УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1996 года по МПК G01K7/32 

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

Известно устройство для измерения температуры при термообработке мясных продуктов, включающее термообрабатывающую камеру, оборудованную измерителем температуры с дистанционной передачей сигнала от преобразователя температуры к регистрирующему устройству. (Патент Венгрии N T/48107, кл. A 23 B 4/00, 1989).

Однако это устройство имеет ограниченное пространственное разделение датчика температуры и регистратора температуры, при этом источник питания должен быть установлен внутри термообрабатывающей камеры.

Известно устройство для измерения температуры при термообработке мясных продуктов, включающее камеру, снабженную штуцерами для подачи и отвода теплоносителя. В верхней части камеры размещен датчик и отвод теплоносителя. В верхней части камеры размещен датчик для измерений температуры. (Патент Германии N 276028, кл. A 23 B 4/04, 1990).

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности измерения температуры внутри мясопродукта.

Известно устройство для измерения температуры при термообработке мясных продуктов, включающее камеру, в которой установлена стерилизационная труба и несколько последовательных трубчатых теплообменников. Теплоообменники и стерилизационная труба
соединены друг с другом, образуя единый объем. Устройство для измерения температуры включает измерительный преобразователь температуры с контактной передачей сигнала к регистрирующему устройству. (Патент ЕВП N 0338615, кл. A 23 B 4/04, 1989).

Недостатком известного устройства является необходимость размещения внутри термообрабатывающей камеры измерительного преобразователя температуры и регистрирующей аппаратуры, что приводит к значительному усложнению технологического оборудования.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является устройство для измерения температуры при термообработке мясных продуктов, содержащее термозависимый пьезорезонатор в качестве датчика температуры, включенный в частотнозадающую цепь измерительного преобразователя, выполненного в виде двухконтурного параметрического генератора с некратными частотами, генератор накачки для возбуждения измерительного преобразователя и радиоприемник, в состав которого входит регистратор. (Авторское свидетельство СССР N 864027, кл. G 01 K 7/32, 1981).

Однако известное устройство имеет недостаточный диапазон измеряемых температур. Это объясняется тем, что в известном устройстве нарушаются условия возбуждения двухконтурного параметрического генератора, если пределы перестройки резонансной частоты термозависимого пьезорезонатора превысят некоторую пороговую величину, определяемую условием баланса амплитуд и фаз параметрического генератора.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона измеряемых температур.

Сущность изобретения заключается в том, что в известное устройство для измерения температуры, содержащее термозависимый пьезорезонатор в качестве датчика температуры, конденсатор и радиоприемник с регистратором, введены перестраиваемый по частоте генератор и две электромагнитные рамки, расположенные параллельно друг относительно друга, причем первая электромагнитная рамка подключена к выходам параллельно включенных термозависимого пьезорезонатора и конденсатора, вторая электpомагнитная рамка подключена одним концом к выходу перестраиваемого по частоте генератора и к входу радиоприемника с регистратором, а вторым концом к общей шине, выход радиоприемника с регистратором соединен с управляющим входом перестраиваемого по частоте генератора, корпуса перестраиваемого по частоте генератора и радиоприемника с регистратором подключены к общей шине.

Датчик с термочувтвительным элементом расположен в центре батона мясопродукта и измеряет температуру внутри мясопродукта в процессе его термообработки, а приемник с регистратором расположены вне термообрабатывающей камеры, при этом осуществляется беспроводная передача информации.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для измерения температуры при термообработке мясных продуктов; на фиг. 2 приведена структурная схема приемника с регистратором; на фиг. 3 приведена циклограмма работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит термозависимый пьезорезонатор 1, конденсатор 2, радиоприемник 3 с регистратором, перестраиваемый по частоте генератора 4 и две электромагнитные рамки 5 и 6.

Радиоприемник 3 с регистратором (фиг. 2) содержит амплитудный детектор 7 (АД), дифференцирующее устройство 8, пороговое устройство 9, формирователь 10 пилообразного напряжения, электронный ключ 11, управляемый делитель 12 частоты, опорный генератор 13, фазовый детектор 14 (ФД), фильтр 15 низких частот (ФНЧ) и регистратор 16.

В устройстве для измерения температуры при термообработке мясных продуктов (фиг. 1) первая электромагнитная рамка 5 подключена к параллельно соединенным конденсатору 2 и термозависимому пьезорезонатору 1, вторая электромагнитная рамка 6 подключена одним концом к выходу перестраиваемого по частоте генератора 4 и к входу радиоприемника 3 с регистратором, а вторым концом к общей шине. Выход радиоприемника 3 с регистратором соединен с управляющим входом перестраиваемого по частоте генератора 4. Корпуса, перестраиваемого по частоте генератора 4 и радиоприемника 3 с регистратором, подключены к общей шине. Первая и вторая электромагнитные рамки 5 и 6, расположены параллельно друг относительно друга.

В радиоприемнике 3 с регистратором (фиг. 2) выход амплитудного детектора (АД) 7 соединен с входом дифференцирующего устройства 8, выход которого соединен с входом порогового устройства 9, выход которого соединен с первым входом электронного ключа 11 и с входом "сброс" формирователя 10 пилообразного напряжения, выход которого соединен со вторым входом электронного ключа 11 и с входом управления управляемого делителя 12 частоты. Выход опорного генератора 13 соединен с тактовым входом фазового детектора 14 (ФД), информационный вход которого соединен с выходом управляемого делителя 12 частоты. Выход фазового детектора 14 соединен с входом фильтра 15 низких частот (ФНЧ). Выход электронного ключа 11 соединен с входом регистратора 16. Вход амплитудного детектора 7 и информационный вход управляемого делителя 12 частоты подключены к первому концу второй электромагнитной рамки 6. Выход фильтра 15 низких частот соединен с управляющим входом перестраиваемого по частоте генератора 4 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Перестраиваемый по частоте генератор 4 (фиг. 1) формирует на своем выходе гармонический сигнал, частота колебаний которого изменяется по линейному пилообразному закону. Эти колебания поступают на излучающую рамку 6. В результате прохождения тока через рамку 6 по обе стороны от ее плоскости формируется периодическое электромагнитное поле, изменяющейся частоты. Это поле воздействует на электромагнитную рамку 5 и наводит в ней электрический сигнал. Электромагнитная рамка 5 в совокупности с подключенными к ее концам конденсатора 2 и паразитной емкостью пьезорезонатора 1 образует резонансный контур, полоса пропускания которого совпадает с диапазоном перестройки частоты формируемого генератором 4 радиосигнала. Наведенный в рамке 5 сигнал прикладывается к выводам термозависимого пьезорезонатора 1. До тех пор, пока частота излучаемых рамкой 5 колебаний и наводимого в рамке 6 сигнала отлична от частоты настройки термозависимого пьезорезонатора 1, он практически не оказывает шунтирующего действия на резонансный контур, образованный индуктивностью рамки 5, емкостью конденсатора 2 и паразитной емкостью пьезорезонатора 1. Но как только частота формируемых генератором 4 и излучаемых рамкой 5 электромагнитных колебаний в процессе линейного ее измерения станет равной резонансной частоте термозависимого пьезорезонатора 1, произойдет резкое шунтирование вышеуказанного резонансного контура малым омическим сопротивлением пьезорезонатора 1. А поскольку рамка 6 и рамка 5 имеют довольно высокую индуктивную связь, то одновременно произойдет шунтирование и рамки 5, подключенной к выходу перестраиваемого генератора 4. Это приведет к резкому падению амплитуды выходного сигнала генератора 4, что и обнаружится приемником 3 и послужит сигналом для регистрации значения частоты колебаний, формируемых в данный момент генератором 4. Таким образом, значение зарегистрированной в радиоприемнике 3 частоты колебаний будет равно частоте настройки термозависимого пьезорезонатора 1, которая однозначно определяется температурой мясопродукта, внутри которого размещен термозависимый пьезорезонатор 1 датчик температуры.

Радиоприемник 3 с регистратором (фиг. 2) работает следующим образом.

Управляемый делитель 12 частоты, опорный генератор 13, фазовый детектор 14 и фильтр 15 низких частот в совокупности с перестраиваемым генератором 4 (фиг. 1) образуют синтезатор частоты с кольцом ФАП, структурная схема и описание работы которого широко известны ("Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ" под ред. О.З.Алексеева, М. Радио и связь, 1987, с. 319-323. рис. 10.18). В этом синтезаторе частоты управляемый делитель 12 частоты выполняет функцию делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД), зависящим от величины напряжения, поступающего на его управляющий вход.

Формирователь 10 пилообразного напряжения формирует на своем выходе линейно нарастающее напряжение U_ф(t) (фиг. 3а). Под действием этого напряжения происходит последовательная смена коэффициента деления в делителе 12 частоты, что приводит к непрерывному линейному изменению частоты формируемых перестраиваемым по частоте генератором 4 сигналов f_r(t) (фиг. 3б). Это изменение частоты происходит до тех пор, пока она не станет равной частоте настройки f_р термозависимого пьезорезонатора 1 (момент t₁ на фиг. 3б). До наступления момента равенства этих частот амплитуда выходного сигнала генератора 4 U₂(t) остается практически постоянной, медленные и небольшие изменения которой определяются лишь неравномерностью амплитудно-частотной характеристики тракта на выходе генератора 4 (фиг. 3б), а это означает, что уровень продетектированного амплитудным детектором 7 сигнала U_АД(t) также остается практически постоянным (фиг. 3г), что в свою очередь, обуславливает практически нулевой уровень сигнала на выходе дифференцирующего устройства 8 U_диф.(t) (фиг. 3д). Но как только частота формируемых генератором 4 радиосигналов станет равной частоте настройки пьезорезонатора 1, произойдет, как уже указывалось выше, шунтирование рамки 6, а значит изменение сопротивления нагрузки генератора 4. Это приведет к резкому уменьшению уровня огибающей сигнала на выходе генератора 4 (момент t₁ на фиг. 3в). Скорость и форма изменения огибающей определяются скоростью линейного изменения частоты сигнала на выходе генератора 4 и формой амплитудно-частотной характеристики пьезорезонатора 1. Изменение огибающей сигнала вызовет изменение уровня напряжения U_АД(t) на выходе амплитудного детектора 7 (фиг. 3г), что, в свою очередь, вызовет появление отрицательного выброса напряжения в выходном сигнале дифференцирующего устройства 8 (фиг, 3д). Как только величина этого выброса превысит некоторое пороговое напряжение U_пор, на выходе порогового устройства 3 сформируется импульс постоянной амплитуды длительностью τ_o (фиг. 3е), который поступает на вход "сброс" формирователя 10 пилообразного напряжения и на управляющий вход электронного ключа 11. Под действием этого импульса через электронный ключ 11 на регистратор 16 поступает напряжение с выхода формирователя 10, величина которого определяется частотой настройки термозависимого пьезорезонатора 1 - датчика температуры, а значит и температурой среды, в которую он помещен. При поступлении этого импульса на вход "сброс" формирователя 10 пилообразного напряжения происходит линейное уменьшение уровня выходного напряжения формирователя на величину Δ U (обратный ход "пилы" на фиг. 3а). Скорость этого уменьшения выбирается максимально возможной из условия не нарушения режима слежения замкнутого кольца ФАП рассматриваемого синтезатора частот. Величина DU (или эквивалентная ей длительность импульса t_o) выбирается такой, чтобы под ее действием произошло изменение частоты выходного сигнала перестраиваемого по частоте генератора 4, которое обеспечит "выбег" этой частоты из полосы пропускания пьезозонатора 1.

После этого формирователь 10 пилообразного напряжения вновь начинает формировать линейно возрастающее с прежней скоростью напряжение, приводящее к повторной процедуре совпадения частоты выходного сигнала перестраиваемого по частоте генератора 4 и резонансной частоты термозависимого пьезорезонатора 1 и регистрации значения частоты пьезорезонатора, т.е. измеряемой температуры.

Таким образом в рассматриваемом устройстве для измерения температуры при термообработки мясных продуктов устанавливается режим импульсного динамического слежения и регистрации в моменты времени t₁, t₂, t_n температуры среды, в которую помещен термозависимый пьезорезонатор 1.

Предложенное устройство для измерения температуры при термообpаботке мясных продуктов не требует для своего изготовления сложного оборудования и, следовательно, может быть реализовано в промышленных условиях, а актуальность решаемой задачи (повышение качества мясных продуктов) определяет большое практическое значение предложенного изобретения.

Использование: тепловые измерения, а именно устройства для измерения температуры с бесконтактной (дистанционной) передачей сигнала от измерительного датчика к регистрирующему устройству, и позволяет значительно расширить диапазон измеряемых температур. Сущность изобретения: устройство содержит термозависимый пьезорезонатор 1 в качестве датчика температуры с параллельно подключенным к нему конденсатором 2. К ним подключена первая электромагнитная рамка 5. Расположенная параллельно к ней вторая электромагнитная рамка 6 подключена одним концом к выходу перестраиваемого по частоте генератора 4 и к входу радиоприемника 3 с регистратором, а вторым концом - к общей шине. Выход радиоприемника 3 с регистратором соединен с управляющим входом перестраиваемого по частоте генератора 4. Корпуса перестраиваемого по частоте генератора 4 и радиоприемника 3 с регистратором подключены к общей шине. Радиоприемник 3 с регистратором содержит амплитудный детектор 7, дифференцирующее устройство 8, пороговое устройство 9, формирователь 10 пилообразного напряжения, электронный ключ 11, управляемый делитель 12 частоты, опорный генератор 12, фазовый детектор 14, фильтр 15 низких частот и регистратор 16. 3 ил.

Устройство для измерения температуры, содержащее термозависимый пьезорезонатор в качестве датчика температуры и конденсатор, параллельно включенные, генератор и радиоприемник с регистратором, отличающееся тем, что в него введены две электромагнитные рамки, расположенные параллельно друг относительно друга, причем первая электромагнитная рамка подключена к выходам термозависимого пьезорезонатора и конденсатора, вторая электромагнитная рамка подключена одним концом к выходу генератора, выполненного перестраиваемым по частоте, и к входу радиоприемника с регистратором, а вторым концом к общей шине, выход радиоприемника с регистратором соединен с управляющим входом генератора, корпус генератора и корпус радиоприемника с регистратором подключены к общей шине.