накачки для возбуждения измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь выполнен в виде двухконтурного параметрического генератора с некратными частотами. Генератор накачки излучает сигнал. В катушке индуктивности наводится напряжение с частотой сигнала накачки, которое через конденсатор воздействует на варикап и изменяет его емкость с частотой накачки. Изменение емкости связи двух колебательных контуров приводит к возникновению генерации на собственных частотах этих контуров. Протекающие в контурах токи создают электромагнитное поле, принимаемое приемником. О значении температуры судят либо по значению любой из генерируемых частот, либо по их разрядности. Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками данного устройства являются сложность, низкая надежность работы и низкая точность измерения температуры. Работоспособность данного устройства возможна только при условии, что приемник обладает высокой чувствительностью и селективностью для надежного приема электромагнитного поля от токов, протекающих в контурах измерительного преобразователя. При этом генератор накачки должен быть достаточно мощным для возбуждения измерительного преобразователя, что в свою очередь создаст значительные электромагнитные помехи. Кроме того, устройство имеет недостаточный диапазон измеряемых температур. Это объясняется тем, что нарушаются условия возбуждения двухконтурного параметрического генератора, если пределы перестройки резонансной частоты термозависимого пьезорезонатора превысят пороговую величину, определяемую условием баланса амплитуд и фаз параметрического генератора.

Целью заявляемого изобретения является создание устройства, позволяющего измерять температуру поверхности, находящейся под электрическим напряжением, в местах, недоступных для измерения другими устройствами, например шин и контактных соединений. Целью также является упрощение процесса измерений, повышение надежности и точности его результатов и расширение диапазона измеряемых температур.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции устройства используются резонансные магнитосвязанные контура, посредством которых передается электроэнергия для питания датчика температуры и информация о температуре поверхности. Первый контур расположен вблизи поверхности, находящейся под электрическим напряжением, температуру которой надо измерить, и подключен к выпрямителю питания датчика температуры. Второй контур располагается вне зоны действия электрического напряжения и подключен к генератору накачки со схемой автоподстройки частоты. Резонансная частота контуров периодически перестраивается сигналом датчика температуры. Период перестройки контуров и генератора несет информацию о температуре поверхности.

Работу устройства поясняет схема на фиг.1. Температурный датчик 1 находится в тепловом контакте с поверхностью 2, температуру которой надо измерять. На выходе датчика формируется сигнал, период следования которого несет информацию о значении температуры датчика. В качестве датчика температуры может использоваться генератор на основе кварцевого термочувствительного резонатора или цифровые датчики температуры. Зависимость периода модуляции от температуры для каждого типа датчиков либо указана в паспорте на датчик, либо определяется при калибровке. Напряжение с выхода датчика перестраивает резонансную частоту контура 3. Перестройка резонансной частоты производится изменением емкости конденсатора колебательного контура с помощью варикапа или коммутацией дополнительного конденсатора с помощью ключа. При этом за счет магнитной связи между контурами меняется резонансная частота контура 4. К контуру 4 подключен генератор накачки 5. Генератор накачки включает в себя схему автоподстройки частоты, которая настраивает частоту генератора в резонанс с частотой контура 4. Таким образом, происходит периодическая перестройка частоты генератора 5. Период перестройки частоты генератора измеряется регистратором 6 и пересчитывается в температуру по известной зависимости периода следования импульсов от температуры.

Напряжение, наведенное в первом контуре, используется для питания датчика температуры. Для этого в цепь контура 3 включен выпрямитель 7. Постоянная настройка контуров на резонансную частоту обеспечивает эффективную передачу энергии для питания датчика температуры.

Размеры контуров и их взаимное расположение выбираются так, чтобы обеспечить, с одной стороны, электрическую изоляцию второго контура от напряжения, а с другой - получить достаточный коэффициент связи между контурами, позволяющий обеспечить электропитание датчика температуры.

Работоспособность предлагаемого устройства для измерения температуры проверена в серии экспериментов.

Таким образом, изобретение в техническом и функциональном отношении значительно упростилось относительно прототипа. Изобретение позволило получить большую надежность, расширить диапазон измеряемых температур, повысить точность измерений.

Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением, состоящее из датчика температуры, колебательных контуров, генератора накачки, регистратора, отличающееся тем, что используются резонансные магнитосвязанные контуры, причем первый контур, расположенный вблизи поверхности, находящейся под электрическим напряжением, соединен с выпрямителем для питания датчика температуры, а его резонансная частота периодически перестраивается сигналом с выхода датчика температуры с периодом, зависящим от температуры, и перестраивает посредством магнитной связи резонансную частоту второго контура, расположенного вне зоны действия электрического напряжения и подключенного к генератору со схемой автоподстройки частоты, при этом перестраивается частота генератора, а период перестройки измеряется в регистраторе и пересчитывается в температуру.

Похожие патенты:

Цифровой термометр // 2328710

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом и может быть использовано при измерениях температуры, например, в теплосчетчиках для повышения точности измерения температуры при одновременном упрощении устройства.

Цифровой термометр // 2312315

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к цифровым термометрам, работающим с термопреобразователями, представляющими измерительную информацию в импульсной форме.

Способ установки сенсора в датчике температуры и датчик температуры с установленным таким способом сенсором // 2311622

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и может использоваться при измерении температуры с минимальной глубиной погружения датчика в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве, в частности, в трубах малого диаметра.

Датчик температуры // 2281466

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и может использоваться в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве.

Цифровой термометр // 2212637

Цифровой термометр // 2207529

Устройство для дистанционного измерения температуры // 2152598

Цифровой термометр // 2135965

Устройство для измерения температуры // 2066853

Изобретение относится к тепловым измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с бесконтактной (дистанционной) передачей сигнала от измерительного датчика к регистрирующему устройству.

Способ измерения сверхнизких температур // 2051378

Способ измерения средней температуры неоднородной среды и устройство для его осуществления // 2495390

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля окружающей среды и управления технологическими процессами. Согласно заявленному предложению осуществляют измерение частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, располагаемых равномерно по объему исследуемого поля и соединенных с внешними конденсаторами фазирующей RC-цепочки, образующих совместно с усилителем генератор, соединенный через преобразователь частота-код и микроконтроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от контролируемой температуры. Изобретение также предоставляет возможность коррекции инструментальной погрешности измерения во время тарировки после установки терморезисторов в контролируемой среде и установление значения частоты, соответствующей минимальной и максимальной средней температуры среды, при достижении которых включают дополнительный режим индикации. После обработки контроллером результат подают в канал регулирования или на индикатор температуры. Технический результат: повышение точности измерения температуры среды. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Цифровой термометр // 2510492

Изобретение относится к термометрии и предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом. Заявлен цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, преобразователь код-частота (ПКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ. Вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом ПКЧ, частотный вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а суммирующий вход счетчика подключен к выходу термопреобразователя и синхровходу параллельного регистра. Выходы реверсивного счетчика подключены к входам параллельного регистра, выходы которого соединены с кодовыми входами ПКЧ и с входами ПЗУ, выходы которого являются выходами устройства. Предлагаемое изобретение обеспечивает функциональное преобразование импульсной информации за счет использования частотно-импульсной следящей системы компенсационного типа, обеспечивающей непрерывное отказоустойчивое формирование результата в соответствии с температурной характеристикой термопреобразователя. Технический результат: повышение точности измерения температуры. 1 ил.

Цифровой термометр // 2519860

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для работы с термопреобразователями с импульсным выходным сигналом. Цифровой термометр содержит термопреобразователь с импульсным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, элемент И, элемент НЕ, преобразователь код-частота (ГТКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ. При этом вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу ПКЧ, частотный вход, которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а второй вход элемента И связан с выходом элемента НЕ, соединенного с выходом термопреобразователя. Суммирующий вход реверсивного счетчика с весовым коэффициентом k подключен к выходу термопреобразователя и синхровходу параллельного регистра, выходы реверсивного счетчика подключены к входам параллельного регистра, выходы которого соединены с кодовыми входами ПКЧ и с входами ПЗУ, выходы которого являются выходами устройства. Технический результат: повышение точности измерения температуры и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Способ измерения изменения температуры объекта относительно заданной температуры // 2549223

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения и мониторинга малых изменений температуры. Заявлен способ измерения температуры объекта с помощью чувствительного элемента (ЧЭ), представляющего собой стандартный двухвходовой резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Измерения производятся следующим способом. При заданной температуре измеряется резонансная частота резонатора. Затем на этой частоте измеряется изменение фазы отраженного сигнала от преобразователя. Изменения фазы соответствуют изменениям температуры в окрестности заданной температуры. Количественное соответствие достигается при использовании соответствующей калибровки. При таком способе измерений (не используя усреднений) достигается более высокое разрешение по температуре (как минимум на два порядка величины) по сравнению с известными аналогами. Технический результат - повышение точности измерения температуры объекта в реальном масштабе времени. 6 ил.

Система для мониторинга температуры электрического проводника // 2623684

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга температуры электрического проводника. Предлагается система для мониторинга температуры электрического проводника (31), заключенного, по меньшей мере, в (полу) проводящий слой (13), содержащая пассивный индуктивный узел (20), узел (40) приемопередатчика и блок (50) управления. Пассивный индуктивный узел (20) включает по меньшей мере один термочувствительный компонент и выполнен так, что его резонансная частота и/или величина добротности Q изменяются в зависимости от температуры электрического проводника (31). Узел приемопередатчика (40) имеет электромагнитную связь с пассивным индуктивным узлом (20) и выполнен с возможностью излучения выходного сигнал, соответствующего резонансной частоте и/или величине добротности Q пассивного индуктивного узла (20). Кроме того, узел (40) приемопередатчика связан с блоком (50) управления, который регистрирует сигнал, соответствующий резонансной частоте и/или величине добротности Q, и который определяет значение температуры электрического проводника (31) на основе зарегистрированного сигнала, соответствующего резонансной частоте и/или величине добротности Q. Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 18 ил.

Способ измерения высокой температуры неоднородной среды // 2624410

Изобретение относится к термометрии, а именно к способам измерения высокой температуры участков среды с неоднородным температурным полем, и может быть использовано в многоточечных измерительно-информационных системах при тепловых испытаниях конструкций для исследования температурных полей, в газодинамике и при построении систем автоматического регулирования высокотемпературными технологическими процессами. Предложен способ измерения высокой температуры неоднородной среды путем измерения частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, располагаемых равномерно по объекту исследуемого поля и соединенных с внешними индуктивностями, изготовленными из высокотемпературных проводов, аналогичных проводам, из которых изготовлены соединительные линии, фазирующей RL-цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через функциональный преобразователь частота-код с индикатором температуры. При этом частота генератора преобразуется функциональным преобразователем частота-код в единицы измеряемой температуры и индицируется на индикаторе. Технический результат - упрощение измерения высокой температуры среды с неоднородным температурным полем, что обеспечит высокую надежность. 3 ил., 1 табл.