УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР Российский патент 1995 года по МПК G01K7/18 

Изобретение касается температурных и тепловых измерений и может быть использовано в теплотехнике, приборостроении и автоматизации производств.

Известно устройство для измерения разности температур [1], построенное по схеме дифференциального моста с двумя терморезисторами в смежных плечах.

Недостатком известного устройства является его малая чувствительность, что связано с технологическими ограничениями в плане обеспечения высокого температурного коэффициента сопротивления (ТКС) у терморезисторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения разности температур [2]. Это устройство построено по схеме моста Уитстона, в плечи которого подключены терморезисторы с ТКС одного знака, при этом из терморезисторов противоположных плеч моста образованы датчики с выводом терморезисторов на рабочие поверхности, а источник постоянного напряжения и индикатор включены соответственно в питающую и измерительную диагонали моста, Устройство имеет недостаточную чувствительность.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее источник постоянного напряжения, индикатор и мост Уитстона, в плечи которого подключены четыре терморезистора с ТКС одного знака, при этом терморезисторы, подсоединенные к разноименным полюсу источника постоянного напряжения и контакту индикатора, являются первым датчиком температуры, а терморезисторы, подсоединенные к одноименным полюсу источника постоянного напряжения и контакту индикатора, являются вторым датчиком температуры, источник постоянного напряжения и индикатор включены соответственно в питающую и измерительную диагонали моста, дополнительно введены пятый и шестой терморезисторы с ТКС того же знака и второй источник постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к одноименному полюсу первого источника постоянного напряжения, а другим - к соединенным друг с другом выводам пятого и шестого терморезисторов, вторые выводы которых подключены к измерительной диагонали моста Уитстона, причем пятый терморезистор введен в первый датчик, а шестой - во второй датчик. Для расширения области использования устройство снабжено корпусом, на противоположных рабочих поверхностях которого размещены соответственно первый и второй датчики.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример конструктивного выполнения измерителя разности температур; на фиг.3 - пример конструктивного выполнения устройства, используемого для измерения тепловых потоков.

Устройство для измерения разности температур содержит основной мост Уитстона 1, включающий терморезисторы 2-5 с ТКС одного знака в своих плечах и первый источник 6 постоянного напряжения, два дополнительных терморезистора 7 и 8 с ТКС того же знака, что и терморезисторы 2-5, и второй источник 9 постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к одноименному полюсу первого источника 6, а другим - к соединенным один с другим выводам дополнительных терморезисторов 7 и 8, вторые выводы которых подключены к измерительной диагонали моста Уитстона 1, и общий индикатор 10.

Терморезисторы 3, 5 и 7 конструктивно образуют первый датчик 11 температуры, помещенный в зону измерения с температурой Т₁. Терморезисторы 2,4 и 8 конструктивно образуют второй датчик 12 температуры, помещенный в другую зону измерения с температурой Т₂. Чувствительные элементы терморезисторов первого датчика 11 выведены на его рабочую поверхность 13, а чувствительные элементы терморезисторов второго датчика 12 - на его рабочую поверхность 14. Датчики 11 и 12 соединены с блоком 15 источников постоянного напряжения и индикатором 10 гибкими кабелями 16 и 17. Терморезисторы, выведенные на рабочие поверхности 13 и 14, в ходе измерений сопрягаются с поверхностями зон контроля температуры.

При приведении в механический контакт датчиков 11 и 12 друг с другом (фиг. 3) таким образом, что их рабочие поверхности 13 и 14 ориентированы в разные стороны (т. е. рабочие поверхности 13 и 14 друг с другом не сопрягаются), оба датчика 11 и 12 как одно целое представляют корпус 18 объемной формы (например, в виде объемного диска). При измерении корпус 18 объемной формы будет выполнять роль первичного преобразователя теплового потока.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии разности температур и при одинаковых характеристиках терморезисторов 2,3,4 и 5 в мосте 1 имеет место баланс сопротивлений его плеч, мост 1 не генерирует ток в индикаторную цепь. Аналогично образованный вспомогательный мост Уитсона из терморезисторов 3,4,7 и 8 и второго источника 9, имеющий одинаковые с вышеуказанными характеристики терморезисторов, также не генерирует ток в индикаторную цепь. В этом случае нулевому значению разности температур соответствует нулевая величина показаний индикатора 10.

При наличии разности температур (Т₁-Т₂) на рабочих поверхностях 13 и 14 датчиков 11 и 12, сопрягаемых с зонами измерения, имеет место разбаланс как основного моста 1, так и вспомогательного моста. При этом токи, генерируемые этими мостами, при прохождении через индикатор 10 суммируются. Этим достигается увеличение показаний индикатора 10 при заданном значении разности температур по сравнению с прототипом, включающим только один (основной) мост Уитстона.

При использовании устройства в качестве измерителя тепловых потоков рабочую поверхность 13 корпуса 18 ориентируют перпендикулярно вектору распространения измеряемого теплового потока. Этот тепловой поток нагревает рабочую поверхность 13, затем, проходя через корпус 18, нагревает другую рабочую поверхность 14. При этом устанавливается определенная разность температур между рабочими поверхностями 13 и 14 вследствие наличия термического сопротивления корпуса 18. Указанная разность температур для плоского диска, которым является корпус 18, пропорциональна тепловому потоку, проходящему через этот диск.

Использование изобретения позволит повысить чувствительность не менее, чем в 1,5 раза, а следовательно, расширить диапазон измерения малых и сверхмалых величин разности температур и тепловых потоков. Подобные устройства найдут применение как в области техники для создания более совершенных технологий, так и в области медицины при проведении термодиагностики больных.

Сущность изобретения: устройство содержит один мост Уитстона 1, шесть терморезисторов 2, 3, 4, 5, 7, 8, два источника постоянного напряжения 6, 9, один индикатор 10. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащее источник постоянного напряжения, индикатор и мост Уитстона, в плечи которого подключены четыре терморезистора с температурным коэффициентом сопротивления одного знака, при этом терморезисторы, подсоединенные к разноименным полюсу источника постоянного напряжения и контакту индикатора, являются первым датчиком температуры, а терморезисторы, подсоединенные к одноименным полюсу источника постоянного напряжения и контакту индикатора, являются вторым датчиком температуры, источник постоянного напряжения и индикатор включены соответственно в питающую и измерительную диагонали моста, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него дополнительно введены пятый и шестой терморезисторы с температурным коэффициентом того же знака и второй источник постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к одноименному полюсу первого источника постоянного напряжения, а другим - к соединенным друг с другом выводам пятого и шестого терморезисторов, вторые выводы которых подключены к измерительной диагонали моста Уитстона, причем пятый терморезистор введен в первый датчик, а шестой - во второй датчик. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом, на противоположных рабочих поверхностях которого размещены соответственно первый и второй датчики.