УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1995 года по МПК G01K7/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения температуры различных сред термоэлектрическим методом (с помощью термопар). Термоэлектрический метод измерения температуры требует компенсации влияния температуры свободных концов термопары на информацию о контролируемой температуре (температуре рабочего конца термопары). Для этой цели необходима точная информация о температуре свободных концов термопары, для которой необходимы устройства для измерения температуры свободных концов термопары.

Известны используемые для этой цели терморезистивные датчики температуры, располагаемые в зоне свободных концов термопары [1] [2] Недостатком таких датчиков является возникновение дополнительной погрешности от разности температур между температурой терморезистивного чувствительного элемента и температурой свободных концов термопары как в статическом, так и в динамическом режимах, которая может значительно превышать погрешности схем и методов компенсации влияния температуры свободных концов термопары на ее ТЭДС. Такая разность температур возникает вследствие того, что свободные концы термопары расположены "в двух точках", а термочувствительный терморезистивный элемент (с высокой точностью градуировочной характеристикой) занимает пространство протяженный объем и практически отделен от свободных концов термопары, а температурное поле в пространстве, в котором находятся свободные концы термопары и терморезистивный датчик в условиях эксплуатации и по условиям монтажа, может быть неравномерным как в статическом, так и, особенно, в динамическом режимах. Так же неравномерным может быть распределение температуры внутри корпуса терморезистивного датчика и, следовательно, по терморезистивному теплочувствительному элементу.

Известно устройство, содержащее терморезистивный чувствительный элемент и дополнительную термопару, размещенных в одном корпусе, которое уменьшает указанную выше дополнительную погрешность [2] Однако и в этом устройстве возникает дополнительная погрешность из-за неравномерного распределения температуры внутри корпуса и возникновения вследствие этого различия температуры свободных концов измерительной (рабочей) термопары и компенсирующего терморезистивного теплочувствительного элемента.

Цель изобретения повышение точности измерения температуры различных сред с помощью термопар за счет повышения точности измерения температуры свободных концов термопары терморезистивным датчиком.

Цель достигается тем, что учитывается неравномерное распределение температуры внутри корпуса терморезистивного датчика.

С этой целью в датчик температуры (фиг.1) с терморезистивным теплочувствительным элементом 1, каркасом 2 для его крепления и корпусом 3 для его защиты дополнительно вводятся термоэлектрический теплочувствительный элемент из нескольких (например, трех) параллельно соединенных в двух общих точках 4 (внутри защитного корпуса) термопар, рабочие концы 5', 5'', 5''', которых расположены в различных точках терморезистивного теплочувствительного элемента, и подключенные к двум общим точкам четыре соединения параллельно соединенных термопар, выводные термоэлектрические провода 6 до расположения свободных концов 7 термопары 8 контролируемой среды при электрическом контакте термоэлектрического провода 9 термопары 8 одной полярности с выводным термоэлектродным проводом термоэлектрического теплочувствительного элемента устройства.

Устройство работает следующим образом.

В аппаратуру от терморезистивного термочувствительного элемента 2 датчика поступает информация о его средней температуре t. При температуре t₁ свободных концов 7 основной термопары 8 ее выходной сигнал ТЭДС E_T, суммируется в аппаратуре с напряжением Е_t,0 (процесс преобразования и суммирования осуществляется известными методами и схемами)
E_T, + E_t,0 Е _T,0 Е₀+ E_t,0 E_T,0 + +E_t,.

Величина E_t,. определяет дополнительную погрешность Δ t t t₁, возникающую при использовании известных терморезистивных датчиков температуры. Эта погрешность, как отмечалось выше, может значительно превышать погрешность преобразования t в E_t,0. В этом случае преимущества известных схем, направленными на повышение точности преобразования t в Е_t,0 могут потерять свое значение. Термоэлектрический теплочувствительный элемент устройства выдает ТЭДС E. Так как параллельное соединение термопар в устройстве обеспечивает среднее значение температуры чувствительного элемента 1, то t₂ t и E. E_t,. Это условие выполняется и при одной термопаре (вместо нескольких), рабочий конец которой расположен в середине терморезистивного теплочувствительного элемента, если температура в зависимости от расстояния от начала терморезистивного элемента изменяется по линейному закону.

При встречном соединении термопары контролируемой среды и термоэлектрического теплочувствительного элемента устройства суммарная ТЭДС, определяющая температуру Т контролируемой среды, равна Е_T,0 + E_t, E_t, E_T,0. Таким образом обеспечивается устранение дополнительных погрешностей и, следовательно, повышение точности измерения температуры Т термопарой 8, а суммарный выходной сигнал (ТЭДС) oт точек 7 и 9, например, от клемм некомпенсационного миниатюрного разъема, подается в аппаратуру по медным проводам 10 (как и выходной сигнал от терморезистивного теплочувствительного элемента).

П р и м е р. Использование изобретения для измерения температуры выходящих газов реактивного двигателя, в котором свободные концы термопары подведены (приварены) к контактам штепсельного разъема. Предлагаемое устройство смонтировано в жгуте проводов у штепсельного разъема, температура контакта штепсельного разъема отличается от температуры средней точки устройства на ± 3^оС; точность преобразования температуры терморезистивного теплочувствительного элемента устройства ± 1^оС; разница между наружной точкой корпуса устройства и средней температурой терморезистивного теплочувствительного элемента ± 1^оС, средняя температура терморезистивного теплочувствительного элемента соответствует температуре его средней точки (упрощенный вариант неравномерного распределения температурного поля).

Конструкция предлагаемого устройства в данном примере представляет собой терморезистивный датчик температуры с внутренней полой цилиндрической трубой с электроизоляцией и терморезистивной проволочной обмоткой на ней, закрытой наружной цилиндрической трубкой (защитным корпусом), с термопарой из термоэлектродов диаметром 0,5 мм в электроизоляционной обмотке внутри цилиндрической трубки, рабочий конец которой в середине проволочной обмотки, а свободные концы в штепсельном разъеме (фиг.2) термопары системы измерения температуры выходящих газов.

В данном примере использование предлагаемого устройства вместо известного терморезистивного датчика температуры (прототипа) повышает точность измерения температуры свободных концов термопары системы измерения в несколько раз (погрешность ± (3-4)^оС устраняется термопарой устройства, погрешность самой термопары устройства при разности температур ее рабочего конца и свободных концов не более 4^оС не превысит 0,2^оС).

Сущность изобретения: устройство содержит термопару и тепловыравнивающий корпус, в котором размещены дополнительные термопары и резистивный теплочувствительный элемент. Дополнительные термопары соединены параллельно, а их рабочие слои расположены в разных точках резистивного элемента. К общим точкам соединения дополнительных термопар подключены одни концы выводных термоэлектродных проводов. Второй конец одного из выводных проводов соединен со свободным концом одноименного термоэлектрода термопары. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопару и тепловыравнивающий корпус с размещенным внутри него резистивным теплочувствительным элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены размещенные внутри тепловыравнивающего корпуса дополнительные термопары, соединенные между собой параллельно, и выводные термоэлектродные провода, подключенные одними своими концами к общим точкам соединения дополнительных термопар, рабочие спаи которых расположены в разных точках резистивного теплочувствительного элемента, при этом другой конец одного из выводных термоэлектродных проводов соединен со свободным концом одноименного термоэлектрода термопары.